杂散电流干扰对热电联产机组间冷塔循环水管道腐蚀的影响分析

0引言

中石化长城能源化工(宁夏)有限公司2×330MW机组热电联产工程,位于宁夏回族自治区宁东能源化工基地,建设2× 330 MW亚临界间接空冷燃煤双抽供热机组和2台1181 t/h煤粉炉,同步建设SCR脱硝设施、双室五电场静电除尘器、石灰石-石膏湿法脱硫设施,配套建设全封闭矩形储煤棚、污水处理系统等公用及辅助设施。2 × 330MW机组的1#机组和2#机组分别于2013年6月和12月竣工投产。2×330 MW机组热电联产工程共设一座间接空冷塔(以下简称“间冷塔”)。间冷塔的结构设计使用年限为50年,埋设了3条循环水管道,分别为1#机组、2#机组和甲醇机组进、回水管道。热电运行部热电联产机组间冷塔循环水系统自投产运行以来,间冷塔循环水进、回水管道多次腐蚀泄漏,给安全管理运行工作带来了极大的挑战。只有切实找到腐蚀发生的根源和发生腐蚀的机理,采取针对性措施,才能不断提高火力发电厂循环水管道的运行效率。

1杂散电流干扰检测

杂散电流通常存在于土壤中,其大小和方向均不是固定的。杂散电流来自于电气化铁路、有轨电车、无轨电车、地下电缆的漏电、建筑物的接地装置等,包括直流杂散电流和交流杂散电流[1-2]。对于埋地钢质管道,杂散电流的存在通常会导致其在短时间内发生非常严重的腐蚀破坏后果,工程数据统计表明部分存在杂散电流干扰区域的钢管,如管壁厚度8~9 mm,在投入运行几个月内就会发生腐蚀穿孔,特别是直流杂散电流干扰造成的管道腐蚀速率更快。热电间冷循环水管道周围存在着热电厂的330 kV高压输电线路,厂内还存在众多的电气化设备,这些设施在运行过程中可能会向大地释放大量杂散电流,造成管道的腐蚀泄漏。本次针对热电间冷塔内外的1#、2#和甲醇机组的进水管道、回水管道埋地段,在间冷塔内按扇段布置测点,间冷塔外在管道进塔处及腐蚀严重区域布置测点,测点分布如图1所示,通过交流干扰电压、管地电位、土壤电位梯度3项参数检测杂散电流。

2结果与分析

2.1 交流杂散电流干扰情况

按照GB/T19285—2014《埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》要求[3],埋地钢质管道的交流干扰可用管道交流干扰电压和交流电流密度进行测试。交流干扰电压检测5组,检测数据如表1所示;连续24 h监测2组,测点布置在#1-4放水管和#1-1进回水连接管处。由表1可知,间冷塔内各扇段管道交流干扰电压值在0.009~0.018 V,通过计算交流干扰电流密度在0.641~4.099 A/m2范围内,交流干扰程度均为弱等级(<30 A/m²)。连续24 h监测交流干扰电压发现,#1-1进回水连接管和#1-4进水管处交流干扰电压24 h内没有明显波动,分别处于4.442 mv和8.531 mv的水平。综合交流干扰电压的现场检测结果分析,热电间冷塔内埋地管道遭受交流杂散电流干扰并不明显。当管道上交流干扰电压不高于4 v时,可不采用交流干扰防护措施[1]。

2.2直流杂散电流干扰情况

2.2.1管地电位

间冷塔内管道的管地电位检测按扇段布置测点1~3个,共24组。如图2所示,各扇段管道的管地电位在-650~-321mv,大部分电位值仍处于GB/T21447—2018《钢质管道外腐蚀控制规范》[4] 中给出的埋地钢管的自然腐蚀电位参考范围内(—650~—400 mv,见图中虚线标记区域)。对于#1机组主进水管排气阀支管、#1—4扇段塔外补水管、#2—4扇段临时护栏、甲醇—1扇段回水管、甲醇—2扇段进水管、甲醇—3扇段回水管及甲醇机组紧急放水管处,其管地电位值相对自然腐蚀电位参考值正向偏移量为2~79 mv,判断存在弱、中级别的直流杂散电流干扰(弱干扰<20 mv、20 mv≤中干扰<200 mv)[2]。进一步采用UDL2—G3数据记录仪对管地电位进行24 h连续监测,#2—1扇段进回水连接管的管地电位最大从—645 mv负偏移至—656 mv,最大偏移量为—11 mv;#1—4扇段进水管的管地电位最大从—483 mv负偏移至—505 mv,最大偏移量为—22 mv。两处管道的管地电位24 h监测值均未超过埋地钢管的自然腐蚀电位参考范围。

2.2.2土壤电位梯度

从图2可以看到,热电间冷塔循环水管道的管地电位偏移并不明显,可能由于土壤湿度、孔隙度等因素干扰,测试过程中的管地电位难以反映真实的直流电流干扰程度。因此,根据规范要求,进一步采用管道附近土壤表面电位梯度来进行测量,按测点处最高测值评价直流杂散电流干扰程度。间冷塔内、外管道土壤电位梯度检测25组,间冷塔内按每扇段布置1个测点,局部增加测点,共18组;间冷塔外每60O布置1个测点,共7组。如图3所示,间冷塔内平行管道方向的土壤电位梯度在1.05~20.09 mv/m范围内,垂直管道方向的土壤电位梯度在0.64~19.85mv/m范围内,间冷塔内除#1—5扇段、#2—5扇段、#1—5~#2—5扇段间、#1—4和甲醇—3扇段为中干扰外(0.5 mv/m≤中干扰<5.0 mv/m),其他扇段均存在直流杂散电流强干扰(≥5.0 mv/m)。对于间冷塔外,平行管道方向的土壤电位梯度在0.63~3.16 mv/m范围内,垂直管道方向的土壤电位梯度在0.43~8.42 mv/m范围内,直流杂散电流干扰程度以中等级别为主,甲醇主进回水管存在1处强干扰区域。总体上,间冷塔内外普遍存在直流杂散电流干扰,干扰程度为中、强级别(强干扰14处、中干扰11处),尤其是间冷塔内管道土壤电位梯度普遍>2.5 mv/m,应采取直流排流措施或其他防护措施。

2.2.3直流杂散电流的影响

直流杂散电流对管道的干扰腐蚀主要体现在2个方面:1)直流杂散电流在管道内流动时会发生电化学腐蚀;2)直流杂散电流会引起管道上阴极保护电位的变化,导致阴极保护系统失效。间冷塔内埋地管道未采用阴极保护措施,因此直流杂散电流主要影响是导致电流从管道流向地面的位置发生电化学腐蚀。当金属埋设在土壤中时,由于金属的电阻率远小于土壤的电阻率,其自身将充当非常好的低电阻电流传输通道,而电流总是寻求电阻小的路径流通,这样土壤中的杂散电流更容易流入金属。在土壤中的杂散电流流进埋地金属管道的地方发生阴极极化,导致管道电极电位负移,对管道具有一定的阴极保护作用。然而,在杂散电流流出埋地金属管道的位置区域,电子缺失,金属的电位比较高,而该区域附近的土壤电位较低,这就形成了电位高的金属为阳极而土壤为阴极的腐蚀电池,阳极区域的金属发生阳极反应失去电子,阴极区域发生氧的去极化反应,从而导致埋地管道的杂散电流腐蚀。若杂散电流集中于管道的某一点,那么经过很长时间后,管道很容易被腐蚀形成贯穿性小孔,导致管道的腐蚀穿孔,且防腐层破损点面积越小,管道越容易被腐蚀穿孔。

3 总结及建议

热电间冷塔内不同管径、不同埋深的钢质管线腐蚀泄漏速率存在明显差异,腐蚀程度达到C级(较重腐蚀)或D级(严重腐蚀),其首要原因是管道的防护层质量差和管线所处土壤环境条件恶劣,如含盐量高、电阻率低等。此外,现场检测表明,间冷塔内外管道遭受中、强级别的直流杂散电流干扰,这一因素与管道外防腐层质量差、土壤腐蚀性强、土壤腐蚀宏观原电池等因素叠加影响,进一步加剧了金属的阳极腐蚀速率,导致管道快速发生局部腐蚀减薄,甚至腐蚀穿孔。建议对热电间冷塔内外的埋地管道采取直流排流措施或牺牲阳极阴极保护措施,避免管道腐蚀状况的进一步恶化。

[参考文献]

[1] 埋地钢质管道交流干扰防护技术标准:GB/T 50698—2011[S].

[2] 埋地钢质管道直流干扰防护技术标准:GB 50991—2014[S].

[3] 埋地钢质管道腐蚀防护工程检验:GB/T19285—2014[S].

[4]钢质管道外腐蚀控制规范:GB/T 21447—2018[S].

《机电信息》2025年第20期第7篇