特大型海水冷卻塔防腐涂層性能檢測及老化控制策略探討

何毅帆，周慎學(xué)，金士政，錢洲亥，曹求洋

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014；2.浙能臺州第二發(fā)電廠，浙江臺州317100）

特大型海水冷卻塔防腐涂層性能檢測及老化控制策略探討

何毅帆1，周慎學(xué)2，金士政2，錢洲亥1，曹求洋1

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014；2.浙能臺州第二發(fā)電廠，浙江臺州317100）

針對發(fā)電廠海水冷卻塔涂層運行后狀態(tài)難以評價的問題，通過目視檢查，厚度、粗糙度、附著力檢測，對某發(fā)電廠特大型海水冷卻塔防腐蝕涂層狀態(tài)進行了評估。發(fā)現(xiàn)不同材料面上涂層老化速率顯著不同，分析涂層老化速率差異的原因，并提出了根據(jù)不同材料制定不同防腐及涂層老化控制方式的策略，能夠延長防腐涂層的預(yù)計壽命，減少區(qū)域性快速老化并惡化的可能性。

海水冷卻塔；涂層；檢測；評價；老化控制

0 引言

海水冷卻塔是使用海水作為循環(huán)冷卻水補充水的一種循環(huán)冷卻系統(tǒng)，相較于傳統(tǒng)的海水直流冷卻技術(shù)，可大幅減少溫海水的排放量，減少發(fā)電廠冷卻水對周邊海洋生態(tài)系統(tǒng)的破壞。隨著國家環(huán)保要求的日漸提高以及我國沿海地區(qū)火力發(fā)電容量的提升，這種環(huán)境友好的技術(shù)也得到了越來越多的應(yīng)用[1]。

但是，我國海水冷卻塔的腐蝕控制與防護技術(shù)還停留在較低水平，很多海水冷卻塔采用的防腐蝕標(biāo)準(zhǔn)較低，甚至僅相當(dāng)于淡水冷卻塔的防護水準(zhǔn)。海水冷卻塔直接暴露在腐蝕性海洋大氣中，周圍環(huán)境高濕、高氯；風(fēng)強大，方向多變；循環(huán)水循環(huán)過程中水蒸發(fā)導(dǎo)致海水濃縮等各種因素，使得海水冷卻塔的腐蝕環(huán)境遠比淡水塔惡劣，防腐蝕涂層失效的可能性也遠大于淡水冷卻塔。為了評價與控制海水冷卻塔表面涂層的腐蝕狀況，延長海水冷卻塔的使用壽命，保證機組安全運行，對海水冷卻塔展開涂層檢測及腐蝕因素的研究勢在必行。通過對浙江某特大型發(fā)電廠海水冷卻塔涂層檢測的實例，分析了海水冷卻塔防腐涂層面臨的腐蝕威脅與現(xiàn)存問題，提出一種防腐涂層老化的控制策略。

1 海水冷卻塔防腐涂層檢測

1.1 冷卻塔基本情況

浙江某發(fā)電廠采用海水二次循環(huán)冷卻技術(shù)，建有2座超大型海水冷卻塔，實現(xiàn)對溫升海水進行冷卻并循環(huán)利用，減少溫海水排放量，從而減少對海洋環(huán)境的影響。該海水冷卻塔為目前亞洲最大的海水冷卻塔，其中1號冷卻塔高172 m，底部直徑138 m，淋水面積13 000 m2，筒體混凝土用量超過24 000 t。淋水結(jié)構(gòu)采用的防腐措施為施加防腐涂層，該涂層體系主要由3個涂層組成：底層為環(huán)氧封閉漆與環(huán)氧膩子，中間層為300 μm改性環(huán)氧鱗片，表層為200 μm聚氨酯面漆。設(shè)計附著力要求為2 MPa。

該發(fā)電廠位于三門灣，運行介質(zhì)為海水，設(shè)計濃縮倍率為2倍，實際濃縮率隨季節(jié)變化，在冬季約為2倍，夏季最高可達4～5倍，因此實際運行的鹽濃度在54.8～137 g/kg。淋水立柱，主進水管及其涵道長期浸泡在高濃度海水中，工作環(huán)境惡劣。在該發(fā)電廠第一次停機大修時檢點，可見在運行1年后，淋水立柱表面已覆蓋大量沉積物。為具體評價涂層狀態(tài)，對防腐涂層進行粗糙度、附著力、厚度以及目視檢查，針對存在問題提出養(yǎng)護策略。

1.2 檢查點選擇

該冷卻塔淋水面積大、立柱多，且附著力檢查為破壞性檢查，不適合進行普查。因此將冷卻塔分為4個區(qū)域，每個區(qū)域沿放射方向選點檢查，檢查抽查點如圖1所示。

圖1中方框所示為附著力測試點，圓形所示為厚度和粗糙度測試點，由于整體附著物量呈現(xiàn)中心部分明顯多于外延的趨勢，因此在布點上采取中心密集的策略。

圖1 測試選點分布示意

1.3 涂層檢查結(jié)果

1.3.1 目視檢查結(jié)果

依據(jù)國標(biāo)GB/T 9761-2008開展目視排查[2]。在目視檢查前，在所有立柱上用草酸洗液洗去局部的附著物，打開目視檢查窗口，確定涂層整體狀況。檢測發(fā)現(xiàn)，淋水立柱在運行1年后表面防腐涂層狀況整體良好，無崩落、粉化、變色長霉現(xiàn)象，但涂層表面針孔較多，顆粒狀起伏明顯。按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，要求完工后的涂層表面應(yīng)當(dāng)平整光滑無針孔無流注，被測立柱不合格率為13.89%。

圖2（a）黑圈標(biāo)出部分為涂層表面針孔，同時可見涂層平整度較差，有流狀和顆粒狀突起。

同時，在目視檢查中發(fā)現(xiàn)，使用同種防腐措施的金屬管道及金屬鑲嵌件，表面涂層大面積崩落，未崩落區(qū)域松脆粉化如圖2（b）所示?？梢?，在海水條件下，金屬表面和混凝土表面不能采用同樣的防腐蝕措施。

圖2 部分涂層缺陷

在目視檢查中還發(fā)現(xiàn)，雖然淋水立柱表面狀況良好，同為淋水結(jié)構(gòu)的主進水管及其涵道狀態(tài)卻較差。淋水管道外周防腐涂層粉化剝落，沿法蘭有腐蝕產(chǎn)物生長堆積，主進水管涵道表面涂層局部起泡，并有較大裂紋，如圖3所示。具體檢測結(jié)果見表1。

可見，除主進水管道和淋水構(gòu)架柱內(nèi)金屬預(yù)埋件外，整體涂層狀態(tài)良好。在運行1年后涂層老化狀態(tài)低于預(yù)期，檢查中發(fā)現(xiàn)的涂層老化問題主要來源為施工缺陷。同時發(fā)現(xiàn)淋水構(gòu)件在水線附近損傷最為嚴重，可見在淋水立柱表面腐蝕過程中，鹽霧腐蝕起了較大的作用。

圖3 主進水管檢查情況

1.3.2 厚度及附著力檢查

使用defelsko公司Positest AT-A拉力測試儀以及Positest 200C超聲厚度測試儀對選定的測試點進行附著力與厚度測試。測試方法參照國標(biāo)GB/T 5210-2006[3]與GB/T 13452.2-2008要求[4]，測試結(jié)果如表2。

由表2可見，涂層厚度非常不均勻，最薄處470 μm，最厚處581 μm，設(shè)計書中要求涂裝厚度為“中間層+面漆”不小于500 μm，被試的9個立柱中僅1處不滿足此設(shè)計要求。從表2還可看到：在拉開試驗時，除1處在2.1 MPa時涂層被完整剝離，2處在2.0 MPa及2.4 MPa時粘結(jié)劑破裂外，其余部分均為底材破壞，說明涂層附著強度大于混凝土附著強度。按設(shè)計要求，混凝土在施加涂層時應(yīng)當(dāng)清除浮漿、灰分、噴砂后以膩子找平，以結(jié)果來看，被試立柱普遍存在混凝土抗拉強度低于土層抗拉強度的問題。

1.3.3 粗糙度測試

使用elcometer公司elcometer 224C表面粗糙度儀測試涂層粗糙度，測試方法參照國標(biāo)GB/T 1031-2009[5]，最終得到的結(jié)果為：平均粗糙度259 μm，均方差138，最小粗糙度46 μm，最大粗糙度497 μm。從此結(jié)果可見，涂層表面粗糙度極大且極不均勻。綜合目視檢查結(jié)果，可以確認表面附著物大量生成且結(jié)合緊密與涂層表面的粗糙度過大有關(guān)。

2 海水冷卻塔防腐涂層老化控制策略

根據(jù)海水冷卻塔防腐涂層檢測結(jié)果，防腐涂層老化在不同部位表現(xiàn)出極大的不同。在較短的時間內(nèi)涂覆于混凝土表面的涂層在無額外外力作用、僅受冷凝水霧沖刷的情況下，仍保持較好的完整度[6]，以同樣方法進行防腐處理的金屬鑲嵌件與金屬管道表面涂層，則表現(xiàn)出較嚴重的老化甚至完全失效。由此可見，不同部位的防腐蝕需要制定不同的防腐策略，同時采取相對應(yīng)的抗老化措施。

2.1 金屬構(gòu)件的防腐蝕及涂層老化控制

由檢查結(jié)果可見，金屬表面涂層老化嚴重，剝落方向有明顯的沿金屬/混凝土交界面向金屬結(jié)構(gòu)中心部位發(fā)展的趨勢[7]。其原因為：金屬和混凝土之間較大的熱脹冷縮率存在差異，金屬熱容小熱導(dǎo)率高，在外界溫度變化時，金屬溫度變化梯度較混凝土大，因此交界面上將承受較大的橫向拉力，此種拉力會使涂層出現(xiàn)裂縫，使氯離子滲透率大幅上升，從而使交界面上的金屬表面腐蝕加速，混凝土的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使得在濕度較大的情況下、表面涂層有微小破損時，金屬結(jié)構(gòu)較易發(fā)生腐蝕。

表1 目視檢查結(jié)果

表2 附著力及厚度測試結(jié)果

因此，在后續(xù)處理時需要增大金屬結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)之間的膨脹縫，在2種材料表面分別進行防腐處理，再以彈性樹脂材料填充隔離。金屬表面需要選用附著力更高、膨脹系數(shù)與金屬更接近的涂料，同時建議對金屬部分施加陽極保護或外接電源保護作為輔助保護，在涂層完好時，陽極塊消耗極慢，僅需日常巡視，若部分涂層出現(xiàn)破損，陽極塊可繼續(xù)保護管道，防止由于基底腐蝕而導(dǎo)致金屬部分涂層失效以及連帶的周邊涂層崩落。

2.2 混凝土淋水立柱的涂層老化控制

立柱表面涂層粗糙度高，有較多的針孔，在使用時會導(dǎo)致濃縮海水中的金屬膠體及鹽類以涂層表面的缺陷為凝結(jié)核生長析出，導(dǎo)致涂層表面微環(huán)境氯離子及其他腐蝕因素濃度明顯高于平均水平。建議檢修中對表面進行拋光，并以抗腐蝕材料填補針孔以及其他缺陷，改善表面特性，降低表面沉積以及異常腐蝕的產(chǎn)生。

3 結(jié)語

海水冷卻塔工作環(huán)境惡劣，腐蝕因素復(fù)雜，對于其中不同的工作部分應(yīng)根據(jù)材料特性制定詳細的防腐措施和抗老化策略。同時，在進行防腐蝕保護時應(yīng)注意最大限度地降低表面的粗糙度與缺陷密度，防止海水內(nèi)物質(zhì)析出導(dǎo)致的異常老化與腐蝕。

在制定抗老化策略時，應(yīng)對材料交接界面及大面積無伸縮縫墻體給予額外關(guān)注，這些部分由于自身應(yīng)力可能導(dǎo)致表面涂層異常受力進而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)受損，如不施加額外防腐容易出現(xiàn)底材受損使表面涂層加速老化的惡性循環(huán)[8]。

[1]胡先鵬，苗順超，李巖，等.熱電廠海水冷卻塔腐蝕檢查與防護策略[J].腐蝕與防護，2016，37（9）∶756-759.

[2]GB/T 9761-2008色漆和清漆色漆的目視比色[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[3]GB/T 5210-2006色漆和清漆拉開法附著力試驗[S].北京：中國質(zhì)檢出版社，2006.

[4]GB/T 13452.2-2008色漆和清漆漆膜厚度的測定[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[5]GB/T 1031-2009產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）表面結(jié)構(gòu)輪廓法表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[6]COOKE J.Analysis of new anti-corrosion coating system[J]. Transations of the Institute of Metal Finishing，2013，91（6）∶283-285.

[7]杜存山.涂層性能狀態(tài)評價數(shù)學(xué)模型[J].涂料工業(yè)，2013，43（7）∶5-8

[8]吳良建，祝剛，許哲偉，等.考慮全壽命周期的電力設(shè)備可靠性分析[J].浙江電力，2015，34（11）∶61-64.

[9]華敏，董益華.大型自然通風(fēng)冷卻塔節(jié)能改造經(jīng)濟價值[J].浙江電力，2016，35（12）∶73-76.

[10]劉國樹，李興.煙塔合一冷卻塔淋水架構(gòu)混凝土損壞的原因分析與對策[J].天津電力技術(shù)，2011（3）∶34-36.

[11]劉紹中，孫玉龍，梁龍.火電廠冷卻塔混凝土的耐久性保護研究[J].電力建設(shè)，2008（4）∶96.

（本文編輯：徐晗）

Discussion on Performance Detection and Ageing Control Strategy for Anticorrosion Coating of an Oversize Seawater Cooling Tower

HE Yifan1，ZHOU Shenxue2，JIN Shizheng2，QIAN Zhouhai1，CAO Qiuyang1
（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.Zhejiang Energy Company Taizhou Second Power Plant，Taizhou Zhejiang 317100，China）

It is quite difficult to evaluate the coating state of the seawater cooling tower after its operation.By use of visual inspection，thickness，roughness and adhesive force detection，the anti-corrosion coating state of an oversize seawater cooling tower in a power station is evaluated.For the remarkably different ageing rates of coatings on different materials，the reasons are analyzed，and a strategy of determining anti-corrosion and ageing control method based on different materials is presented.This strategy can prolong the estimated life of anti-corrosion coating and decrease the possibility of fast ageing and deterioration in some areas.

seawater cooling tower；coating；detection；evaluation；ageing control

10.19585/j.zjdl.201708014

1007-1881（2017）08-0069-04

TM621.8

B

浙江能源集團科技項目（ZN-KJ-2017-009）

2017-05-03

何毅帆（1991），男，碩士，從事電力桿塔、接地網(wǎng)、火電防腐研究工作。