前言

陰極保護(hù)技術(shù)包括犧牲陽(yáng)極和外加電流兩種方法，兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于電廠海水循環(huán)水系統(tǒng)，具體選擇哪一種方法，往往要根據(jù)所需保護(hù)電流的大小，可否獲得方便的輸入電源，是否會(huì)引發(fā)危險(xiǎn)性以及設(shè)備結(jié)構(gòu)空間大小等因素決定。一般對(duì)小口徑管道，海水流速及介質(zhì)組成變化較大，需提供較大保護(hù)電流情況，較適宜采用外加電流陰極保護(hù)。近年來，電廠機(jī)務(wù)部分海水循環(huán)水系統(tǒng)越來越多地釆用外加電流陰極保護(hù)。

海水管道系統(tǒng)外加電流陰極保護(hù)應(yīng)用

濱海某電廠，300MW發(fā)電機(jī)組，循環(huán)水為天然海水，其主廠房?jī)?nèi)循環(huán)及開式循環(huán)水鋼質(zhì)管道系統(tǒng)全部采用外加電流陰極保護(hù)，保護(hù)系統(tǒng)由輔助陽(yáng)極、參比電極、恒電位儀、陽(yáng)極屏及連接電纜等附件組成。該陰極保護(hù)系統(tǒng)選用了伯餛和混合金屬氧化物（MMO）兩類輔助陽(yáng)極，以Ag/AgCl和高純鋅復(fù)合參比電極作為系統(tǒng)控制和檢測(cè)電極。

2.1 主廠房?jī)?nèi)循環(huán)及開式循環(huán)水管道系統(tǒng)組成

主廠房?jī)?nèi)循環(huán)水系統(tǒng)包括φ820×16鋼管32m,材質(zhì)為Q235A；4個(gè)90°φ1820彎頭；DN180。蝶閥及伸縮器4個(gè)；DN180。二次濾網(wǎng)2個(gè)，材質(zhì)為316L；DN1800收球網(wǎng)2個(gè)，殼體為碳鋼襯膠，其它材質(zhì)主要是317LN不銹鋼；DN1800波紋補(bǔ)償器4個(gè)，主要材質(zhì)為不銹銅；凝汽器水室襯膠，冷凝管為鈦管，管板為鈦銅復(fù)合板。

開式水系統(tǒng)包括甲820×7鋼管66米，材質(zhì)為Q235A；電動(dòng)濾水器2臺(tái)，整體材質(zhì)為316L不銹鋼；φ630X7鋼管7米，材質(zhì)為Q235A；φ529X7鋼管6米，材質(zhì)為10CrMoA1；閉式循環(huán)熱交換器2個(gè)，材質(zhì)為鈦,φ377X6鋼管75米，材質(zhì)為10CrMoA1；電動(dòng)蝶閥9個(gè);90°DN800熱壓彎頭6個(gè)，DN600熱壓彎頭4個(gè)，DN500熱壓彎頭2個(gè)；DN800X500大小頭2個(gè)，DN600x500大小頭8個(gè)，φDN500x350大小頭4個(gè)；φ325X6鋼管45米；φ219X6鋼管48米。各種閥門8個(gè)；電動(dòng)濾水器1臺(tái)；冷油器2臺(tái)；另有彎頭、大小頭等。2.2外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由以上可看出，整個(gè)海水管道系統(tǒng)由各種口徑的管道，包括彎頭、大小頭等，同時(shí)管道又與多個(gè)設(shè)備相連，系統(tǒng)中所用到的材質(zhì)有Q235A、鐐銘合金、10CrMoAl、316L及317LN不銹鋼、鈦等，根據(jù)以下原則進(jìn)行了外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：

（1）考慮全局，重點(diǎn)保護(hù)，如在考慮管道達(dá)到保護(hù)的前提下，重點(diǎn)考慮管道與設(shè)備相連部分，因?yàn)樵O(shè)備與管道材質(zhì)的差異，易引發(fā)嚴(yán)重的電偶腐蝕問題；

（2）應(yīng)充分考慮海水流速、水溫等對(duì)腐蝕速率的影響；

（3）應(yīng)保證鈦材不因過保護(hù)而吸氫，在電位＜一0.75V(SCE)時(shí)，鈦材可能吸氫，引起氫脆腐蝕；

（4）輔助陽(yáng)極數(shù)量及設(shè)置應(yīng)充分考慮到系統(tǒng)的整體性，并盡可能避免電流屏蔽，同時(shí)要求可檢測(cè)所有輔助陽(yáng)極的工作狀態(tài)，以便于檢修；

（5）參比電極設(shè)置在有代表性的位置，以保證外加電流保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

根據(jù)以上原則以及所保護(hù)對(duì)象的具體情況，決定將整個(gè)管道系統(tǒng)分為三個(gè)部分，釆用三套各自獨(dú)立的外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)。這三個(gè)部分為凝汽器部分，閉式循環(huán)熱交換器部分及冷油器部分：

2.2 各部分的設(shè)計(jì)結(jié)果如下

（1）凝汽器部分

設(shè)計(jì)安裝40支HFF-4型鉑鈮輔助陽(yáng)極，4支HFCF-1-1型參比電極，分別布置在進(jìn)水管路的蝶閥后和管道與凝汽器連接部分，回水管路的蝶閥前和管道與凝汽器連接部分。為了保證陰極匯流線和測(cè)量線的連接，設(shè)置了5個(gè)匯流基座。

（2）閉式循環(huán)熱交換器部分

設(shè)計(jì)選用了36支HFLF-1型MMO輔助陽(yáng)極，能夠保證系統(tǒng)中的每一部分均能得到保護(hù)。為控制和檢測(cè)，設(shè)計(jì)安裝4支HFCF—1—2型復(fù)合參比電極，分別布置在閉式循環(huán)熱交換器進(jìn)、出口管道上各一支，濾水器進(jìn)水口管道一支及丁820直管段上一支。系統(tǒng)中設(shè)置了5個(gè)匯流基座。

（3）冷卻油器部分

設(shè)計(jì)安裝51支HFLF-2型MMO輔助陽(yáng)極，均勻布置保證系統(tǒng)保護(hù)各部分的平衡。選用5支HFCF-1-2型復(fù)合參比電極對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制及對(duì)保護(hù)效果進(jìn)行檢測(cè)，設(shè)置9個(gè)匯流基座。

以上三個(gè)系統(tǒng)的電源及控制檢測(cè)儀器均為SF200型恒電位儀(24V/40A)。

2.3 保護(hù)效果檢測(cè)

在整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)通水后，檢査系統(tǒng)連線，確認(rèn)無誤后，按所確定的電流分別對(duì)三個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始極化，表1?3列出了系統(tǒng)運(yùn)行8天后的檢測(cè)結(jié)果。

從以上結(jié)果可以看出，系統(tǒng)運(yùn)行基本達(dá)到了預(yù)期的效果，可為今后類似的設(shè)計(jì)提供參考。同時(shí)，從所測(cè)結(jié)果可以看出如下問題：

（1）從前面的測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，Ag/AgCI和高純鋅參比電極的差值基本在1000mV左右,大部分在1030mV左右，考慮到實(shí)際使用的環(huán)境條件，可以說復(fù)合參比電極的性能是相當(dāng)穩(wěn)定的。另外，系統(tǒng)中多個(gè)參比電極共用測(cè)量線，這種連接方式與每個(gè)參比電極就近配單獨(dú)的測(cè)量線，所測(cè)電位結(jié)果稍有差異，但對(duì)于工程應(yīng)用來講，這種連接方式已能滿足需要，且可避免線路太多帶來的不便。

（2）三系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果均可看出，直管段或者說單純管道部分的外加電流保護(hù)相對(duì)容易，所測(cè)結(jié)果也可以達(dá)到常規(guī)的要求，但當(dāng)管道與其它設(shè)備相連時(shí)，而設(shè)備材質(zhì)與管道不同時(shí)，保護(hù)效果并不是很理想。這是因?yàn)楫?dāng)碳鋼與不銹鋼或鈦材相連時(shí)，其所需保護(hù)電流要比單純碳鋼大得多。如A2、3號(hào)參比所測(cè)結(jié)果均較正，這兩個(gè)參比所處位置正是管道與鈦管凝汽器二次濾網(wǎng)(材質(zhì)316L)等設(shè)備的相連部位。

（3）根據(jù)系統(tǒng)中的不同情況，設(shè)置多個(gè)參比電極是非常必要的，它可以為我們提供各種情況下的保護(hù)電位值，以便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，以得到理想的保護(hù)效果。如果只設(shè)幾個(gè)參比電極，則我們無法知道系統(tǒng)的真實(shí)保護(hù)情況。

外加電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)由控制電源、輔助陽(yáng)極、參比電極、陽(yáng)極屏及相應(yīng)的電纜等組成。對(duì)于電廠海水循環(huán)水系統(tǒng)，由于各種管道及設(shè)備較多，且管道與設(shè)備材質(zhì)一般不同，這都給外加電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)帶來了一定的困難。

輔助陽(yáng)極是外加電流陰極保護(hù)的重要部件，目前在海水循環(huán)水系統(tǒng)中常用的有伯鎘陽(yáng)極和混合金屬氧化物陽(yáng)極，具體選用何種輔助陽(yáng)極，可根據(jù)情況加以考慮。參比電極是用于系統(tǒng)檢測(cè)和控制的，它可以告訴我們系統(tǒng)保護(hù)的情況，并可以提供數(shù)據(jù)給恒電位儀，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)有兩種基本的控制方式，即恒電位控制和恒電流控制，對(duì)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單純管道，我們可以進(jìn)行恒電位控制，因?yàn)樵谶@樣的情況下，外加電流保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)電位均衡性易于實(shí)現(xiàn)，輔助陽(yáng)極及參比電極定位相對(duì)容易，但對(duì)一個(gè)復(fù)雜的體系，定位就相當(dāng)困難了，由前面的應(yīng)用實(shí)例可以看出，無論是釆用哪種參比電極，不同位置的檢測(cè)電位值都相差很大，到底哪個(gè)參比電極可以作為系統(tǒng)恒電位的控制電極呢？這種情況下，我們認(rèn)為可以根據(jù)各部分的極化情況，以極化不足位置的參比電極作為恒電位控制電極，同時(shí)根據(jù)其它參比電極的數(shù)值，對(duì)控制電位進(jìn)行調(diào)整，以保證系統(tǒng)保護(hù)的整體性，實(shí)現(xiàn)這種控制的一個(gè)重要前提是保證系統(tǒng)中各部分的輔助陽(yáng)極布置合理，否則將出現(xiàn)顧此失彼的現(xiàn)象。另外在實(shí)際的工程應(yīng)用中，經(jīng)常有各種原因?qū)е聟⒈入姌O失效的現(xiàn)象，因此在復(fù)雜的管路系統(tǒng)中，外加電流陰極保護(hù)建議釆用恒電流控制。

對(duì)于海水循環(huán)水系統(tǒng)的外加電流陰極保護(hù)，由于系統(tǒng)中要布置的陽(yáng)極數(shù)量一般較多，考慮到施工的方便，建議陽(yáng)極連線釆用每根陽(yáng)極都為獨(dú)立的電纜的方法，在適當(dāng)位置設(shè)置分線箱，分線箱內(nèi)可以多個(gè)陽(yáng)極再與主電纜連接，這樣可以通過分線箱很方便地對(duì)每支陽(yáng)極的工作情況進(jìn)行檢測(cè)。

在外加電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于管道與設(shè)備的連接部位應(yīng)重點(diǎn)考慮，特別是管道與二次濾網(wǎng)、收球網(wǎng)、凝汽器相連的部位，從實(shí)際情況來看，這些部位也是腐蝕較嚴(yán)重的部位，應(yīng)該重點(diǎn)保護(hù)。在陰極保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于該部分，釆用獨(dú)立的恒電位儀進(jìn)行控制，使之成為一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)，同時(shí)在特征的連接部位設(shè)置參比電極進(jìn)行檢測(cè)，以避免過保護(hù)可能弓I起的危害。夕卜加電流陰極保護(hù)一般與防腐涂層聯(lián)合使用，對(duì)于較小的管道無法涂刷防腐涂層,設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)海水流速及裸鋼，選取合適的保護(hù)電流密度；同時(shí)，由于在小管道中輔助陽(yáng)極的電流傳輸距離較短，在小管道保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)管道大小并考慮到管道走向等，合理計(jì)算輔助陽(yáng)極的數(shù)量，并在管道系統(tǒng)中合理布置。

我們知道，管道中海水的流速不同，其對(duì)金屬材料的腐蝕速率也不同。對(duì)一般碳鋼來說，流速高，腐蝕較重，而流速小，則腐蝕較輕.這是因?yàn)樘间撛诤Ｋ械母g速度受溶解氧的擴(kuò)散速度控制，流速越大,擴(kuò)散層厚度越小，氧的極限擴(kuò)散電流密度就越大，相應(yīng)地腐蝕速度也越大.在實(shí)際中常選10crMoAI鋼作為小管道材料，這種材料的腐蝕速度隨流速開始是緩慢增加，然后增長(zhǎng)越來越快.而對(duì)于1Cr18Ni9Ti和TC4,在高流速情況下，氧的供應(yīng)快速而充分，有利于表面膜的成長(zhǎng)與修復(fù)，使材料處于鈍化狀態(tài)，故流速變化對(duì)腐蝕速度影響不大，且這種情況下還不易發(fā)生點(diǎn)蝕。在陰極保護(hù)情況下，海水流速不同，所需保護(hù)電流密度也不同，這是由于流速影響了金屬材料的電極電位，要維持極小保護(hù)電位所需外加電流值將隨流速增大而增加。通常海水流速增加，金屬材料的腐蝕電位向正方向移動(dòng)，而在異金屬接觸腐蝕情況下，海水流速增加，可使偶對(duì)中陽(yáng)極材料的腐蝕加劇。所有這些，我們?cè)谶M(jìn)行海水管道系統(tǒng)外加電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)都必須加以考慮。

外加電流陰極保護(hù)施工應(yīng)注意的問題

保護(hù)材料及設(shè)備，這些是陰極保護(hù)成功的前提，但之后的實(shí)現(xiàn)則通過施工來完成。外加電流陰極保護(hù)施工應(yīng)注意以下問題：

（1）施工前對(duì)所有電極進(jìn)行檢査，主要是外觀檢查，表面不得沾有油污等其它雜物，電極體表面是否破損等；另外對(duì)連接及絕緣電阻進(jìn)行檢査，以保證連接或絕緣良好。

（2）施工時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖進(jìn)行施工，輔助陽(yáng)極及參比電極均要求連接良好，且對(duì)相應(yīng)的電纜均要做好標(biāo)記，以備將來檢修使用。

（3）在有條件的情況下，所有陽(yáng)極周圍均應(yīng)做陽(yáng)極屏，以使電流分布盡可能均勻。在管道內(nèi)壁有涂層保護(hù)的情況下，可以防腐涂層為陽(yáng)極屏，對(duì)于無涂層保護(hù)的情況，陽(yáng)極周圍應(yīng)做陽(yáng)極屏，陽(yáng)極屏材料可選用重防腐涂料、環(huán)氧樹脂等材料.

（4）陰極保護(hù)安裝完成后，系統(tǒng)在通電之前應(yīng)仔細(xì)檢查，檢查連線是否正確，看是否有短路現(xiàn)象，以確保一次性調(diào)試成功。

（5）陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行后，應(yīng)根據(jù)各參比電極的反饋數(shù)值，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，以使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到理想保護(hù)狀態(tài)。

陰極保護(hù)施工中應(yīng)注意的問題還有不少，在此不一一羅列。總之，只有嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)，科學(xué)施工，才能保證外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)有效地進(jìn)行工作。

結(jié)論

根據(jù)外加電流陰極保護(hù)技術(shù)在某電廠海水循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，可以看出，該技術(shù)對(duì)于海水循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕防護(hù)是相當(dāng)有效的，是一項(xiàng)值得推廣的、經(jīng)濟(jì)有效的防腐蝕技術(shù)，同時(shí)我們也應(yīng)認(rèn)識(shí)到只有在全面了解情況的前提下，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)及施工，才能達(dá)到預(yù)期的保護(hù)效果。