熱電廠海水冷卻塔腐蝕檢查與防護策略

胡先鵬,苗順超,李 巖,崔乘亮,史寶良

(1. 廣州華潤熱電有限公司，廣州 511400； 2. 深圳國能合創(chuàng)能源技術(shù)有限公司，深圳 518101)

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熱電廠海水冷卻塔腐蝕檢查與防護策略

胡先鵬1,苗順超2,李 巖2,崔乘亮1,史寶良2

(1. 廣州華潤熱電有限公司，廣州 511400； 2. 深圳國能合創(chuàng)能源技術(shù)有限公司，深圳 518101)

通過目視檢查、混凝土表面保護涂層厚度和附著力檢測以及混凝土鋼筋銹蝕電位和混凝土電阻率測試等方法對某熱電廠海水冷卻塔進行了詳細的檢查和分析，發(fā)現(xiàn)海水冷卻塔不同高度的腐蝕情況具有明顯的差異。分析了各腐蝕區(qū)域腐蝕產(chǎn)生的原因，總結(jié)了海水冷卻塔發(fā)生腐蝕的規(guī)律，依據(jù)標準規(guī)范要求對腐蝕環(huán)境進行了評級。針對性地提出了對海水冷卻塔采用分區(qū)腐蝕控制的策略，能夠使冷卻塔的整體防腐蝕效果達到最佳，并降低電廠冷卻塔腐蝕控制方面的長期成本投入。

海水冷卻塔；腐蝕檢查；分區(qū)治理；腐蝕監(jiān)測

海水冷卻塔技術(shù)始建于20世紀70年代[1]。近年來我國沿海地區(qū)發(fā)電廠的數(shù)量和容量呈增長趨勢，海水直流冷卻技術(shù)的溫排水將引起越來越重的水體熱污染, 影響海洋環(huán)境和生態(tài)平衡。因此，人們越來越關(guān)注直流冷卻系統(tǒng)的可用性, 并趨向于認為這是一種不利于水體環(huán)境和生態(tài)平衡的技術(shù)。采用帶海水冷卻塔的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能極大地減少溫排水量, 從而基本消除溫排水對海洋水體環(huán)境及海洋生物造成的影響, 符合國家環(huán)保政策的要求[2]。

我國海水冷卻塔技術(shù)起步較晚，對于海水冷卻塔的腐蝕控制管理還停留在與淡水冷卻塔相同的層次。海水冷卻塔通常位于沿海地區(qū)或河流的入?？冢幱诟邷?、高濕、高氯離子含量的氣體滲透環(huán)境,濃縮海水環(huán)境和鹽霧區(qū)環(huán)境中，其腐蝕環(huán)境遠比淡水冷卻塔的惡劣，腐蝕破壞風(fēng)險也遠高于淡水冷卻塔的。定期對海水冷卻塔進行整體的腐蝕檢測和評估，是企業(yè)了解海水冷卻塔腐蝕狀態(tài)的有效手段。本工作結(jié)合廣州某熱電廠海水冷卻塔的腐蝕檢查案例，分析了海水冷卻塔的腐蝕規(guī)律和腐蝕原因，并提出了分區(qū)腐蝕控制的防護策略。

1　某熱電廠海水冷卻塔的腐蝕檢查

1.1海水冷卻塔簡介

廣州某熱電廠海水冷卻塔建于2009年，淋水面積為6 000 m2，底部直徑97.3 m，頂部直徑57 m，高128.3 m。塔筒采用水工混凝土，混凝土等級為C40 F50 W10。主要的防腐蝕方法是在通風(fēng)筒內(nèi)壁、塔頂以下10 m范圍外壁、下環(huán)梁底部及通風(fēng)筒外壁底部20 m范圍采用涂層防腐蝕,即環(huán)氧封閉底漆(無厚度要求)，環(huán)氧玻璃鱗片中間漆(300 μm)，聚氨酯面漆(60 μm)。

該電廠位于珠江入?？?，每年10月會有海水倒灌現(xiàn)象，一半的服役時間內(nèi)，海水冷卻塔的運行介質(zhì)為海水。海水冷卻塔運行過程中，其塔筒內(nèi)壁處于濕熱鹽霧環(huán)境中，淋水構(gòu)架、水池內(nèi)壁等與濃縮海水直接接觸，塔筒外壁受到海洋大氣的侵蝕，腐蝕環(huán)境多樣復(fù)雜[3]。運行不到6 a，冷卻塔內(nèi)壁已發(fā)生了涂層失效、鋼筋銹蝕等比較嚴重的腐蝕現(xiàn)象，見圖1。

1.2腐蝕檢查范圍和方法

由于此海水冷卻塔呈雙曲線形且較高，檢查時依靠吊籃進行高空檢查取樣，主要通過目視檢查，混凝土表面涂層的厚度和附著力測量[4-5]，混凝土鋼筋銹蝕電位和混凝土電阻率測量來評估海水冷卻塔的整體腐蝕狀況。測量時在同一高度范圍內(nèi)的四個方向上進行取樣，如高空設(shè)施或冷卻塔內(nèi)壁狀況影響取樣，可在預(yù)設(shè)取樣點附近代表性區(qū)域進行取樣，取樣點分布見表1。鋼筋銹蝕電位檢測每個測試點不少于20次；13.5 m標高為分水器上方，此區(qū)域腐蝕非常嚴重，故對此區(qū)域進行專項檢查；頂口腐蝕環(huán)境惡劣，重點檢測。

1.3腐蝕檢查結(jié)果

1.3.1 目視檢查結(jié)果

通過目視檢查發(fā)現(xiàn)，該海水冷卻塔自上而下均發(fā)生了比較嚴重的腐蝕，特別是冷卻塔頂口和分水器上方區(qū)域，腐蝕情況最為嚴重，多處存在大量鋼筋銹蝕銹跡。頂口內(nèi)壁涂層大部分失效粉化，外壁混凝土老化開裂，鋼筋裸露、銹蝕。分水器上方涂層老化變色，混凝土內(nèi)部鋼筋銹蝕，銹水滲出。

表1　冷卻塔腐蝕檢查取樣點分布Tab. 1　Distribution of sampling points for corrosion of cooling tower

根據(jù)標準GB/T 1766-2008《色漆和清漆涂層老化的評級方法》對海水冷卻塔表面涂層的各老化指標項評分，結(jié)果見表2。

表2　冷卻塔表面涂層單項等級表Tab. 2　Individual ranking table of cooling tower surface coating

由表2可見，該海水冷卻塔頂部、中部和分水器上部長霉、生銹、剝落等級均為5級，根據(jù)標準中“漆膜如有數(shù)種破壞現(xiàn)象，評定綜合等級時，應(yīng)按最嚴重的一項評定”，故涂層老化程度為5級，屬于最嚴重級別。

此外，冷卻塔內(nèi)壁不同高度均出現(xiàn)比較嚴重的鋼筋銹蝕現(xiàn)象，尤其以頂口和分水器上部最為嚴重。根據(jù)DL/T 5251-2010《水工混凝土建筑物缺陷檢測和評估技術(shù)規(guī)程》中鋼筋銹蝕對建筑物的危害程度大小的分類，冷卻塔內(nèi)壁頂部和分水器上部的鋼筋銹蝕已經(jīng)達到B類銹蝕(中度銹蝕，混凝土未出現(xiàn)順筋開裂剝落，鋼筋銹蝕范圍較廣，截面損失小于是10%)。

1.3.2 厚度和附著力檢測結(jié)果

采用高倍3D顯微鏡、美國DeFelsko的PosiTest AT-M數(shù)字顯示拉拔式附著力測試儀進行涂層厚度和附著力的測試，結(jié)果見表3。

表3　涂層厚度和附著力測試結(jié)果Tab. 3　Test results of coating thickness and adhesion

由表3可見，涂層厚度非常不均勻，最大厚度(距頂口29 m處)為541.2 μm，此區(qū)域平均厚度為505.6 μm，最低厚度(分水器上方2 m處)120.3 μm，此區(qū)域平均厚度僅有142 μm。設(shè)計文件要求的防腐蝕年限為8～10 a，參照標準HGT 4077-2009《防腐蝕涂層涂裝技術(shù)規(guī)范》，使用年限5～15 a，強腐蝕環(huán)境中涂層厚度要求≥200 μm。8個測試區(qū)中僅有三個測區(qū)滿足要求，不合格率達到62.5%。

由表3還可見，涂層附著力隨取樣高度的上升而降低，冷卻塔頂涂層附著力較差， JTJ 275-2000《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕工程技術(shù)規(guī)范》標準中規(guī)定“涂層與混凝土表面的附著力不得小于1.5 MPa”。所有測試點中有三個測試點附著力低于1.5 MPa，最低附著力僅1.00 MPa，不合格率為12.5%。表明涂層已經(jīng)出現(xiàn)老化，與基體的結(jié)合力開始下降，頂口附近涂層已出現(xiàn)大面積腐蝕破壞。

1.3.3 銹蝕電位和電阻率檢測結(jié)果

采用瑞士Proceq Canin+型鋼筋銹蝕儀及混凝土電阻率測試儀進行混凝土鋼筋銹蝕電位和電阻率的測量，結(jié)果見表4。

根據(jù)鋼筋銹蝕電位判定標準JGJ/T 152-2008《混凝土中鋼筋檢測技術(shù)規(guī)程》和ASTM C876-91(1999) 《Standard Test Method for Half-Cell Potentials of Uncoated Reinforcing Steel in Concrete》中的規(guī)定，當(dāng)電位>-200 mV，10%概率出現(xiàn)銹蝕；當(dāng)電位為-200 ～-350 mV，50%概率出現(xiàn)銹蝕；當(dāng)電位<-350 mV時，90%概率出現(xiàn)銹蝕。由表4可見，鋼筋銹蝕電位值從冷卻塔頂口至分水器上部呈現(xiàn)先增大，后減小的趨勢，分水器上方2 m處鋼筋銹蝕電位最負，4個測試區(qū)中有三個測試區(qū)的鋼筋銹蝕電位平均值小于-350 mV，出現(xiàn)鋼筋銹蝕的概率達90%以上；距頂口2 m處鋼筋銹蝕電位平均值為-280 mV，有50%概率銹蝕；中間區(qū)域鋼筋銹蝕平均電位比-200 mV更正，鋼筋銹蝕概率低。

表4　鋼筋銹蝕電位和電阻率Tab. 4　Results of reinforcement corrosion potential and electrical resistivity

GB/T 50344-2004《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標準》對混凝土電阻率判定也給出了明確的參考，電阻率>100 kΩ·cm時，鋼筋不會銹蝕；混凝土電阻率為50～100 kΩ·cm時，低銹蝕速率；混凝土電阻率為10～50 kΩ·cm時，鋼筋活化時可出現(xiàn)中高銹蝕速率；電阻率<10 kΩ·cm時，電阻率不是銹蝕的控制因素。該海水冷卻塔中部混凝土電阻率為30～50 kΩ·cm，鋼筋活化時可出現(xiàn)高銹蝕速率，靠近頂口和分水器上部混凝土電阻率均小于10 kΩ·cm，混凝土電阻率不是銹蝕的控制因素。

綜合鋼筋銹蝕電位和混凝土電阻率的測試結(jié)果，冷卻塔頂口和分水器上部目前腐蝕狀況比較嚴重，冷卻塔中部在鋼筋活化時腐蝕會加劇。冷卻塔整體處于腐蝕的加速階段。

總體來看，該海水冷卻塔處于嚴峻的腐蝕環(huán)境中，鋼筋混凝土已經(jīng)開始發(fā)生比較快速的腐蝕，當(dāng)前的防腐蝕措施不能滿足長期腐蝕防護的要求，如果不加以治理或治理不當(dāng)，腐蝕破壞速率將會逐步加快，影響整體的結(jié)構(gòu)強度。

2　冷卻塔腐蝕控制策略

根據(jù)冷卻塔腐蝕檢查結(jié)果，冷卻塔腐蝕情況自上而下存在較大差異，采用單一的防腐蝕體系或不能完全滿足各個區(qū)域的腐蝕，或會給電廠帶來較大的成本壓力，為尋求兩者之間的平衡，為此,本工作提出分區(qū)腐蝕控制的策略，根據(jù)不同區(qū)域的環(huán)境腐蝕特點采取對應(yīng)的腐蝕控制方法。

2.1冷卻塔腐蝕原因分析及分區(qū)

海水冷卻塔頂口和分水器上部腐蝕非常嚴重。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要是塔頂附近屬于濕熱鹽霧蒸汽環(huán)境，蒸汽流速最快，且有光照的影響，此區(qū)域的涂層很容易發(fā)生光學(xué)老化和自然老化，失去涂層保護的混凝土的抗?jié)B能力將大幅降低。腐蝕性離子滲透速率將加快，加速鋼筋混凝土的腐蝕失效。分水器上部區(qū)域?qū)儆陲柡蜐駸猁}霧蒸汽環(huán)境，溫度最高，空氣中氯離子濃度最高，腐蝕性最強。氯離子穿透性強，很容易穿透鋼筋表面的鈍化膜，從而對鋼筋進行腐蝕破壞。

參照GB/T 50476-2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》和CCES 01-2004《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南》，并結(jié)合冷卻塔內(nèi)壁的腐蝕檢查結(jié)果、對腐蝕環(huán)境進行識別和環(huán)境腐蝕評級，評級結(jié)果見表5。根據(jù)腐蝕環(huán)境評級結(jié)果，將海水冷卻塔自上而下分為4個區(qū)域，分區(qū)域進行檢查和評估。海水冷卻塔腐蝕分區(qū)示意圖見圖2。

表5　冷卻塔內(nèi)壁不同位置環(huán)境腐蝕評級Tab. 5　Environmental corrosion grade in different positions of cooling tower

2.2分區(qū)腐蝕控制策略

針對海水冷卻塔內(nèi)壁不同的腐蝕狀況，采用分區(qū)的腐蝕控制策略，可以有針對性地對腐蝕嚴重區(qū)域進行重點治理。對于腐蝕相對不是特別嚴重的部

位強調(diào)腐蝕情況的后續(xù)監(jiān)測。具體如下：

(1) 針對1區(qū)涂層嚴重破壞，混凝土嚴重腐蝕，且紫外線照射強烈的情況，修復(fù)時可采用耐候性優(yōu)異的面漆，如氟碳面涂。對頂口外部開裂的混凝土進行鑿開維修，更換銹蝕嚴重的鋼筋，并對鋼筋進行整體防銹。

(2) 針對2區(qū)紫外線照射強烈，涂層局部剝落、厚度不足、微生物附著嚴重的情況，建議除去原有涂層，重新進行涂裝保護，涂裝選用具有防紫外線和預(yù)防微生物附著的涂料體系。

(3) 針對3區(qū)飽和濕熱蒸汽環(huán)境，中度腐蝕的現(xiàn)狀，需進行鋼筋除銹并進行特殊防銹處理，對保護層進行修復(fù)平整后進行涂層防護。

(4) 針對4區(qū)海生物附著嚴重的情況，建議優(yōu)選殺生藥劑[5]。淋水構(gòu)件涂層剝落嚴重、混凝土存在一定程度劣化的情況，建議根據(jù)涂層失效程度進行修補，修補采用耐海水沖刷、浸泡、海生物附著的涂層體系，如防污漆等。

(5) 針對腐蝕環(huán)境苛刻的1區(qū)和3區(qū)建議進行腐蝕監(jiān)測，實時監(jiān)控鋼筋銹蝕和混凝土服役狀況。

(6) 針對局部鋼筋銹蝕嚴重的部位，建議在經(jīng)費允許的情況下，選用電化學(xué)保護，如犧牲陽極陰極保護或者外加電流陰極保護進行腐蝕控制的措施。

3　結(jié)論及建議

(1) 從腐蝕檢測與評估結(jié)果來看，海水冷卻塔整體腐蝕情況處于可控范圍，腐蝕主要集中在冷卻塔頂口和分水器上部區(qū)域，建議對頂口區(qū)域腐蝕開裂的混凝土進行修復(fù)，并采用耐高溫和耐紫外線的涂層體系進行修復(fù)；對分水器上部鋼筋銹蝕嚴重的區(qū)域進行開鑿檢查修復(fù)，并采取電化學(xué)方法進行腐蝕控制。

(2) 海水冷卻塔屬高聳構(gòu)筑物，檢查維修困難，定期進行腐蝕檢查是企業(yè)掌握冷卻塔腐蝕狀況的有效手段，可以幫助企業(yè)完善現(xiàn)有的防腐蝕措施，避免發(fā)生嚴重的腐蝕破壞；還可以幫助企業(yè)建立冷卻塔腐蝕情況數(shù)據(jù)庫，為今后的防腐蝕維修提供參考。

(3) 采用分區(qū)腐蝕控制的策略可以針對各個區(qū)域的腐蝕特點制定針對性更強的腐蝕控制體系，對不同區(qū)域進行分別控制，使冷卻塔的整體防護效果達到最佳，并能降低電廠冷卻塔腐蝕控制方面的成本投入。

[1]田林，李俊文，姚光源. 海水冷卻處理技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[C]//中國水處理技術(shù)研討會暨第33屆年會論文集，棗陽:[出版者不詳],2013：27-35.

[2]李敬生，劉景言，陳德智. 海水冷卻塔相關(guān)問題探討[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)，2007，40(增)：410-413.

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Corrosion Detection and Protection Strategy for a Seawater Cooling Tower in a Thermal Power Plant

HU Xian-peng1, MIAO Shun-chao2, LI Yan2, CUI Cheng-liang1, SHI Bao-liang2

(1. Guangzhou China Resources Thermal Power Co., Ltd., Guangzhou 511400, China;2. Shenzhen Gtec Co., Ltd., Shenzhen 518101, China)

Visual inspection, thickness and adhesion testing of concrete protective coating as well as concrete reinforcement corrosion potential and concrete resistivity tests were used to inspect and analyze the corrosion condition of a seawater cooling tower in a thermal power plant. The results showed that the corrosion situation of the seawater cooling tower in different heights had obvious differences. The corrosion reasons in different areas were analyzed, the law of seawater cooling tower corrosion was summed up, and the corrosion level was scaled according to relevant standards. A seawater cooling tower corrosion control strategy was put forward, which can reduce the long-term costs of power plant cooling tower corrosion control.

seawater cooling tower; corrosion detection; zoning corrosion control; corrosion monitoring

10.11973/fsyfh-201609015

2015-12-16

苗順超(1985-),工程師,本科,從事核電、火電、風(fēng)電等能源領(lǐng)域腐蝕防護的研究與治理,13828012621,miaoshunchao@163.com

TG172

B

1005-748X(2016)09-0756-04