水電廠消防水管腐蝕調(diào)查研究

陸泓羽，何常勝，何智華，郭紹旭，王明帆

(云南電力試驗(yàn)研究院(集團(tuán))有限公司，云南 昆明 650217)

云南水電裝機(jī)容量逐年遞增，隨之而來的是各種管路腐蝕、老化?，F(xiàn)代水電廠自動(dòng)化程度高，廠內(nèi)工作人員有限，而消防水管在日常維護(hù)中存在感較低，不易引起注意。當(dāng)局部管道發(fā)生腐蝕泄露時(shí)，整個(gè)消防系統(tǒng)已經(jīng)難堪大用。起初的治理措施就是補(bǔ)漏補(bǔ)焊，但幾個(gè)月后焊縫處又開始滲漏，且越焊越漏。對(duì)此開始逐段更換管材，經(jīng)2～3年將整個(gè)消防管道系統(tǒng)管道全部更換一遍，為此耗費(fèi)了大量人力、財(cái)力、物力。

本次以瀾滄江流域的A廠和金沙江流域的B廠進(jìn)行消防水管腐蝕調(diào)查研究。兩廠的消防用水均取自江河原水，原水直接引入消防水池，再進(jìn)入消防水管。而江河原水受環(huán)境影響較大，河流區(qū)域、旱季、雨季、魚類養(yǎng)殖等均會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生影響。本次選擇瀾滄江流域的A廠和金沙江流域的B廠進(jìn)行消防水管腐蝕調(diào)查研究。

消防水系統(tǒng)鋼材為不銹鋼管，壁厚9 mm。兩廠自投運(yùn)6年以來未進(jìn)行過維護(hù)保養(yǎng)。隨著運(yùn)行時(shí)間增加，在直管和彎管處均有漏點(diǎn)。部分消防水管布置在LCU柜上方，消防管漏液會(huì)嚴(yán)重影響LCU柜安全運(yùn)行。

1 消防管管樣檢測(cè)

首先對(duì)消防管材質(zhì)進(jìn)行分析。對(duì)泄露的消防水管進(jìn)行割管取樣，管樣規(guī)格為Φ219 mm×6 mm，長(zhǎng)500 mm。A廠消防水管內(nèi)管壁凹凸不平，整體呈黃褐色，有數(shù)個(gè)黃色小包和黑色小坑，直徑約5 mm，深度約2 mm。當(dāng)管樣受震動(dòng)時(shí)，表面黃色氧化皮會(huì)脫落。B廠消防水管內(nèi)管壁粗糙，整體呈黃色，有數(shù)個(gè)黑色小坑，直徑約7 mm，深度約4 mm。當(dāng)管樣受震動(dòng)時(shí)，表面黃色氧化皮附著牢固沒脫落。A廠管內(nèi)氧化皮要多于B廠，現(xiàn)取樣對(duì)其進(jìn)行XRF熒光檢測(cè)，結(jié)果見表1。

表1 X-熒光射線檢測(cè)

通過測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)兩廠氧化皮中鐵含量均高達(dá)90%以上(以氧化物計(jì))，可推斷黃色垢樣為主要腐蝕產(chǎn)物。經(jīng)450 ℃灼燒后A廠氧化皮質(zhì)量減少8%，B廠氧化皮質(zhì)量減少2%，說明其中含有部分有機(jī)物。再將管樣切割加工為4 mm×6 mm金屬塊，對(duì)其進(jìn)行垢量測(cè)量。A廠其腐蝕坑深度約2 mm，以運(yùn)行5年計(jì)算腐蝕速率約為0.4 mm/a，速率超過標(biāo)準(zhǔn)值0.075 mm/a。B廠其腐蝕坑深度約4 mm，以運(yùn)行5年計(jì)算腐蝕速率約為0.8 mm/a，速率超過標(biāo)準(zhǔn)值0.075 mm/a。為更進(jìn)一步分析原因，對(duì)管樣材質(zhì)進(jìn)行電鏡能譜分析，如表2所示。

表2 不銹鋼電鏡能譜分析

可以發(fā)現(xiàn)A、B兩廠的鋼材接近奧氏體不銹鋼，該材質(zhì)特性是受Cl-離子影響較大。再對(duì)黑色腐蝕坑滴加10%鹽酸溶液，其中A廠可以聞到H2S的刺激性氣味，結(jié)合S2-離子定性液體判定腐蝕坑里黑色物質(zhì)含有FeS。B廠沒有聞到H2S的刺激性氣味，結(jié)合S2-離子定性液體判定結(jié)果不顯色。

2 消防水管水質(zhì)

為更深一步分析取水樣檢測(cè)化驗(yàn)，其成分分析見表3。

表3 A、B廠的水質(zhì)成分分析

由表3數(shù)據(jù)可知，A廠江水和消防水池水樣整體呈中性，江水流入消防水池后pH有所下降；水樣中Cl-離子濃度較低，符合奧氏體受壓時(shí)水中Cl-離子濃度不超過25 mg/L的規(guī)定；消防水池中硫酸鹽含量是江水的39%；COD升高說明水中有機(jī)物含量增加；總鐵含量明顯升高，且消防水管出水顏色為黃色，說明消防水管內(nèi)壁腐蝕嚴(yán)重。B廠江水和消防水池水樣整體偏堿性，江水流入消防水池后pH有所上升；水樣中Cl-離子濃度較高，超過奧氏體受壓時(shí)水中Cl-離子濃度不超過25 mg/L的規(guī)定；消防水池中硫酸鹽含量與江水大致相同；COD處于較低水平說明水中有機(jī)物含量趨于穩(wěn)定；總鐵含量有所升高，消防水管出水略有渾濁偏淡黃色，說明消防水管內(nèi)壁腐蝕一般。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)推斷A廠消防水管中有微生物滋生，包括引起不銹鋼管道腐蝕的鐵細(xì)菌和硫酸鹽還原菌；B廠消防水管中微生物含量較低，依據(jù)如下：

(1)A廠處于下游，海拔較低，常年氣候溫?zé)岢睗?，?kù)區(qū)附近有村落，水體容易滋生微生物。B廠處于上游，海拔較高，常年氣候干燥寒冷。

(2)A廠消防水管內(nèi)氧化皮經(jīng)450 ℃灼燒后質(zhì)量減少8%，說明其中含較多有機(jī)物，可能為微生物所致。B廠消防水管內(nèi)氧化皮經(jīng)450 ℃灼燒后質(zhì)量減少2%，說明其中含較少有機(jī)物，微生物影響較輕；

(3)A廠的消防水管內(nèi)環(huán)境適宜鐵細(xì)菌和硫酸鹽還原菌的生長(zhǎng)。鐵細(xì)菌為好氧細(xì)菌，硫酸鹽還原菌為厭氧細(xì)菌，在密閉的消防管路中兩種細(xì)菌更容易共生。消防水裝瓶取樣與空氣接觸后，有黃色沉淀；

(4)B廠原水中Cl-離子濃度偏高，對(duì)不銹鋼易產(chǎn)生點(diǎn)蝕。而管道縫內(nèi)容易發(fā)生縫隙腐蝕，且容易聚集高濃度Cl-離子，不適宜鐵細(xì)菌和硫酸鹽還原菌的生長(zhǎng)。

3 腐蝕原因

(1)

(2)

(3)

在Cl-離子作用下會(huì)發(fā)生下列反應(yīng)：

(4)

在鐵細(xì)菌的作用下發(fā)生下列反應(yīng)：

(5)

Fe2+離子被鐵細(xì)菌氧化，生成Fe2O3·xH2O黃色沉淀物。

在硫酸鹽還原菌的作用下發(fā)生下列反應(yīng)[2]：

(6)

硫酸鹽被硫酸鹽還原菌還原為硫離子，再與Fe2+離子結(jié)合生成黑色沉淀FeS。

(2)B廠消防管道由于金屬縫隙內(nèi)部存在閉塞性，氧很快被消耗，陰極反應(yīng)就會(huì)由縫內(nèi)轉(zhuǎn)移至縫口附近，造成Fe2+離子增多[3]。為了維持電中性[4]，陰離子就會(huì)不斷地向縫內(nèi)遷移，由于Cl-離子的遷移速度較快，導(dǎo)致大量的Cl-離子在坑洼處聚集，而Fe2+離子發(fā)生水解使溶液酸化，因而縫內(nèi)容易發(fā)生縫隙腐蝕[5]。

(7)

同時(shí)適宜的鹽度有利于細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖，而過高的鹽度就會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)壁分離，最終造成細(xì)胞脫水死亡[6]，因此B廠消防水管內(nèi)縫不適宜細(xì)菌的生長(zhǎng)。

4 結(jié)論與建議

由此判斷A廠的消防水管泄露主要是由于微生物(鐵細(xì)菌)的腐蝕引起，硫酸鹽還原菌起到輔助作用。消防水管樣內(nèi)壁腐蝕嚴(yán)重，腐蝕速率約0.4 mm/a，明顯偏大。

對(duì)于漏點(diǎn)來說越補(bǔ)越漏，這并非是焊接工藝造成，而是焊縫部位無法形成致密氧化膜。

根據(jù)腐蝕分析結(jié)論，建議電廠對(duì)消防管道進(jìn)行更換，管材可選擇玻璃鋼、塑鋼、PVC等材質(zhì)。局部漏點(diǎn)可以進(jìn)行包扎處理。在消防水池加Na2CO3，提高pH至9以上使其管材形成致密氧化膜；加強(qiáng)消防水系統(tǒng)的殺菌處理，易選用氧化型和非氧化型殺菌劑交替使用；每周定時(shí)排水，使消防水充分流通起來。