右江水電廠GIS室穿層套筒氣體泄漏的分析與處理

盧寅偉（廣西右江水利開發(fā)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530028）

右江水電廠GIS室穿層套筒氣體泄漏的分析與處理

盧寅偉
（廣西右江水利開發(fā)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530028）

摘要：右江水電廠發(fā)生了由于防火封堵用材的不正確而導(dǎo)致GIS室穿層套筒氣體泄漏的嚴(yán)重設(shè)備損壞事件，本文對(duì)事件的起因進(jìn)行了詳細(xì)分析，提出了臨時(shí)處理措施，希望對(duì)其他工程有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：穿層套筒；泄漏與分析；處理與建議

0　引言

百色水利樞紐位于郁江上游干流右江，壩址布置于百色市上游22km處，是國(guó)家計(jì)委批準(zhǔn)的《珠江流域西江水系郁江綜合利用規(guī)劃報(bào)告》中的第二梯級(jí)，為治理和開發(fā)郁江的關(guān)鍵性工程，同時(shí)也是西部大開發(fā)的標(biāo)志性工程，水利樞紐以防洪為主，兼有發(fā)電、灌溉、航運(yùn)、供水等綜合效益。右江水電廠為樞紐的主要部分之一，安裝4臺(tái)135MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，2006年7月第1臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)，同年，4臺(tái)機(jī)組全部投入運(yùn)行。電廠GIS為西安開關(guān)廠2005年生產(chǎn)的產(chǎn)品，2006年投運(yùn)，2013年10月發(fā)現(xiàn)GIS室內(nèi)穿層套筒存在氣體泄漏缺陷。

1　右江水電廠GIS室穿層套筒氣體泄漏原因分析

1.1設(shè)備檢查情況

GIS室穿層套筒發(fā)生氣體泄漏后，電廠聯(lián)系桂能科技有限公司有關(guān)人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，情況如下：

（1）在220kV側(cè)夾層與GIS穿層套管內(nèi)側(cè)防火泥連接處發(fā)現(xiàn)2處明顯的氣體泄漏點(diǎn)，拆除所有穿層套筒防火材料后，發(fā)現(xiàn)穿層套管局部表面鼓包，嚴(yán)重腐蝕，呈現(xiàn)點(diǎn)狀、孔狀的局部腐蝕形態(tài)（圖1），腐蝕嚴(yán)重的部位已穿透殼體。

（2）GIS室內(nèi)15根穿層套筒有12根發(fā)生腐蝕，其中，220kV側(cè)12根有11根發(fā)生不同程度腐蝕，110kV側(cè)3根均存在腐蝕現(xiàn)象，且220kV側(cè)比110 kV側(cè)腐蝕嚴(yán)重，2號(hào)主變C相、4號(hào)主變A相穿層套筒腐蝕最嚴(yán)重，SF6氣體壓力已報(bào)警；其余13根穿層套筒SF6氣體壓力仍保持正常。

圖1穿層套筒表面腐蝕情況

（3）在套筒上的腐蝕部位均為筒體與防火泥、防火石棉擋板等防火材料直接接觸的部位，均分布在接觸面的中、下部，如圖2所示。

圖2筒體與防火泥接觸部位的腐蝕情況

（4）GIS殼體外層涂漆表觀正常，未發(fā)現(xiàn)異常損傷痕跡。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備故障情況，此次GIS穿層套筒腐蝕涉及的設(shè)備材料主要有GIS殼體（220kV側(cè)為鋁合金、110kV側(cè)為鐵）、防火石棉擋板、防火泥、防火包等材料。

1.2設(shè)備泄漏原因分析

鋁合金的抗腐蝕性能主要源自其表面致密的氧化鋁膜，能有效的隔離氧氣，當(dāng)氧化鋁薄膜受到破壞后，腐蝕反應(yīng)將可以繼續(xù)向縱深方向發(fā)展。氧化鋁是二性氧化物，跟酸堿都能起反應(yīng)，在酸性和強(qiáng)堿性溶液中都會(huì)腐蝕。鋁在中性水溶液中，一般比較穩(wěn)定，但當(dāng)水中含鹵素離子時(shí)，Al3+與鹵素離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，不利于氧化鋁保護(hù)膜的形成，堿性水溶液中含鹵素元素的離子時(shí)，會(huì)大大加速鋁合金的腐蝕。

從右江水電廠GIS穿層套筒所接觸到的材料分析，石棉擋板、防火泥、防火包這3種材料的浸出液均呈堿性，即這些材料在潮濕的空氣中會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)，生成OH-并促使氧化鋁發(fā)生腐蝕反應(yīng)：

Al2O3+2OH-→2AlO2-+H2O

經(jīng)查，金屬鋁在pH值為4.3～8.5范圍內(nèi)，可形成氧化鋁膜，因此，此pH范圍可稱為鈍化區(qū)，當(dāng)pH值超出鈍化區(qū)范圍，鋁與H+或OH-即可發(fā)生進(jìn)一步的腐蝕反應(yīng)（如圖3），另一方面，當(dāng)與鋁接觸的溶液中含Cl-、F-等鹵素離子時(shí)，腐蝕速度加快，圖4反映了鋁在純水和人造海水中的腐蝕極化曲線。

圖3鋁在水溶液中的電極電位圖

圖4鋁在純水、人造海水中的腐蝕極化曲線

而長(zhǎng)時(shí)間處于潮濕空氣中的鐵會(huì)緩慢氧化，發(fā)生吸氧腐蝕，2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2，這也是鐵生銹的原因。

正常情況下，GIS筒體外殼應(yīng)涂敷耐腐蝕的防銹漆用于隔離氧氣、酸、堿等腐蝕組分，從現(xiàn)場(chǎng)檢查的情況看，右江水電廠筒體外殼涂敷防銹漆無刮痕等外力破壞痕跡，在發(fā)生腐蝕反應(yīng)的部位，幾乎看不到涂漆層，據(jù)此判斷，筒體外殼涂敷的是普通的防銹漆，可與堿液發(fā)生腐蝕反應(yīng)。

桂能科技公司化環(huán)所對(duì)從現(xiàn)場(chǎng)取回的石棉擋板、防火泥等材料及腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)過程如下：

（1）分別將石棉擋板、防火泥、防火包樣品用研缽搗成粉末狀備用。

（2）各取粉末約20g加入50mL除鹽水，靜置20min測(cè)pH值。

（3）測(cè)量（2）所制成的水溶液的Cl-含量。

（4）測(cè)量鋁合金側(cè)腐蝕產(chǎn)物含量。

檢測(cè)結(jié)果如表1：

表1

表2鋁合金腐蝕產(chǎn)物（%）

以上試驗(yàn)情況表明：與GIS穿層套筒接觸的材料中，防火包、防火泥、防火板的水溶液pH值在鋁的腐蝕區(qū)域，而氯離子的存在則加快了腐蝕速度。

通過以上調(diào)查分析及試驗(yàn)室試驗(yàn)，從技術(shù)層面分析，造成右江水電廠GIS穿層套筒氣體泄漏的原因主要有：

（1）安裝單位購(gòu)置、安裝的石棉擋板等防火材料，在水分及Cl-存在的情況下，可對(duì)外殼鋁合金、鋼鐵材料發(fā)生腐蝕反應(yīng)，并導(dǎo)致穿層套筒穿孔漏氣；

（2）GIS外殼涂敷的防銹漆不具備抗酸堿腐蝕功能，在堿性條件下，防護(hù)漆發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，沒有起到保護(hù)鋁合金或鋼鐵的作用。

2　穿層套筒的處理

穿層套筒發(fā)生泄漏后，電廠立即組織人員將與套筒緊密接觸的石棉擋板、防火泥等材料隔離。對(duì)于已經(jīng)泄漏且腐蝕嚴(yán)重的套筒，按廠家要求，穿層套筒發(fā)生腐蝕泄漏后必須更換，但由于套筒必須臨時(shí)定貨，供貨周期長(zhǎng)達(dá)2個(gè)月，再加上施工工期，必將影響電廠發(fā)電任務(wù)的完成。經(jīng)聯(lián)合西開公司技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)，對(duì)現(xiàn)已腐蝕穿孔的套管先采取臨時(shí)封堵措施，待套管備品到貨后再更換。臨時(shí)封堵處理方案如下：

（1）停電，回收漏氣套管內(nèi)SF6氣體，保持管內(nèi)壓力對(duì)外微正壓，約0.12MPa。

（2）打磨干凈套管腐蝕面，清理干凈腐蝕面外圈，外圈徑向尺寸約20mm，用液態(tài)金屬封堵漏氣孔洞，并補(bǔ)平腐蝕面。液態(tài)金屬為伍爾特液態(tài)金屬。

（3）用厚5mm的耐油橡膠墊覆蓋腐蝕面，橡膠墊稍大于腐蝕面外圈尺寸。橡膠墊外再用抱箍抱緊，用螺栓在腐蝕面對(duì)側(cè)緊固抱箍，壓緊橡膠墊，使橡膠墊與腐蝕面外圈形成密封面。（抱箍用不銹鋼板制作，用螺栓抱緊在鋼板上，厚度約2.5mm，高度稍大于橡膠墊尺寸）。

（4）套管充氣至正常壓力，檢測(cè)套管有無泄漏，檢查管內(nèi)氣體是否合格。

臨時(shí)處理后，運(yùn)行近一年，設(shè)備運(yùn)行情況良好。

3　結(jié)論與建議

該設(shè)備損壞事故是因?yàn)槭迵醢?、防火泥等防火材料使用不?dāng)引起，但在設(shè)計(jì)和施工過程中，防火材料的使用確無明確規(guī)定，而且廠家、業(yè)主也未對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此希望該事件能對(duì)其他工程具有借鑒意義。為保證電廠GIS長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)套筒采取以下措施：

（1）加強(qiáng)GIS穿層套筒腐蝕防護(hù)工作。嚴(yán)禁套筒外殼與可導(dǎo)致腐蝕反應(yīng)的材料（如石棉板、防火泥等）直接接觸，建議穿層套筒封堵?lián)醢暹x用非導(dǎo)磁金屬板、帶氣隙鋼板或環(huán)氧樹脂板，填充材料應(yīng)選用橡膠。如需選用其余材料，使用前須對(duì)該材料的適用性作試驗(yàn)檢查（用純凈水將板材濕潤(rùn)，20min后用簡(jiǎn)易pH試紙檢測(cè)，pH值超出4～9范圍時(shí)，應(yīng)考慮使用其合格的板材，必要時(shí)可送樣至桂能公司檢測(cè)）；嚴(yán)禁在橡膠板外表面涂敷堿性涂料及含鹵素離子的粘合劑。

（2）加強(qiáng)對(duì)GIS外殼及外層涂漆的質(zhì)量檢查工作，涂漆應(yīng)能滿足對(duì)管道防酸堿腐蝕要求。

（3）已發(fā)生泄漏及嚴(yán)重腐蝕的套筒進(jìn)行更換，輕微腐蝕的套筒其腐蝕產(chǎn)物應(yīng)去除徹底后再按防護(hù)漆涂刷要求進(jìn)行。

（4）在天氣潮濕的季節(jié)，應(yīng)保證抽風(fēng)機(jī)正常工作。

（5）加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)運(yùn)行的GIS穿層套筒的運(yùn)行監(jiān)督，如發(fā)現(xiàn)穿層套筒氣體壓力異常下降、氣室SF6氣體泄漏問題，應(yīng)更換。

中圖分類號(hào)：TM595

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2015）03-0044-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.03.013

收稿日期：2014-11-19

作者簡(jiǎn)介：盧寅偉（1981-），男，工程師，從事水電廠技術(shù)管理工作。