中國電建集團國際工程有限公司中東北非區(qū)域總部 北京 100089

1 概述

中東北非地區(qū)是一個海洋資源十分豐富的地區(qū),不僅擁有廣闊的海岸線,這為發(fā)展海洋經(jīng)濟、沿海工業(yè)提供了十分廣闊的天地。沿海工業(yè)的發(fā)展離不開海上及沿?；A設施的建設,但由于海洋苛刻的腐蝕環(huán)境,金屬材料結(jié)構(gòu)及構(gòu)筑物的腐蝕不可避免,因此研究鋼鐵及非鐵合金在海洋環(huán)境中的腐蝕規(guī)律及其控制腐蝕的方法,為該地區(qū)工程建筑物及設備的設計、選材、開展防護等工作提供依據(jù),對延長金屬材料設施的使用壽命,保證金屬構(gòu)造物的正常運行和安全使用以及安全運行具有十分重要的意義。

2 腐蝕的防護方法

陰極保護是防止地下金屬結(jié)構(gòu)物腐蝕的最為有效的方法。它是通過向被保護的金屬結(jié)構(gòu)物表面通入足夠的陰極極化電流,使金屬的電位向負的方向移動,使之在電解質(zhì)中難于失去電子,從而使金屬的電化學腐蝕得到有效抑制。

對于埋地管道等結(jié)構(gòu)物,采用陰極保護和絕緣涂層聯(lián)合保護方案。一方面陰極保護可有效抑制涂層缺陷處產(chǎn)生的嚴重局部腐蝕;另一方面涂層又可大大減少陰極保護電流需要量,并使保護電流分布更為均勻,從而使陰極保護變得更為經(jīng)濟有效。

3 陰極保護的方法

人為地將被保護的金屬結(jié)構(gòu)變成陰極,以防止其腐蝕的方法叫做陰極保護。陰極保護分為犧牲陽極和外加電流陰極保護兩種。

3.1 犧牲陽極的陰極保護 對陰極保護來說,不管保護電流是通過被保護金屬同犧牲陽極相連產(chǎn)生,還是采用外加電源供給,其效果都是一樣的。采用犧牲陽極時,土壤中犧牲陽極大多使用鋅合金或鎂合金材料,并制成成品以供安裝。鋅合金陽極的特點是:密度大,理論發(fā)生電量較小,電流效率高,表面溶解均勻,腐蝕產(chǎn)物疏松,容易脫落,在保護鋼結(jié)構(gòu)物時,有一定自調(diào)節(jié)電流和電位的作用。適于在低電阻率的土壤(ρ＜l0Ω·m)中使用。鎂合金陽極的特點是:密度小,電位相當負,對鋼的驅(qū)動電壓大,但電流效率低,一般適用于電阻率較高的土壤或淡水中。對于埋地犧牲陽極,在一般情況下,其周圍必須用專門的回填料將它包起來,以降低陽極的接地電阻并防止陽極表面鈍化。犧牲陽極主要用于儲罐和絕緣良好管線上。在安裝時將陽極埋入地下用絕緣導線與被保護金屬結(jié)構(gòu)連接,當在解質(zhì)中發(fā)生電化學腐蝕時,作為犧牲陽極的金屬由于比較活潑很容易失去電子遭到腐蝕,從而使被保護的金屬結(jié)構(gòu)免遭腐蝕。

3.2 外加電流陰極保護 外加電流陰極保護系統(tǒng)由直流電源、輔助陽極地床和參比電極等組成。電源可以采用手動控制的整流器或自動控制的恒電位儀。恒電位儀可根據(jù)環(huán)境條件的變化,自動調(diào)節(jié)輸出電流的大小,使被保護結(jié)構(gòu)物的電位總處在要求的保護范圍內(nèi)。輔助陽極的作用是將電源提供的直流電經(jīng)由介質(zhì)傳送到被保護的結(jié)構(gòu)物上去?？刹捎蒙罹卮不驕\埋地床,深井地床可減小對其它地下結(jié)構(gòu)物的干擾并使陽極電流分布更均勻一些,尤其適合于區(qū)域性結(jié)構(gòu)物保護。參比電極的作用是測量被保護結(jié)構(gòu)物的電位,以監(jiān)測保護狀況并為恒電位儀提供控制信號。

外加電流陰極保護,主要用于保護電流需要量大的儲罐和管線,所需的保護電流一般由整流電源提供。在采用外加電源陰極保護情況下,外加電源陽極代替被保護金屬結(jié)構(gòu)承受了腐蝕。外加源陽極盡可能埋設在電阻率較的土壤里,外加電源用來產(chǎn)生陽極與被保護金屬結(jié)構(gòu)的電位差。陽極一般使用廢鋼、硅鐵、石墨等,在經(jīng)濟上合理時也可采用貴金屬陽極。

4 陰極保護在電廠中的應用

目前,國外廣泛地采用陰極保護作為金屬腐蝕防護的方法,中東北非地區(qū)的大型發(fā)電廠和濱海電廠的設計中已開始用了陰極保護技術,用于地下管道、各類儲罐、循環(huán)水系統(tǒng)以及接地網(wǎng)的防腐。

4.1 海灣地區(qū)某燃機電廠陰極保護系統(tǒng)介紹 海灣地區(qū)某900MW級燃機工程為900MW等級“二拖一”燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機組,其地下金屬結(jié)構(gòu)采用犧牲陽極的陰極保護系統(tǒng)。被保護結(jié)構(gòu)范圍建議如下:a.排水管b.消防網(wǎng)絡c.循環(huán)水管d.消防水箱e.凝結(jié)水箱f.服務和飲用水箱g.化學和除鹽水箱h.各種管道,以上所列結(jié)構(gòu)均采用犧牲鎂陽極保護,犧牲陽極的壽命25年設計。

4.2 接地網(wǎng)和基礎鋼樁的陰極保護 濱海電廠一般地下水為孔隙水,與海水連通,水位受潮汐影響而變化,這種水對混凝土中鋼筋具有強腐蝕性,對鋼材也有中等腐蝕性,尤其是副食介質(zhì)體系的不均勻性,必然會引起地下鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴重腐蝕。

接地網(wǎng)及基礎鋼樁陰極保護方法的選擇,通常有3種形式供選擇:(1)單獨犧牲陽極保護,(2)單獨外加電流保護,(3)犧牲陽極和外加電流聯(lián)合保護。金屬網(wǎng)絡高度密集的廠區(qū),地下接地網(wǎng)、鋼樁、輸水管道、預應力水泥管道等繁多的金屬構(gòu)件均交織在一起,很難采用絕緣措施徹底地將保護對象與非保護對象嚴格分開,有的還不允許分開,這樣必然會存在陰極保護電流嚴重旁流現(xiàn)象。以犧牲陽極為主,在避開金屬網(wǎng)絡密集區(qū)段,在陰極保護電流嚴重旁流的區(qū)域設置輔助陽極進行外加電流保護,就能基本滿足對全廠接地網(wǎng)及基礎鋼樁陰極保護的要求。

4.3 工程中設計陰極保護的基本步驟 陰極保護的要求可以按照如下規(guī)范進行設計:

a.SY/T0019-97《埋地鋼質(zhì)管道犧牲陽極陰極保護設計規(guī)范》b.SYJ7-84《鋼質(zhì)管道及儲罐防腐蝕工程設計規(guī)范》c.SYJ23-86《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護參數(shù)測試方法》d.SYJ29-87《埋地鋼質(zhì)檢查片腐蝕速度測試方法》

設計的一般步驟為:

1)收集電廠的土質(zhì)資料,并對其土樣進行分析評價土壤的腐蝕程度。2)確定陰極保護型式,是采用犧牲陽極法還是外加電流法。3)計算被保護面積,在計算時應考慮一定的余量。4)確定保護電流密度。5)計算保護電流量。6)選用陽極型號并合理布置陽極。7)進行陽極壽命驗算。8)根據(jù)需要設置測試樁。

需要說明是,對于陽極壽命建議選用25年為宜。由于地下金屬構(gòu)件的自然腐蝕年限一般為5年,加上陰極保護的年限使金屬構(gòu)件的壽命可達30年,這與電廠的設計壽命是一致的。

陰極保護防腐效果很好,而且簡單易行,在經(jīng)濟發(fā)展的許多領域中都帶來了很大的經(jīng)濟效益。隨著人們對陰極保護技術認識的深入,其作為金屬結(jié)構(gòu)防腐措施,將會在型發(fā)電廠中得到廣泛的應用。