电厂埋地循环水管道防腐应用技术探究

李书芳，李向伟

（中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司，山西太原 030001）

0 引言

随着工业建筑的发展，许多管道都由地上安装转为地下埋藏。在火力发电厂的诸多管道中，不同种类和数量的埋地管道就占了很大比例，为火力发电厂的正常运行发挥着作用。尤其是循环水管道，其在火力发电厂机组运行中承担着为机组提供绝大部分冷却水的任务，也是火力发电厂补水量最大的系统，循环水管道系统运行的稳定性直接关系到整个机组的稳定。一般来说，火力发电厂的循环水管设计寿命要求达到20 a，但埋地循环水管道因长期受到地下土壤和输送介质的作用容易发生腐蚀，很难达到20 a的要求。循环水管道发生腐蚀后，会导致设备非计划性检修、更换甚至停产。另外，其他管道因腐蚀穿孔造成的漏气、漏水、漏油事故，除了污染环境外，也增加了发生爆炸和火灾的概率，加强埋地管道腐蚀危害的研究不仅仅是经济问题，还是个严重的社会问题。因此，火力发电厂埋地管道的腐蚀问题应得到高度重视和有效控制。

1 电厂循环水管道腐蚀的原因

1.1 自然环境影响

埋地循环水管道的敷设通常有管道线路长、经历的工作环境复杂等特点，这些特点导致管道受到多种腐蚀，主要有土壤腐蚀、细菌腐蚀和杂散电流腐蚀等，严重影响管道的使用寿命。

1.2 输送介质的影响

输送淡水时，由于水的腐蚀作用使管道内壁产生堆积物、锈蚀物和黏垢，这些物质可能含有大量金属元素、细菌和藻类，影响水质和卫生安全。而当选择海水为介质时，因海水是一种高腐蚀性介质，其以氯化钠为主的电介质质量分数达3.5%，且微生物含量高，故存在严重的腐蚀、结垢和污损生物附着问题，因此循环水管道内壁的腐蚀较淡水环境时强烈得多。

1.3 钢管的材质及制造因素[1]

钢管的材质与制造因素是管道腐蚀的内因，特别是钢材的化学组分与微晶结构。在管材中加入微量镍、铜、铬可提高抗腐蚀性。在钢管制造过程中，表面存在缺陷如划痕、凹坑、微裂等，也易造成管道腐蚀开裂。

1.4 管道运行过程中的使用应力

管道运行时，过高的输送压力使管壁产生过大的使用应力，易使管道腐蚀裂纹扩展；压力循环波动也易使管道裂纹扩展，严重者可能会造成管道断裂，甚至引起爆炸。

2 管道内外壁防腐措施

2.1 管道内壁防腐

2.1.1 管道内壁防腐的必要性

根据现场实际经验，当输水管道内壁不进行防腐时，在运输堆放过程中可能因天气、管道碰撞等原因，导致管内壁有不同程度的腐蚀；在实际运行过程中，使用数年的输水钢管内壁均有不同程度的腐蚀；在机组局部停水检修过程中，由于空气进入，而管道处于密闭状态下，内表面的水分难以完全蒸发，必然会使管道内壁产生不同程度的电化学腐蚀；不同的输送介质会对管道腐蚀产生或轻或重的影响。因此，为了保证管道可靠的使用年限，对管道内壁防腐必不可少。

2.1.2 管道内壁防腐措施

a）加强对输送介质的净化。从钢管的腐蚀机理来看，CO2、H2S等气体在水的作用下会对管壁造成腐蚀。因此，对输送介质的净化很有必要。将CO2、H2S、H2O的浓度比例控制在一定的临界点范围下，减少它们之间的相互作用，可降低介质对管道的腐蚀。

b）输送介质中添加缓蚀剂。合理使用缓蚀剂，可有效防止管道在特定腐蚀环境中发生腐蚀。

c）选择耐腐蚀管材。采用抗相应腐蚀介质的耐蚀管材，但一般会造价昂贵。

d）管内壁做内衬处理。根据不同的输送介质采用不同的耐蚀材料做管道内衬处理的方法，是目前经济可行且方便有效的方法。常用的内衬种类有普通水泥砂浆内衬、防腐涂料、聚氨酯内衬。防腐涂料和水泥砂浆衬里可以适当减轻管道内壁的腐蚀，但长期浸泡下会存在内裂、脱落、剥皮等破坏的可能，导致水质变差。

上述几种措施只能起到防护作用，不能消除腐蚀。解决金属腐蚀的关键问题是开发新型耐腐蚀材料来取代易腐蚀的金属，并且使其成本合理，可在工业上大规模应用。随着科技的进步，新的耐腐蚀材料正层出不穷。

2.2 管道外壁防腐

2.2.1 管道外壁防腐的必要性

对于埋地钢管，由于经历的环境复杂，易受多种因素腐蚀，主要腐蚀是土壤腐蚀，而影响土壤腐蚀的主要因素有土壤酸碱度、土壤湿度、氧及微生物等。为防止管道在预期的使用寿命内因外壁腐蚀导致功能损失，须对管道外壁进行防腐。

2.2.2 管道外壁防腐措施

埋地钢管仅凭防腐蚀涂层保护，存在许多不安全因素，在实施防腐蚀涂层的同时，加上阴极保护技术，能保证管道长期安全、可靠运行[2]。常用的防腐涂料有：石油沥青、环氧煤沥青、三层聚乙烯（3PE）、溶结环氧粉末（FBE）、2度高固体分改性环氧涂料等，通过涂层将管道金属与空气、土壤、水等腐蚀环境隔离，这是外壁防腐的第一道防线，也是目前埋地钢管防腐最有效且应用最广泛的方法。阴极保护是通过给管道施加阴极电流来阻止管道金属腐蚀（失去电子），这是外壁防腐的第二道防线。

3 埋地管道防腐设计

3.1 防腐层选择原则

3.1.1 技术

技术可行：要选择既能满足管道沿线环境腐蚀要求，又能满足施工工艺条件所需的防腐层，这是保证防腐层质量合格的先决条件。

电厂埋地循环水管道确定防腐层原则：首先，确定土壤腐蚀环境类别，对此可依据该地区地质勘测报告来确定；其次，确定涂料系统的使用寿命，短期防腐5 a，中期防腐5～15 a，长期防腐＞15 a；最后，根据土壤腐蚀等级及涂料种类确定防腐等级，合理选择底漆、面漆。

3.1.2 经济

经济合理：对技术可行的方案要进行经济分析并依据投资情况评选。笔者搜集的部分防腐涂料价格情况（仅包含施工费及材料费，不含管理及维修费）如表1所示。

表1 不同防腐涂料价格对比元/m2

3.1.3 工程需要

工程上一般因地制宜地敷设管线，这就导致管线的敷设环境可能有很大差异，此时可根据环境差异选择适宜的防腐层。但防腐分类、分段不宜过多，否则不利于组织施工，而且多种类型的施工机具与设施的使用还会增加工程造价。

3.2 不同地区电厂循环水管道的防腐形式

3.2.1 滨海电厂循环水管道的防腐形式

对于滨海电厂，循环冷却介质为海水。海水是一种典型的电解质溶液，金属在海水中极易发生电化学腐蚀。目前，此类电厂循环水管道多采用碳钢材质，而碳钢在海水中及反渗透产水中锈层特性差异是导致滨海电厂循环水管比海水管道腐蚀更严重的主要原因[3]。对此，滨海电厂循环水管道的防腐措施应采用以下几种。

a）循环水系统需设置二次滤网以解决微生物二次生长问题。

b）循环水钢管内壁防腐可采用钢管内衬橡胶或电化学防护的方法。推荐采用重防腐+牺牲阳极保护的防腐措施。

c）对小管径管道，由于无法采用牺牲阳极法进行防腐处理，故推荐采用钢骨架塑料复合管。

3.2.2 核电站循环水管道的防腐形式

对于核电厂，从安全可靠方面考虑，在工业水系统设计阶段，尽量采用碳钢加内衬的管道，如浸塑碳钢钢管。也有采用塑料复合管，但这种管道受管径限制，一般只在DN50 mm～DN600 mm直径的管道中采用。采用“高分子—陶瓷”复合材料衬里也有不错的防腐效果。对于防腐要求更高的管道，则采用好的涂层如聚脲涂料或环氧玻璃鳞片。上述措施是针对内壁防腐，对碳钢管外壁防腐目前普遍采用涂层加阴极保护的方法防腐，但腐蚀情况不容乐观，建议采用更耐蚀的不锈钢管，如双相不锈钢2507或碳钢衬塑管代替碳钢管。

3.2.3 北方电厂循环水管道的防腐形式

对于北方缺水干旱地区电厂，循环冷却介质为中水或除盐水。在实际生产中，为防止管道内壁发生电化学腐蚀，一般采用热风干燥法和管道注满水的湿法保护。所谓湿法保护，即在停机以后，管内保持注满软化水状态，并保持一定压力，使整个管道处于一种封闭的满水状态，这样可防止空气中氧气及二氧化碳等气体进入管道而造成化学腐蚀。但考虑到机组长期停运或事故放水时，湿法保护不可用，管道内壁一般会涂刷环氧沥青原浆涂料。环氧沥青原浆涂料耐水性好，一次成膜较厚，但机组长时间运行后，可能会产生脱落而影响水质。目前，不少电厂采用管道内壁涂刷高固体分改性环氧涂料，性能优良，施工方便。

北方地区传统火电厂循环水管道常采用环氧煤沥青涂料，其漆膜附着力强、耐水性好，耐细菌腐蚀效果好。在涂刷沥青底漆之前，先喷涂一层无机磷酸盐富锌底漆或环氧富锌底漆，则防腐蚀效果更佳，可以达到长效防腐的目的。但由于沥青对环境的污染大，目前新建电厂一般将溶结环氧粉末、三层聚乙烯涂料、高固体分改性环氧涂料用于埋地输水管道防腐。

3.3 防腐管道在运输及施工时的注意事项

管道从防腐完成到施工完成这个过程中，需要注意各种因素对防腐涂层的损坏，以下为施工中的注意事项。

a）吊装时，应使用尼龙吊带或特制吊钩，为防止吊带或吊钩损坏防腐层，与管子接触的地方必须衬垫柔软材料。

b）卸载时，为防止滚管损坏外壁防腐层，需将管道轻放在细土墩或沙袋上。

c）运输过程中，为防止管道碰撞损坏外壁防腐层及内壁防腐衬里，车上需放置木支撑或软胶垫。

d）堆放时，为防止管道底接触地面水分，需将管道离地300 mm堆放。

e）布管时，为避免石块等损坏外壁防腐层，下沟前应先铺垫200 mm的细土垫层。

f）埋地管道一般采用分段施工，对已施工完毕的管段应及时进行两端封堵，以防地下水位高或雨季施工时导致污染物进入管道。

4 结束语

电厂埋地输水管道的防腐设计是管道安全运行的保证，目前市场上防腐产品很多，防腐技术也在不断更新，针对各工程特点选择合适的防腐涂料是非常重要的。通过选择合适防腐的涂料，进行合理的防腐结构层设计及精细的防腐层施工，不仅可以延长管道使用寿命，保证安全生产，而且可以节省资金。