德國韋爾電站壓力鋼管抗腐蝕保護(hù)的更新

馬元珽 譯自英刊《水電與大壩》2009年第5期

德國韋爾抽水蓄能電站已經(jīng)運行了 30多年,Schluchseewerk有限公司決定對其壓力鋼管的抗腐蝕保護(hù)實施更新。更新工程涉及對壓力鋼管各部件,包括壓力井、上游和下游配水管線、圓筒泄水閘門和 Lindau旁路的處理。需在12個月內(nèi)完成40900m2的表面處理作業(yè),包括采用噴砂除去原先的柏油基涂層,在表面涂上2層或 3層無溶劑雙組分環(huán)氧樹脂。

該公司總部設(shè)在德國黑林山南部地區(qū),運營5座水電站,共20臺機組,在水輪機模式時最大容量為1836 MW,水泵模式時為1604 MW。該公司也負(fù)責(zé)14座人工水庫的運營。目前,韋爾抽水蓄能電站的維護(hù)與更新是該公司的主要任務(wù)。

圖1 韋爾抽水蓄能電站總體布置

1 電站概況

韋爾抽水蓄能電站位于黑林山南部地區(qū)一個同名村莊的上游。電站由位于霍恩貝格附近朗格克山脈頂部的霍恩貝格水庫(上庫)供水,可用水頭約為670m。自1976年投運以來,電站一直在運行。電站裝機容量為 980MW,在廠房洞室中安裝有4臺可逆混流式機組,經(jīng)過水輪機的水流入韋爾水庫(下庫)。電站總體布置示于圖1。

在運行 30多年之后,壓力鋼管內(nèi)的抗腐蝕保護(hù)需要更新。從霍恩貝格上庫(高程1048 m),經(jīng)洞室前的鎧裝壓力井和上游輸水管線,向發(fā)電機組供水。

壓力井長約1385 m,內(nèi)徑為5.53m。輸水管線的內(nèi)徑減小到1.9 m。壓力鋼管埋在地下,因此不能從外部進(jìn)入。除了上庫入口以及洞室和輸水管線上方以外,沒有通道能夠進(jìn)入。

帶調(diào)壓室的下游輸水管線可以從洞室上方進(jìn)入。下庫的入口只能用于有限的范圍(下庫保持充滿)。

2006年,成立了一個由 Schluchseewerk公司和Tiroler Wasserkraft公司(TIWAG)代表組成的修復(fù)工程隊。

2 工作要求

2.1 涂層產(chǎn)品選擇

修復(fù)工程的一個重要因素是選擇擬用的涂層產(chǎn)品,它將對現(xiàn)場安裝、探查、噴砂除銹的質(zhì)量、時間進(jìn)度等產(chǎn)生影響。因此,與 TIWAG合作,詳細(xì)比較了多種可能的方案,并對各方案的優(yōu)缺點進(jìn)行了權(quán)衡。技術(shù)評估的重要項目包括對不同參考工程中所采用的抗腐蝕系統(tǒng)的性能進(jìn)行評估。

在進(jìn)行方案評估之后,認(rèn)為厚層產(chǎn)品Humidur最適用,因為該產(chǎn)品對水電站工程有著特殊的效果?？紤]到施工期(2008年 4月至2009年 3月)和一些最主要的條件,而且根據(jù) Schluchseewerk公司規(guī)定的條款,工程的最佳方案是采用 Humidur。

該產(chǎn)品的優(yōu)點主要是厚層涂敷,修理方法(采用相同的產(chǎn)品進(jìn)行噴、刷和灌)簡單,甚至可以在底層低溫下應(yīng)用,具有用于同類工程(尤其是在壓力管線/壓力井中)的良好經(jīng)驗,不需要采用溶劑等添加劑。此外,另一個重要因素是涂層供貨商可以提供現(xiàn)場援助。通過公開招標(biāo),最終將工程的承包合同授予德國 Arge Bauschutz-Bekor公司。

2.2 時間進(jìn)度安排

為了在電力公司規(guī)定的期限內(nèi)完成抗腐蝕保護(hù)的更新工程,至少要將工程劃分為獨立的5期進(jìn)行施工組織:

(1)2008年 4月,排空壓力鋼管系統(tǒng);

(2)2008年7～12月,開展系統(tǒng)各部分抗腐蝕作業(yè)的施工;

(3)2009年1月底,下游隧洞和輸水管道重新充水;(4)2009年 3月,壓力井充水;(5)2009年 3～4月,進(jìn)行調(diào)試。

2.3 作業(yè)組織

在放空上庫后,允許進(jìn)入上庫。Ⅰ期是處理壓力井,壓力井長1385m,直徑5.53 m,坡度為54%,總表面積約為24000m2。在安裝了空調(diào)裝置后,采用小車運輸,先除去Ⅰ期第1段的老涂層,再涂上新涂層。

要在很短的工期內(nèi)完成作業(yè),對上游輸水管線(Ⅱ期)和機組連接處與Ⅰ期第1段(進(jìn)水塔/壓力井的垂直鎧裝)進(jìn)行平行處理。工程各期具體完成的工作量列于表1。

在壓力井內(nèi)主要作業(yè)開始之前,必須首先完成上游輸水管線內(nèi)表面涂層的更新,工作站面對面布置。

表1 工程各期涂層的表面積

在Ⅲ期,必須完成下游輸水管線和調(diào)壓室升井段的處理,總表面積約為 9600m2。

Ⅳ期包括處理進(jìn)水塔內(nèi)的圓筒泄水閘門。將閘門提起放在一個平臺上,在進(jìn)水塔中必須切割出一個1.2 m×1.2m的進(jìn)口。將圓筒泄水閘門放在正確位置進(jìn)行處理之前,必須先排水。還要對閘門進(jìn)行某些機械修理,修理作業(yè)由業(yè)主實施。經(jīng)與該公司磋商后,再進(jìn)行抗腐蝕更新作業(yè)。

Ⅴ期包括更新 Lindau旁路的內(nèi)部涂層,面積約為1500m2。

為了處理電站的幾個較小部件,搭建了一個專用噴砂工作棚,與大型作業(yè)平行進(jìn)行。

2.4 現(xiàn)場設(shè)備要求

通常,對于Ⅰ ～Ⅴ期所有的表面處理作業(yè),要求處理后的表面不得含有石棉和多環(huán)芳香烴(PAH)。工程必須按照各主要標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程進(jìn)行。基于原有抗腐蝕產(chǎn)品供貨商提供的資料以及對新生產(chǎn)的涂層材料的分析,可以確定老涂層中含有的危險物質(zhì)。根據(jù)查明的危險物質(zhì)(主要是 PAH和石棉),規(guī)定了抗腐蝕工作的要求:必須符合 TRGS519和551。根據(jù)先前的經(jīng)驗并咨詢有關(guān)當(dāng)局,決定用常規(guī)的干噴法來清除老涂層。

因為必須考慮有滲漏或山區(qū)溪流可能從水庫流下,經(jīng)咨詢 Schluchseewerk公司,認(rèn)為必須安裝一套排水系統(tǒng)。

為了方便處理壓力井內(nèi)表面(Ⅰ期),同時也方便人員交通,需要借助一種小車進(jìn)行處理,但是必須經(jīng)有關(guān)當(dāng)局批準(zhǔn)。移動該小車的卷揚機可固定在上庫內(nèi)設(shè)置的各個安全點。

2.5 空氣調(diào)節(jié)

所有表面處理必須進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)?？照{(diào)系統(tǒng)的性能必須能使待處理的表面總是保持完全干燥,即使是在不利的室外氣候條件下。而且,按照客戶的技術(shù)要求,待處理鋼鎧的表面溫度必須保持在其露點以上至少5℃,相對濕度不能超過 40%,直到第1層涂層作業(yè)結(jié)束。

出于技術(shù)原因,調(diào)節(jié)的空氣必須由適宜的加熱系統(tǒng)加熱,并配備一個開關(guān)箱,對吸進(jìn)空調(diào)的空氣需用發(fā)電機組冷卻。

空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)必須安裝在沒有灰塵的地方,尤其要防止灰塵進(jìn)入電站。因此,在排放到露天之前,必須對排氣進(jìn)行過濾。此外,在去除老涂層的過程中,必須使用石棉和 PAH過濾器。

承包商負(fù)責(zé)永久控制排氣中的石棉和 PAH含量,任何時候都必須保證其數(shù)值保持在法定限度以內(nèi)。如果承包商沒有采取這些防塵措施,工作必須立即停止。

3 處理過程

3.1 用噴砂法除銹

在完成空氣調(diào)節(jié)和排水等現(xiàn)場準(zhǔn)備工作之后,即可開始噴砂除銹。Schluchseewerk公司規(guī)定,必須嚴(yán)格執(zhí)行德國標(biāo)準(zhǔn) DIN EN ISO12944第4部分,清潔到 Sa 3,按照技術(shù)報告 DIN Nr.28(也稱為 DIN EN ISO 8502第 3部分)要求至少達(dá)到 m2/g2的清潔度。為保證涂層系統(tǒng)在鋼表面的最大粘性,鋼表面的平均粗糙度必須至少達(dá)到 60μm。最后階段的噴砂清潔必須用未使用過的噴砂材料。待用的噴砂材料必須通過一個排氣裝置和皮帶運輸機進(jìn)行無塵運輸,然后,按照客戶的說明書儲存。

最初,逆氣流方向噴砂清潔表面,以去除老涂層(一層黑色表面)。在除銹之后,由一家得到認(rèn)可的研究機構(gòu)進(jìn)行獨立監(jiān)測,然后對暴露待處理的表面(一層白色表面)用新的噴砂材料進(jìn)行第2次噴砂清潔,直到清潔度達(dá)到 Sa 3(平均粗糙度大于 60μm),并再次除塵。

3.2 噴涂新涂層

在 TIWAG的質(zhì)量控制人員實行噴砂清潔過程控制和焊縫取樣試驗之后,經(jīng)允許,方可對這些部件進(jìn)行涂敷。

按照招標(biāo)規(guī)范,應(yīng)涂兩層無溶劑雙組合環(huán)氧樹脂涂層 Humidur,一層為淺灰色,一層為淺藍(lán)色,兩層總的干膜厚度至少有600μm。為延長抗腐蝕系統(tǒng)的使用壽命,考慮到目前底板和鐮刀狀部件區(qū)域的腐蝕程度,決定在該區(qū)域增加一層黃色 Hum idur。在增加層區(qū)域總的干膜厚度必須至少是1000μm。應(yīng)采用通過對角無空氣噴涂方式進(jìn)行噴涂。

在涂完第1層(不刷底漆直接涂在鋼表面上)之后,通過火花試驗以測試涂層有無孔隙,并測量涂層的厚度。如有疵點或孔隙,則需再次涂刷,對焊縫用刷子進(jìn)行處理。處理過的表面在通過了質(zhì)量控制小組的驗收之后方能噴涂第2層 Humidur,并在底板和鐮刀狀部件上噴涂黃色 Humidur。

該噴涂作業(yè)沒有要求最大中間養(yǎng)護(hù)時間,噴涂下一層的等候時間僅取決于機械負(fù)荷承載能力,即小車能否在涂層上移動。因此,與常規(guī)的涂層系統(tǒng)(使用底部涂層,需噴涂幾層,而且中間養(yǎng)護(hù)時間較長)相比,可實現(xiàn)更加靈活、中斷較少的工作方式。涂層的平均厚度為1200μm,在底板和鐮刀狀部件處,總厚度為1400μm。

4 質(zhì)量保證措施

為了在盡可能短的時間內(nèi)完成該項工程,并縮短電站停機時間,不僅要選用有效的涂層系統(tǒng),而且靈活的質(zhì)量控制安排也極為重要。受 Schluchseewerk公司委托,TIWAG的專業(yè)人員對該工程進(jìn)行了監(jiān)測,從分析老涂層狀況開始,直到對新涂層的最終檢查,以保證最佳質(zhì)量。

由于工程的重要性,對質(zhì)量控制系統(tǒng)進(jìn)行了精心設(shè)計。通過各方密切參與和合作,滿足了許多精確的涵蓋該標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)規(guī)范,包括保證標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,以及具體參數(shù)和試驗。

在處理焊縫時,預(yù)先用刷子涂上黃色 Humidur。在涂敷過程中,定期采用濕膜厚度計來控制涂層厚度。

5 結(jié) 語

基于韋爾抽水蓄能電站更新抗腐蝕保護(hù)的理念,這項非常復(fù)雜的工程得到了成功實施。在質(zhì)量要求高、時間極為緊迫的情況下,與基于常規(guī)產(chǎn)品和方法的理念相比,所采用的抗腐蝕系統(tǒng)降低了工程風(fēng)險。由于實施了質(zhì)量保證措施,達(dá)到了施工期短、停機時間短,從而相關(guān)經(jīng)濟(jì)損失最少的目的。