電廠埋地循環(huán)水管道防腐應(yīng)用技術(shù)探究

李書芳，李向偉

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，山西太原 030001）

0 引言

隨著工業(yè)建筑的發(fā)展，許多管道都由地上安裝轉(zhuǎn)為地下埋藏。在火力發(fā)電廠的諸多管道中，不同種類和數(shù)量的埋地管道就占了很大比例，為火力發(fā)電廠的正常運(yùn)行發(fā)揮著作用。尤其是循環(huán)水管道，其在火力發(fā)電廠機(jī)組運(yùn)行中承擔(dān)著為機(jī)組提供絕大部分冷卻水的任務(wù)，也是火力發(fā)電廠補(bǔ)水量最大的系統(tǒng)，循環(huán)水管道系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性直接關(guān)系到整個(gè)機(jī)組的穩(wěn)定。一般來說，火力發(fā)電廠的循環(huán)水管設(shè)計(jì)壽命要求達(dá)到20 a，但埋地循環(huán)水管道因長(zhǎng)期受到地下土壤和輸送介質(zhì)的作用容易發(fā)生腐蝕，很難達(dá)到20 a的要求。循環(huán)水管道發(fā)生腐蝕后，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備非計(jì)劃性檢修、更換甚至停產(chǎn)。另外，其他管道因腐蝕穿孔造成的漏氣、漏水、漏油事故，除了污染環(huán)境外，也增加了發(fā)生爆炸和火災(zāi)的概率，加強(qiáng)埋地管道腐蝕危害的研究不僅僅是經(jīng)濟(jì)問題，還是個(gè)嚴(yán)重的社會(huì)問題。因此，火力發(fā)電廠埋地管道的腐蝕問題應(yīng)得到高度重視和有效控制。

1 電廠循環(huán)水管道腐蝕的原因

1.1 自然環(huán)境影響

埋地循環(huán)水管道的敷設(shè)通常有管道線路長(zhǎng)、經(jīng)歷的工作環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)導(dǎo)致管道受到多種腐蝕，主要有土壤腐蝕、細(xì)菌腐蝕和雜散電流腐蝕等，嚴(yán)重影響管道的使用壽命。

1.2 輸送介質(zhì)的影響

輸送淡水時(shí)，由于水的腐蝕作用使管道內(nèi)壁產(chǎn)生堆積物、銹蝕物和黏垢，這些物質(zhì)可能含有大量金屬元素、細(xì)菌和藻類，影響水質(zhì)和衛(wèi)生安全。而當(dāng)選擇海水為介質(zhì)時(shí)，因海水是一種高腐蝕性介質(zhì)，其以氯化鈉為主的電介質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)3.5%，且微生物含量高，故存在嚴(yán)重的腐蝕、結(jié)垢和污損生物附著問題，因此循環(huán)水管道內(nèi)壁的腐蝕較淡水環(huán)境時(shí)強(qiáng)烈得多。

1.3 鋼管的材質(zhì)及制造因素[1]

鋼管的材質(zhì)與制造因素是管道腐蝕的內(nèi)因，特別是鋼材的化學(xué)組分與微晶結(jié)構(gòu)。在管材中加入微量鎳、銅、鉻可提高抗腐蝕性。在鋼管制造過程中，表面存在缺陷如劃痕、凹坑、微裂等，也易造成管道腐蝕開裂。

1.4 管道運(yùn)行過程中的使用應(yīng)力

管道運(yùn)行時(shí)，過高的輸送壓力使管壁產(chǎn)生過大的使用應(yīng)力，易使管道腐蝕裂紋擴(kuò)展；壓力循環(huán)波動(dòng)也易使管道裂紋擴(kuò)展，嚴(yán)重者可能會(huì)造成管道斷裂，甚至引起爆炸。

2 管道內(nèi)外壁防腐措施

2.1 管道內(nèi)壁防腐

2.1.1 管道內(nèi)壁防腐的必要性

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)輸水管道內(nèi)壁不進(jìn)行防腐時(shí)，在運(yùn)輸堆放過程中可能因天氣、管道碰撞等原因，導(dǎo)致管內(nèi)壁有不同程度的腐蝕；在實(shí)際運(yùn)行過程中，使用數(shù)年的輸水鋼管內(nèi)壁均有不同程度的腐蝕；在機(jī)組局部停水檢修過程中，由于空氣進(jìn)入，而管道處于密閉狀態(tài)下，內(nèi)表面的水分難以完全蒸發(fā)，必然會(huì)使管道內(nèi)壁產(chǎn)生不同程度的電化學(xué)腐蝕；不同的輸送介質(zhì)會(huì)對(duì)管道腐蝕產(chǎn)生或輕或重的影響。因此，為了保證管道可靠的使用年限，對(duì)管道內(nèi)壁防腐必不可少。

2.1.2 管道內(nèi)壁防腐措施

a）加強(qiáng)對(duì)輸送介質(zhì)的凈化。從鋼管的腐蝕機(jī)理來看，CO2、H2S等氣體在水的作用下會(huì)對(duì)管壁造成腐蝕。因此，對(duì)輸送介質(zhì)的凈化很有必要。將CO2、H2S、H2O的濃度比例控制在一定的臨界點(diǎn)范圍下，減少它們之間的相互作用，可降低介質(zhì)對(duì)管道的腐蝕。

b）輸送介質(zhì)中添加緩蝕劑。合理使用緩蝕劑，可有效防止管道在特定腐蝕環(huán)境中發(fā)生腐蝕。

c）選擇耐腐蝕管材。采用抗相應(yīng)腐蝕介質(zhì)的耐蝕管材，但一般會(huì)造價(jià)昂貴。

d）管內(nèi)壁做內(nèi)襯處理。根據(jù)不同的輸送介質(zhì)采用不同的耐蝕材料做管道內(nèi)襯處理的方法，是目前經(jīng)濟(jì)可行且方便有效的方法。常用的內(nèi)襯種類有普通水泥砂漿內(nèi)襯、防腐涂料、聚氨酯內(nèi)襯。防腐涂料和水泥砂漿襯里可以適當(dāng)減輕管道內(nèi)壁的腐蝕，但長(zhǎng)期浸泡下會(huì)存在內(nèi)裂、脫落、剝皮等破壞的可能，導(dǎo)致水質(zhì)變差。

上述幾種措施只能起到防護(hù)作用，不能消除腐蝕。解決金屬腐蝕的關(guān)鍵問題是開發(fā)新型耐腐蝕材料來取代易腐蝕的金屬，并且使其成本合理，可在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用。隨著科技的進(jìn)步，新的耐腐蝕材料正層出不窮。

2.2 管道外壁防腐

2.2.1 管道外壁防腐的必要性

對(duì)于埋地鋼管，由于經(jīng)歷的環(huán)境復(fù)雜，易受多種因素腐蝕，主要腐蝕是土壤腐蝕，而影響土壤腐蝕的主要因素有土壤酸堿度、土壤濕度、氧及微生物等。為防止管道在預(yù)期的使用壽命內(nèi)因外壁腐蝕導(dǎo)致功能損失，須對(duì)管道外壁進(jìn)行防腐。

2.2.2 管道外壁防腐措施

埋地鋼管僅憑防腐蝕涂層保護(hù)，存在許多不安全因素，在實(shí)施防腐蝕涂層的同時(shí)，加上陰極保護(hù)技術(shù)，能保證管道長(zhǎng)期安全、可靠運(yùn)行[2]。常用的防腐涂料有：石油瀝青、環(huán)氧煤瀝青、三層聚乙烯（3PE）、溶結(jié)環(huán)氧粉末（FBE）、2度高固體分改性環(huán)氧涂料等，通過涂層將管道金屬與空氣、土壤、水等腐蝕環(huán)境隔離，這是外壁防腐的第一道防線，也是目前埋地鋼管防腐最有效且應(yīng)用最廣泛的方法。陰極保護(hù)是通過給管道施加陰極電流來阻止管道金屬腐蝕（失去電子），這是外壁防腐的第二道防線。

3 埋地管道防腐設(shè)計(jì)

3.1 防腐層選擇原則

3.1.1 技術(shù)

技術(shù)可行：要選擇既能滿足管道沿線環(huán)境腐蝕要求，又能滿足施工工藝條件所需的防腐層，這是保證防腐層質(zhì)量合格的先決條件。

電廠埋地循環(huán)水管道確定防腐層原則：首先，確定土壤腐蝕環(huán)境類別，對(duì)此可依據(jù)該地區(qū)地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告來確定；其次，確定涂料系統(tǒng)的使用壽命，短期防腐5 a，中期防腐5～15 a，長(zhǎng)期防腐＞15 a；最后，根據(jù)土壤腐蝕等級(jí)及涂料種類確定防腐等級(jí)，合理選擇底漆、面漆。

3.1.2 經(jīng)濟(jì)

經(jīng)濟(jì)合理：對(duì)技術(shù)可行的方案要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析并依據(jù)投資情況評(píng)選。筆者搜集的部分防腐涂料價(jià)格情況（僅包含施工費(fèi)及材料費(fèi)，不含管理及維修費(fèi)）如表1所示。

表1 不同防腐涂料價(jià)格對(duì)比元/m2

3.1.3 工程需要

工程上一般因地制宜地敷設(shè)管線，這就導(dǎo)致管線的敷設(shè)環(huán)境可能有很大差異，此時(shí)可根據(jù)環(huán)境差異選擇適宜的防腐層。但防腐分類、分段不宜過多，否則不利于組織施工，而且多種類型的施工機(jī)具與設(shè)施的使用還會(huì)增加工程造價(jià)。

3.2 不同地區(qū)電廠循環(huán)水管道的防腐形式

3.2.1 濱海電廠循環(huán)水管道的防腐形式

對(duì)于濱海電廠，循環(huán)冷卻介質(zhì)為海水。海水是一種典型的電解質(zhì)溶液，金屬在海水中極易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。目前，此類電廠循環(huán)水管道多采用碳鋼材質(zhì)，而碳鋼在海水中及反滲透產(chǎn)水中銹層特性差異是導(dǎo)致濱海電廠循環(huán)水管比海水管道腐蝕更嚴(yán)重的主要原因[3]。對(duì)此，濱海電廠循環(huán)水管道的防腐措施應(yīng)采用以下幾種。

a）循環(huán)水系統(tǒng)需設(shè)置二次濾網(wǎng)以解決微生物二次生長(zhǎng)問題。

b）循環(huán)水鋼管內(nèi)壁防腐可采用鋼管內(nèi)襯橡膠或電化學(xué)防護(hù)的方法。推薦采用重防腐+犧牲陽極保護(hù)的防腐措施。

c）對(duì)小管徑管道，由于無法采用犧牲陽極法進(jìn)行防腐處理，故推薦采用鋼骨架塑料復(fù)合管。

3.2.2 核電站循環(huán)水管道的防腐形式

對(duì)于核電廠，從安全可靠方面考慮，在工業(yè)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，盡量采用碳鋼加內(nèi)襯的管道，如浸塑碳鋼鋼管。也有采用塑料復(fù)合管，但這種管道受管徑限制，一般只在DN50 mm～DN600 mm直徑的管道中采用。采用“高分子—陶瓷”復(fù)合材料襯里也有不錯(cuò)的防腐效果。對(duì)于防腐要求更高的管道，則采用好的涂層如聚脲涂料或環(huán)氧玻璃鱗片。上述措施是針對(duì)內(nèi)壁防腐，對(duì)碳鋼管外壁防腐目前普遍采用涂層加陰極保護(hù)的方法防腐，但腐蝕情況不容樂觀，建議采用更耐蝕的不銹鋼管，如雙相不銹鋼2507或碳鋼襯塑管代替碳鋼管。

3.2.3 北方電廠循環(huán)水管道的防腐形式

對(duì)于北方缺水干旱地區(qū)電廠，循環(huán)冷卻介質(zhì)為中水或除鹽水。在實(shí)際生產(chǎn)中，為防止管道內(nèi)壁發(fā)生電化學(xué)腐蝕，一般采用熱風(fēng)干燥法和管道注滿水的濕法保護(hù)。所謂濕法保護(hù)，即在停機(jī)以后，管內(nèi)保持注滿軟化水狀態(tài)，并保持一定壓力，使整個(gè)管道處于一種封閉的滿水狀態(tài)，這樣可防止空氣中氧氣及二氧化碳等氣體進(jìn)入管道而造成化學(xué)腐蝕。但考慮到機(jī)組長(zhǎng)期停運(yùn)或事故放水時(shí)，濕法保護(hù)不可用，管道內(nèi)壁一般會(huì)涂刷環(huán)氧瀝青原漿涂料。環(huán)氧瀝青原漿涂料耐水性好，一次成膜較厚，但機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，可能會(huì)產(chǎn)生脫落而影響水質(zhì)。目前，不少電廠采用管道內(nèi)壁涂刷高固體分改性環(huán)氧涂料，性能優(yōu)良，施工方便。

北方地區(qū)傳統(tǒng)火電廠循環(huán)水管道常采用環(huán)氧煤瀝青涂料，其漆膜附著力強(qiáng)、耐水性好，耐細(xì)菌腐蝕效果好。在涂刷瀝青底漆之前，先噴涂一層無機(jī)磷酸鹽富鋅底漆或環(huán)氧富鋅底漆，則防腐蝕效果更佳，可以達(dá)到長(zhǎng)效防腐的目的。但由于瀝青對(duì)環(huán)境的污染大，目前新建電廠一般將溶結(jié)環(huán)氧粉末、三層聚乙烯涂料、高固體分改性環(huán)氧涂料用于埋地輸水管道防腐。

3.3 防腐管道在運(yùn)輸及施工時(shí)的注意事項(xiàng)

管道從防腐完成到施工完成這個(gè)過程中，需要注意各種因素對(duì)防腐涂層的損壞，以下為施工中的注意事項(xiàng)。

a）吊裝時(shí)，應(yīng)使用尼龍吊帶或特制吊鉤，為防止吊帶或吊鉤損壞防腐層，與管子接觸的地方必須襯墊柔軟材料。

b）卸載時(shí)，為防止?jié)L管損壞外壁防腐層，需將管道輕放在細(xì)土墩或沙袋上。

c）運(yùn)輸過程中，為防止管道碰撞損壞外壁防腐層及內(nèi)壁防腐襯里，車上需放置木支撐或軟膠墊。

d）堆放時(shí)，為防止管道底接觸地面水分，需將管道離地300 mm堆放。

e）布管時(shí)，為避免石塊等損壞外壁防腐層，下溝前應(yīng)先鋪墊200 mm的細(xì)土墊層。

f）埋地管道一般采用分段施工，對(duì)已施工完畢的管段應(yīng)及時(shí)進(jìn)行兩端封堵，以防地下水位高或雨季施工時(shí)導(dǎo)致污染物進(jìn)入管道。

4 結(jié)束語

電廠埋地輸水管道的防腐設(shè)計(jì)是管道安全運(yùn)行的保證，目前市場(chǎng)上防腐產(chǎn)品很多，防腐技術(shù)也在不斷更新，針對(duì)各工程特點(diǎn)選擇合適的防腐涂料是非常重要的。通過選擇合適防腐的涂料，進(jìn)行合理的防腐結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)及精細(xì)的防腐層施工，不僅可以延長(zhǎng)管道使用壽命，保證安全生產(chǎn)，而且可以節(jié)省資金。