滨海电厂海水冷却系统腐蚀与控制

1、滨海电厂海水冷却系统滨海电厂海水冷却系统腐蚀与控制腐蚀与控制青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司2012-7-23 海水冷却水系统的腐蚀及机理海水冷却水系统的腐蚀及机理 常见海水材料的腐蚀状况常见海水材料的腐蚀状况 阴极保护的应用阴极保护的应用主要内容主要内容金属腐蚀在自然环境及工业生产中发生的腐蚀破坏，大部金属腐蚀在自然环境及工业生产中发生的腐蚀破坏，大部分由电解质的腐蚀作用引起的，具有电化学腐蚀性质。分由电解质的腐蚀作用引起的，具有电化学腐蚀性质。 在海水中的腐蚀在海水中的腐蚀典型的电化学腐蚀。典型的电化学腐蚀。 O2 O2腐蚀定义及原理腐蚀定义及原理阳极区阴极

2、区OH-Fe2+Fe(OH)2溶解含氧量溶解含氧量含盐量含盐量电导率电导率温度温度PHPH值影响值影响海生物的影响海生物的影响海水腐蚀的影响因素海水腐蚀的影响因素绝大多数的金属在海水中腐蚀都属于氧化去极化腐蚀，因此海水中的溶绝大多数的金属在海水中腐蚀都属于氧化去极化腐蚀，因此海水中的溶解氧是影响海水腐蚀性的重要因素。解氧是影响海水腐蚀性的重要因素。海水中含氧量海水中含氧量 10mL/L时，由于金属表面生成氧化物或腐蚀产物膜，时，由于金属表面生成氧化物或腐蚀产物膜，阻碍了氧向金属表面的扩散，金属的腐蚀速率随含氧量的增大而减小；阻碍了氧向金属表面的扩散，金属的腐蚀速率随含氧量的增大而减小；表层海水

3、的含氧量通常处于饱和状态，约为表层海水的含氧量通常处于饱和状态，约为5.8mL/L。 溶解含氧量溶解含氧量含盐量直接影响海水的电导率和含氧量；含盐量直接影响海水的电导率和含氧量；随着海水中含盐量的增加，水的电导率增加，含氧量降低，随着海水中含盐量的增加，水的电导率增加，含氧量降低，这种互相矛盾的影响导致某一含盐量会出现腐蚀的峰值。这种互相矛盾的影响导致某一含盐量会出现腐蚀的峰值。开放海洋海水的含盐量刚好接近腐蚀峰值所对应的含氧量范开放海洋海水的含盐量刚好接近腐蚀峰值所对应的含氧量范围。围。含盐量含盐量电导率随着海水电导率的增加，海水中金属的微电池腐蚀和电导率随着海水电导率的增加，海水中金属的微

4、电池腐蚀和宏观电池腐蚀都将加速。但同时也为阴极保护提供了良好的宏观电池腐蚀都将加速。但同时也为阴极保护提供了良好的条件，保护范围宽，保护效果好。条件，保护范围宽，保护效果好。在开放的海水系统中，在在开放的海水系统中，在80时出现腐蚀峰值，温度低于时出现腐蚀峰值，温度低于 80时，腐蚀随温度升高而增大，温度高于时，腐蚀随温度升高而增大，温度高于80时，腐蚀随时，腐蚀随温度升高而减小。温度升高而减小。电导率和温度电导率和温度 PH值值 =49范围内，钢的腐蚀速率与范围内，钢的腐蚀速率与PH值值无显著关系，这是因为钢的表面覆盖一层氢无显著关系，这是因为钢的表面覆盖一层氢氧化物膜，氧的扩散收到控制；氧

5、化物膜，氧的扩散收到控制； PH9 时，膜被溶解或破坏，腐蚀时，膜被溶解或破坏，腐蚀显著加速；显著加速； 微生物腐蚀，其特征是局部腐蚀。微生物腐蚀，其特征是局部腐蚀。PH值和生物的影响值和生物的影响 缝隙腐蚀：异种金属或者金属与非金属之缝隙腐蚀：异种金属或者金属与非金属之间；间； 电偶腐蚀：异种金属接触时；电偶腐蚀：异种金属接触时； 脱成分腐蚀：含两种以上成分的合金中，脱成分腐蚀：含两种以上成分的合金中，选择性失去一种或几种成分；选择性失去一种或几种成分； 水滞留区腐蚀：主要发生于海水被排空的水滞留区腐蚀：主要发生于海水被排空的冷却水系统中，主要遭受海洋大气的腐蚀。冷却水系统中，主要遭受海洋大

6、气的腐蚀。 腐蚀的种类腐蚀的种类缝隙腐蚀缝隙腐蚀 电偶腐电偶腐蚀蚀 冲击腐蚀冲击腐蚀 应力腐蚀应力腐蚀海水冷却水系统的腐蚀海水冷却水系统的腐蚀 海水冷却水系统通常由清污机、旋转海水冷却水系统通常由清污机、旋转滤网、主循环水泵、海水管路和蝶阀滤网、主循环水泵、海水管路和蝶阀等设备组成。等设备组成。 常见的腐蚀类型有：常见的腐蚀类型有： 凝汽器冷凝的腐蚀；凝汽器冷凝的腐蚀； 各种异种金属构件导致的电偶腐蚀。各种异种金属构件导致的电偶腐蚀。凝汽器的腐蚀凝汽器的腐蚀由于凝汽器内各种构件通常都由不同的金属材料制成，冷却水由于凝汽器内各种构件通常都由不同的金属材料制成，冷却水介质大都具有侵蚀性，冷凝器是电

7、厂中最容易发生腐蚀的设备介质大都具有侵蚀性，冷凝器是电厂中最容易发生腐蚀的设备之一。之一。腐蚀主要发生于冷却水侧。最经常发生的腐蚀问题是：异种金腐蚀主要发生于冷却水侧。最经常发生的腐蚀问题是：异种金属间的电偶腐蚀，冷凝管端的冲击腐蚀，胀管导致的管端应力属间的电偶腐蚀，冷凝管端的冲击腐蚀，胀管导致的管端应力腐蚀以及冷凝器内表面的点蚀。腐蚀以及冷凝器内表面的点蚀。冷凝器的冷凝管通常用铜合金或者钛合金制成；冷凝器的冷凝管通常用铜合金或者钛合金制成；水室壁通常采用不锈钢或者碳钢制成；水室壁通常采用不锈钢或者碳钢制成；管板的材料通常采用碳钢、不锈钢、铜合金或者钛合金制造；管板的材料通常采用碳钢、不锈钢、

8、铜合金或者钛合金制造；由于铜由于铜- -钢之间的电位差高达钢之间的电位差高达400mV400mV；钛；钛- -不锈钢之间的电位差高不锈钢之间的电位差高达达400mV400mV，钛，钛- -钢的电位差高达钢的电位差高达600mV600mV，极易造成不锈钢或者碳钢，极易造成不锈钢或者碳钢的电偶腐蚀。的电偶腐蚀。海水输送管路的腐蚀海水输送管路的腐蚀 电厂海水输送管路通常都由碳钢管和电厂海水输送管路通常都由碳钢管和/或混或混凝土管路组成。尤其是与设备相连的海水管凝土管路组成。尤其是与设备相连的海水管路通常都用碳钢制作，如主循环水泵进、出路通常都用碳钢制作，如主循环水泵进、出海水管路、凝汽器进出管路等。

9、海水管路、凝汽器进出管路等。 某海滨电厂输送管路大修期间，对钢管剖开某海滨电厂输送管路大修期间，对钢管剖开检查发现：腐蚀多发生在与钛合金或不锈钢检查发现：腐蚀多发生在与钛合金或不锈钢设备相邻的部位，出现大面积的溃疡腐蚀群；设备相邻的部位，出现大面积的溃疡腐蚀群；在法兰边部、弯管转弯处等涂层容易产生缺在法兰边部、弯管转弯处等涂层容易产生缺陷处也有坑蚀或点蚀。陷处也有坑蚀或点蚀。常见金属材料的腐蚀常见金属材料的腐蚀 碳钢和低合金钢碳钢和低合金钢 铸铁铸铁 铜及铜合金铜及铜合金 铝合金铝合金 不锈钢不锈钢 钛合金钛合金铸铁的腐蚀铸铁的腐蚀 铸铁是一种含碳量大于铸铁是一种含碳量大于2.06%的铁碳合金

10、。的铁碳合金。广泛用于制造泵、阀、柴油机等的零部件。广泛用于制造泵、阀、柴油机等的零部件。 在海水中暴露深度相同时，一般铸铁（灰口在海水中暴露深度相同时，一般铸铁（灰口铸铁、球墨铸铁和合金铸铁）的腐蚀速率比铸铁、球墨铸铁和合金铸铁）的腐蚀速率比碳钢略高；腐蚀形式为全面不均匀腐蚀，点碳钢略高；腐蚀形式为全面不均匀腐蚀，点蚀现象不严重；蚀现象不严重； 在铸铁中添加镍可以有效增加铸铁的耐腐蚀在铸铁中添加镍可以有效增加铸铁的耐腐蚀性，当镍含量超过性，当镍含量超过7%时，铸铁在海水中的时，铸铁在海水中的耐蚀性显著提高。耐蚀性显著提高。铜及铜合金的腐蚀铜及铜合金的腐蚀 铜镍合金：铜镍合金：常用作船舶海水冷

11、却管路，其中常用作船舶海水冷却管路，其中70/3070/30铜镍合金腐蚀速率是所有铜及铜合金铜镍合金腐蚀速率是所有铜及铜合金中最低的；中最低的； 锡青铜：主要用来制造阀件、泵件及管配件锡青铜：主要用来制造阀件、泵件及管配件等，锡含量为等，锡含量为10-12%10-12%时，耐蚀性较好；时，耐蚀性较好； 黄铜：常用做制造阀件、泵件、管配件及冷黄铜：常用做制造阀件、泵件、管配件及冷却器的管板等，其腐蚀是不同程度的脱成分却器的管板等，其腐蚀是不同程度的脱成分腐蚀，一般为脱锌或者脱铁；腐蚀，一般为脱锌或者脱铁； 铝青铜：常用做制造阀件、阀盖、阀座、泵铝青铜：常用做制造阀件、阀盖、阀座、泵件、法兰和管配

12、件等，耐蚀性较好。件、法兰和管配件等，耐蚀性较好。不锈钢的腐蚀不锈钢的腐蚀 不锈钢在海水中水流的冲击作用下，产生的不锈钢在海水中水流的冲击作用下，产生的腐蚀破坏形式主要是孔蚀和缝隙腐蚀。腐蚀破坏形式主要是孔蚀和缝隙腐蚀。 双相不锈钢非常耐海水腐蚀，但在使用双相双相不锈钢非常耐海水腐蚀，但在使用双相不锈钢制作冷却水系统构件时，有可能对与不锈钢制作冷却水系统构件时，有可能对与其接触的其他金属材料产生电偶腐蚀作用；其接触的其他金属材料产生电偶腐蚀作用； 研究表明，双相不锈钢在研究表明，双相不锈钢在5:15:1面积比条件下，面积比条件下，对水冷却系统中所有可能使用的金属材料都对水冷却系统中所有可能使用

13、的金属材料都具有非常明显的电偶腐蚀作用。具有非常明显的电偶腐蚀作用。钛合金的腐蚀钛合金的腐蚀钛及其合金在大气和水溶液中容易形成保护性极好的氧化膜，钛及其合金在大气和水溶液中容易形成保护性极好的氧化膜，使之处于钝化状态，有十分优良的耐蚀性能，在常温海水中没使之处于钝化状态，有十分优良的耐蚀性能，在常温海水中没有点蚀和缝隙腐蚀敏感性，被誉为耐海水腐蚀之王；有点蚀和缝隙腐蚀敏感性，被誉为耐海水腐蚀之王；由于钛及其合金在海水中的自然腐蚀电位比所有常用结构材料由于钛及其合金在海水中的自然腐蚀电位比所有常用结构材料都正，必须考虑选用钛及其合金构件造成的电偶腐蚀；必须偶都正，必须考虑选用钛及其合金构件造成的

14、电偶腐蚀；必须偶合使用时，尽量控制钛与其他金属的面积比，钛与其他金属面合使用时，尽量控制钛与其他金属的面积比，钛与其他金属面积比大于积比大于4:14:1时，对于其他金属材料将是危险的，时，对于其他金属材料将是危险的，1/11/1的面积比的面积比或钛或钛的表面积小于其他金属材料时，电偶腐蚀的作用显著减轻；的表面积小于其他金属材料时，电偶腐蚀的作用显著减轻；电偶腐蚀可以通过采取绝缘措施电偶腐蚀可以通过采取绝缘措施或者阴极保护等方法来解决。或者阴极保护等方法来解决。需要注意钛在阴极极化状态下的析氢临界电位约为需要注意钛在阴极极化状态下的析氢临界电位约为-700mV-700mV（CSECSE），阴极保

15、护电位最好控制在），阴极保护电位最好控制在-500mV-700mV-500mV-700mV的范围。采的范围。采用铁合金阳极保护为宜。用铁合金阳极保护为宜。阴极保护原理阴极保护原理 阴极保护阴极保护向保护对象施加外部电流，向保护对象施加外部电流，使保护对象极化至某一电位值，使其表面阳极使保护对象极化至某一电位值，使其表面阳极区与阴极区实现等电位，从而消除金属腐蚀。区与阴极区实现等电位，从而消除金属腐蚀。 阴极保护阴极保护EaEcEcorrIcorrIp 外加电流外加电流 牺牲阳极牺牲阳极阴极保护分类阴极保护分类电厂阴极保护对象电厂阴极保护对象引水头防腐引水头防腐引水头材质：碳钢 混凝土+碳钢保护

16、方式：涂层加牺牲阳极阴极保护牺牲阳极：铝合金阳极保护寿命：30年保护电流密度：4050mA/m2 循环水管内外壁均可采用涂层与阴极保护联合防腐。循环水管内外壁均可采用涂层与阴极保护联合防腐。 循环水管道主要采用碳钢材质循环水管道主要采用碳钢材质 保护电位为保护电位为-0.85V1.1v-0.85V1.1v（CSECSE）。）。 方式：牺牲阳极方式：牺牲阳极 外加电流外加电流 牺牲阳极牺牲阳极: 内壁内壁 铝阳极铝阳极 外壁外壁 锌阳极、镁阳极锌阳极、镁阳极 外加电流：内壁外加电流：内壁 插入式铂铌丝阳极插入式铂铌丝阳极 外壁外壁 深井阳极、预组装浅埋阳极深井阳极、预组装浅埋阳极 保护电流密度：

17、内壁保护电流密度：内壁2535mA/m2 外壁外壁23 mA/m2 循环水管及引水管阴极保护循环水管及引水管阴极保护牺牲阳极阴极保护牺牲阳极阴极保护管道外壁牺牲阳极外加电流阴极保护外加电流阴极保护其它设备对输水管道的影响其它设备对输水管道的影响 输水管道如采用碳钢材质，其它与管道连接设输水管道如采用碳钢材质，其它与管道连接设备如采用不锈钢、铜或者钛材质，则连接处易产备如采用不锈钢、铜或者钛材质，则连接处易产生电偶腐蚀。生电偶腐蚀。 处理建议：处理建议：1、绝缘处理；、绝缘处理； 2、连接处增加牺牲阳极；、连接处增加牺牲阳极； 滤水系统：闸门滤水系统：闸门 碳钢碳钢 拦污栅拦污栅 不锈钢不锈钢

18、滤网滤网 不锈钢（不锈钢（+碳钢碳钢) 保护方式：牺牲阳极保护方式：牺牲阳极 铝阳极铝阳极 铁阳极铁阳极 外加电流外加电流 MMO阳极阳极 保护年限：保护年限：20年年 电流密度：电流密度：4080mA/m2（碳钢）（碳钢） 150200mA/m2（不锈钢）（不锈钢） 滤水系统阴极保护滤水系统阴极保护凝汽器防腐凝汽器防腐防腐措施： 合理选材 硫酸亚铁成膜和胶球清洗 涂层保护 阴极保护最有效的措施阴极保护及涂层联合防腐 自然电位自然电位 保护电位保护电位 碳钢碳钢 -0.55-0.65V -0.85V-1.1V 不锈钢不锈钢 0 -0.3V -0.5V-1V 铜合金铜合金 -0.25-0.40V

19、 -0.45V 钛合金钛合金 0.100.20V -0.7V 钛合金钛合金海水中腐蚀可以忽略。海水中腐蚀可以忽略。 使用钛合金时，无法对碳钢材料阴极保护。使用钛合金时，无法对碳钢材料阴极保护。 建议其他部件采用不锈钢材料。建议其他部件采用不锈钢材料。 阴极保护电位阴极保护电位不同材质和表面状态凝汽器所需保护电流密度：不同材质和表面状态凝汽器所需保护电流密度：保护电流密度保护电流密度 牺牲阳极：牺牲阳极：35年需更换阳极年需更换阳极 受凝汽器水室内空间制约，阳极数量单受凝汽器水室内空间制约，阳极数量单重无法满足过长的年限。重无法满足过长的年限。 外加电流：外加电流：10年以上年以上 如凝汽器采用

20、钛管，需考虑钛管氢脆问如凝汽器采用钛管，需考虑钛管氢脆问题。题。 日常需检查维护。日常需检查维护。 保护年限保护年限 某电厂采用钛材管束及管板，水室某电厂采用钛材管束及管板，水室壁、拉筋及连通管采用不锈钢材料，加壁、拉筋及连通管采用不锈钢材料，加涂防锈漆。涂防锈漆。 运行一年后水室壁及连通管表面出运行一年后水室壁及连通管表面出现坑蚀，部分拉筋靠近管板处锈蚀断裂。现坑蚀，部分拉筋靠近管板处锈蚀断裂。 安装铁阳极后，基本解决了不锈钢安装铁阳极后，基本解决了不锈钢材料的腐蚀。材料的腐蚀。 工程实例工程实例水室壁腐蚀情况水室壁腐蚀情况水室壁腐蚀情况水室壁腐蚀情况铁阳极保护情况铁阳极保护情况铁阳极保护情

21、况铁合金阳极铁合金阳极 中船重工725研究所在“九五”期间，专门研制了一种用于铜合金海水管路阴极保护用铁合金牺牲阳极材料。该阳极开路电位适宜、电容量较大（930Ah/Kg以上）、电流效率高，溶解均匀、阳极寿命长。 将铁牺牲阳极应用于海水介质冷却器、冷凝器，同样可以保护其铜合金材料结构和不锈钢结构。对于钛合金结构的冷却器等的保护更具有优势，可有效防止其他阳极保护存在的保护电位过负而导致的氢脆。目前铁合金牺牲阳极已开始用于海水铜管路、冷却器、冷凝器、电厂不锈钢结构物的阴极保护，防腐效果良好，展现出良好的市场发展前景。铁合金阳极主要类型：铁合金阳极主要类型：棒式牺牲阳极：用于冷却器、冷凝器的阴极保护

22、。安装、更换方便，棒式牺牲阳极：用于冷却器、冷凝器的阴极保护。安装、更换方便，但阳极不能做得太大，通常需要定期更换。但阳极不能做得太大，通常需要定期更换。长条式牺牲阳极：这种牺牲阳极可用于核电站、电厂大型铜合金、长条式牺牲阳极：这种牺牲阳极可用于核电站、电厂大型铜合金、不锈钢结构物的阴极保护，可以适当增加阳极重量，从而延长阳极不锈钢结构物的阴极保护，可以适当增加阳极重量，从而延长阳极的使用寿命。的使用寿命。管段式牺牲阳极：可用于难以进行维修保养，要求保护期限必须达管段式牺牲阳极：可用于难以进行维修保养，要求保护期限必须达到或超过一个坞修期的海水管路，可以大幅度的增加阳极重量，显到或超过一个坞修

23、期的海水管路，可以大幅度的增加阳极重量，显著增加阳极使用寿命。著增加阳极使用寿命。铁阳极合金牺牲阳极成分：铁阳极合金牺牲阳极成分： 接地网如采用镀锌扁钢，长期运行需采接地网如采用镀锌扁钢，长期运行需采用阴极保护。用阴极保护。 阴极保护方式及保护电位同管道外壁保阴极保护方式及保护电位同管道外壁保护。护。 根据技术要求，保护根据技术要求，保护年限年限3030年年3535年。年。接地网阴极保护接地网阴极保护非金属覆层保护非金属覆层保护 塑料衬里：在工程中常用的塑料管主要是塑料衬里：在工程中常用的塑料管主要是热塑性塑料，如低密度和高密度聚乙烯、热塑性塑料，如低密度和高密度聚乙烯、聚氯乙烯等。聚氯乙烯等

24、。 涂料：滨海电厂常用的涂料是环氧砂浆系涂料：滨海电厂常用的涂料是环氧砂浆系列涂料，如列涂料，如TM7905环氧煤焦油砂浆涂料、环氧煤焦油砂浆涂料、 TM7908环氧砂浆涂料、环氧砂浆涂料、TM7910海洋钢结海洋钢结构水下固化涂料、构水下固化涂料、846环氧沥青厚浆防锈漆环氧沥青厚浆防锈漆和和616氯化橡胶铁红厚浆型防锈漆等。氯化橡胶铁红厚浆型防锈漆等。ZF101环氧重防腐涂料环氧重防腐涂料ZF-101系环氧重系环氧重防腐涂料具有防腐涂料具有优异的防腐性能，目前中船重工七二优异的防腐性能，目前中船重工七二五所研制五所研制ZF-101系环氧重防腐涂料已经被列为阳江核电站和宁德核系环氧重防腐涂料

25、已经被列为阳江核电站和宁德核电站循环水管道内壁防腐用涂料。电站循环水管道内壁防腐用涂料。ZF-101系环氧重防腐涂料在秦山核电二期系环氧重防腐涂料在秦山核电二期SEC管道及循环水管道内管道及循环水管道内壁防腐中进行了应用，安全运行壁防腐中进行了应用，安全运行10年以上，具有类似运行工况的实例，年以上，具有类似运行工况的实例，此外该涂料也在岭澳核电二期大口径海水混凝土箱涵防腐中已经进行此外该涂料也在岭澳核电二期大口径海水混凝土箱涵防腐中已经进行了工程应用，取得了良好的防腐效果。了工程应用，取得了良好的防腐效果。自自1999年以来，年以来，ZF101涂料与外加电流阴极保护系统先后在秦山核电涂料与外

26、加电流阴极保护系统先后在秦山核电二期工程（浙江海盐）二期工程（浙江海盐）1#、2#、3#、4#机组海水冷却管道（机组海水冷却管道（CGA、SEC）内壁联合使用，保护效果良好，表明）内壁联合使用，保护效果良好，表明ZF101涂料可以与外加电涂料可以与外加电流阴极保护配套使用。在流阴极保护配套使用。在2007年又获得了核二三公司的合格我方年又获得了核二三公司的合格我方证证书。书。通过秦山核电通过秦山核电SEC管道长达管道长达10年以上的运行情况来看，年以上的运行情况来看，ZF-101系环氧重防腐涂料具有优异的耐阴极剥离性能，同外加电流阴极保护系环氧重防腐涂料具有优异的耐阴极剥离性能，同外加电流阴极保护系统具有良好的兼容性。系统具有良好的兼容性。ZF101环氧重防腐涂料性能指标环氧重防腐涂料性能指标 涂料组成：该涂料由三组分组成。涂料组成：该涂料由三组分组成。 颜颜 色：色： 灰色或红色；灰色或红色