海水循环冷却水处理设计规范国家标准编制说明-国家海洋局

海水循环冷却系统设计规范第4部分：材料选择和防腐设计指南准备说明海水循环冷却系统设计规范第4部分：材料选择和防腐设计指南海洋工业标准起草小组2007年3月一、制定标准的背景、目的和意义我国水资源总量不足，人均淡水资源量更少，仅为世界人均的1/4，区域分布不平衡。经济发达、人口稠密的沿海地区水资源短缺问题尤为突出。淡水资源短缺已成为制约我国经济社会可持续发展的瓶颈，尤其是在沿海地区。海水利用专项规划提出，到2020年，中国“海水直接利用能力将达到每年1000亿立方米，海水化学资源综合利用的规模和水平将大大扩大和提高”，要求“海水利用对解决沿海地区缺水问题的贡献率将达到26-37%。”。国家中长期科学和技术发展规划纲要(20062020)还在海洋资源高效开发利用的优先主题中提出了“发展海水直接利用技术和海水化学资源综合利用技术”。随着国家海洋环境保护政策的日益严格，海水循环冷却取代海水直流冷却和淡水冷却的趋势日益突出。其节水环保技术的特点已被工业循环冷却行业反复验证和广泛认可，其工程应用前景也越来越好。然而，海水循环冷却技术也对系统的防腐、防垢和卫生防护提出了很高的要求。然而，合理解决系统设备和材料的腐蚀问题是海水循环冷却技术推广应用的首要任务。海水循环冷却系统涉及多种设备和材料，不同设备和材料的使用环境也有很大的不同。因此，很有必要制定选材和防腐设计导则，为我国海水循环冷却技术的推广和工程设计提供坚实的技术基础。通过本标准的编制，为满足海水循环冷却系统要求的海水循环冷却材料的选择和防腐设计形成了科学、可靠、实用的指导方针，为海水循环冷却工程材料的选择提供了技术参考，提高了海水循环冷却工程材料的可靠性和经济性，并与其他相关标准一起形成了海水循环冷却系统设计的技术标准体系，为海水循环冷却技术在我国的大规模工程应用提供了技术支持。二。工作简介2.1任务来源根据国家海洋局关于下达2007年度第三批海洋行业标准制订计划项目的通知号文件(国海欢子2007211号)，国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所是海水循环冷却系统设计规范 第4部分：材料选用及防腐设计导则的起草单位，全面负责标准的申请、编制、修订、审批和质量控制。2.2主要工作流程国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所接到标准制定规划任务后，按照海洋标准化管理办法的要求，组建了方法标准制定工作组。国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所作为起草单位，在接到任务后，组建了海水循环冷却系统设计规范 第4部分：材料选用及防腐设计导则海洋产业标准起草小组。标准起草小组主要成员8人，其中国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所5人，天津国投金能发电有限公司北江电厂、天津渤海化工集团规划设计院2人。标准起草小组成员包括一名教授级高级工程师、四名高级工程师和三名工程师。具体任务分工如下：高丽丽高级工程师负责人本标准制定后，标准起草小组主要从以下三个方面开展工作：(1)从海水循环冷却系统主要设备的要求出发，确定了几种主要设备和管道的选材要求。(2)收集国内外相关标准、规范和技术文件，继承以往经验和总结，引进可靠的先进技术，构建可行的技术框架。(3)调查国内现有工程实例，总结实际工程的设计得失。在上述工作的基础上，进行了相关的科学分析和研究，并编写了相关的技术报告。最后，草案海水循环冷却系统设计规范 第4部分：材料选用及防腐设计导则和“汇编说明”于2017年1月形成。国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所于2017年9月召开内部审查会议，对标准的完整性、标准化和主要技术内容进行审查。编写小组根据评审意见对标准进行了修订和完善。三、标准编制原则和确定标准论证的主要内容3.1标准编译原则本标准按照标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写 (GB/T 1.1-2009)的规定编写。原则上，严格遵循统一、协调、适用、一致、规范的原则。在确定技术要求的内容时，严格遵循目的、性能和可验证性的原则。3.2确定标准主要内容的论据本标准根据标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写 (GB/T 1.1-2009)的规定制定了标准的必要结构。本标准由9部分组成：范围、规范性参考文件、术语和定义、设计原则、换热器(冷凝器)选材和防腐技术要求、海水冷却塔选材和防腐技术要求、管道选材和防腐技术要求、循环泵选材和防腐技术要求、阀门选材要求和防腐技术要求。同时，本标准根据标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写 (GB/T 1.1-2009)的规定和大量参考资料，制定了规范性技术规定的具体内容。3.2.1范围本部分根据标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写 (GB/T 1.1-2009)第6.2.2条编写。标准化对象的表述采用“本部分规定了的技术要求”的表述，并将标准化对象规定为“海水循环冷却系统的选材和防腐设计”；标准化适用性声明采用“本部分适用”的表述，并规定本标准适用于“海水循环冷却系统工程设计中设备工程材料的合理选择”。海水直流冷却系统和其他海水利用系统可参照执行。“。3.2.2规范性引用文件本部分根据标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写 (GB/T 1.1-2009)第6.2.3条编写。规范性参考文件目录应当按照国家标准和行业标准(无其他标准)排列，并按照标准顺序号排列。3.2.3术语和定义本部分术语的定义主要是指GB/T 10123-2001 金属和合金的腐蚀 基本术语和定义、HY/T 203.1-2016 海洋利用术语 第1部分：海水冷却技术、GB/T 23248-2009 海水循环冷却水处理设计规范，包括海水循环冷却水系统、浓缩倍数、腐蚀速率、电偶腐蚀、电化学保护、牺牲阳极、析氢腐蚀、氢脆、海水冷却塔、海水冷却塔配水系统、集水器等。3.2.4设计原则第4.1条规定了选择海水循环冷却系统材料要达到的技术目标。在考虑材料的耐腐蚀性能的同时，还应考虑材料的使用寿命、价格和维护成本等经济因素，使材料的选择更加经济合理，即海水循环冷却系统工程的材料选择成本和后期维护成本不应高于同类工程的平均水平，避免了资金的浪费。类似于电力行业标准发电厂凝汽器及辅机冷却器选材导则 (DL/T 712-2000)第3.1条。第4.3条规定盐含量(浓度倍数)、溶解氧、温度、酸碱度、流速、海洋含盐量(浓度倍数):海水中的含盐量直接影响冷却水的电导率和含氧量，必然会影响腐蚀。随着盐含量(浓度倍数)的增加，电导率增加，氧含量减少，因此盐含量对金属的腐蚀具有矛盾的影响。随着海水电导率的增加，金属微电池和大电池在海水中的腐蚀会加速。然而，另一方面，由于海水的高传导性，为阴极保护在海水腐蚀保护中的应用提供了良好的条件。防腐电流分散程度大，保护范围广，保护效果好。因此，增加盐含量(浓度倍数)和减少氧含量将减少金属腐蚀。溶解氧：由于海水中大多数金属腐蚀属于氧去极化腐蚀，海水中溶解氧含量是影响腐蚀的一个重要因素。溶解氧在海水中的溶解度主要取决于海水的盐度和温度。研究表明，溶解氧含量随着盐度(浓度倍数)或温度的升高而降低。碳钢、铸铁、铜合金和其他金属材料在冷却海水中的腐蚀速率与溶解氧含量成正比。温度：经验表明，海水温度每升高10，铁的腐蚀速率增加约30%。考虑到腐蚀动力学，腐蚀电池的阴极过程和阳极过程的反应速率随着海水温度的升高而增加，这将促进腐蚀过程。另一方面，随着海水温度的升高，氧在海水中的溶解度降低，结垢趋势增加，这反过来减缓了金属在海水中的腐蚀。研究表明，开式海水循环冷却系统温度高于50后，随着系统水温的升高，系统中溶解氧含量逐渐降低，腐蚀速率也随之降低。酸碱度：海水的酸碱度一般在7.5至8.6之间，呈微碱性。海洋表面和近表面的酸碱值略高，从8.1到8.3不等。两次浓缩循环冷却水的酸碱度不超过9。在循环冷却海水中，酸碱度变化不大，对腐蚀影响不大，但酸碱度主要受钙垢沉积的影响，从而影响金属腐蚀。研究表明，冷却海水的酸碱度增加，促进碳酸钙沉淀形成沉积层，从而减少金属材料的腐蚀。流速：一般来说，流速的增加有利于海水中的溶解氧扩散到电极表面，补充金属表面的氧气，从而加速金属腐蚀。当溶解氧含量相同时，金属的腐蚀速率也随着流速的增加而增加。随着流速的进一步增加，电化学和流体力学因素的协同作用将加剧金属腐蚀。结果表明，在流体冷却海水系统中，碳钢和铜合金的临界流速突然增大。海洋生物：海水冷却系统中常见的大型生物附着在金属结构的表面，通常称为海洋污损生物。如果污垢生物是全面的，金属腐蚀可以减缓，但不完全的污垢生物可能促进局部腐蚀。微生物，包括细菌和真菌，附着在工程材料表面形成生物膜。生物膜内部的环境与冷却水完全不同。生物膜中的微生物活性控制着电化学反应的速率和类型，形成微生物腐蚀，属于局部腐蚀特征，可促进点蚀、缝隙腐蚀、分解腐蚀和应力腐蚀开裂的发生和发展，危害较大。在冷却系统中，海水的低流速或静态流速，伴随着生物粘液或污泥，将为微生物的大量繁殖提供条件，而微生物腐蚀将成为材料失效的主要原因。3.2.5换热器(冷凝器)的材料选择和防腐技术要求第5.1.1条是热交换器(冷凝器)管的材料选择原则，参考电力行业标准发电厂凝汽器及辅机冷却器选材导则 (DL/T 712-2000)第3.1、3.5和3.6条。第3.1条规定，在下列情况下第5.1.2条是换热器(冷凝器)管板的选材原则。参照第7条，应考虑易于膨胀或与管子焊接，应尽可能避免与管子发生电偶腐蚀，或采取有效的防腐措施，以确保热交换器的整体密封性。第5.1.3条是热交换器(冷凝器)水室的选材原则。作为热交换器(冷凝器)的一部分，水室的设计应确保循环冷却水具有良好的流动特性，减少水室内的死区和涡流现象，减少生物污泥的附着和水室内冷却水的压力。第5.2.1条规定了热交换器(冷凝器)管的材料选择和防腐技术要求，并整合了电力行业标准发电厂凝汽器及辅机冷却器选材导则 (DL/T 712-2000)和实际工程中用于热交换器管的材料，包括铜合金、碳钢、铸铁、不锈钢和钛合金。同时，提出了适用于不同材料的防腐措施。经过合理的防腐设计，不同材质的换热管的腐蚀速率可以满足GB/T23248-2009 海水循环冷却水处理设计规范的要求，碳钢小于0.075毫米/年，铜合金小于0.005毫米/年，不锈钢小于0.005毫米/年，钛合金管具有最好的耐海水腐蚀性能，一般不需要其他防腐技术的辅助。然而，当选择热交换器的结构材料时，应该防止不同金属之间过大的接触电势差，从而导致钛管的析氢腐蚀和氢脆。应选择工业纯钛无缝管和焊管。一些非金属管道，如石墨、氟塑料和玻璃，在淡水冷却系统中有应用，它们在海水冷却系统中的应用仍处于可行性研究阶段。第5.2.2条规定了换热器(冷凝器)管板的材料选择和防腐技术要求。参照电力行业标准发电厂凝汽器及辅机冷却器选材导则 (DL/T 712-2000)第7条，管板应选择不锈钢管板、复合不锈钢管板或与换热器管板具有相同或相近电位差的材料，如钛合金-钛合金。使用薄壁钛管时，管板应为钛板或复合钛板，管与管板应采用“膨胀焊”连接。当使用薄壁不锈钢管时，管板应为不锈钢管板或复合不锈钢管板，管子和管板应通过“膨胀焊”连接。对于膨胀式热交换器，热交换器的有效防腐蚀和防泄漏涂层可用于防止膨胀端口处的泄漏。第5.2.3条规定了热交换器(冷凝器)水室的材料选择和防腐技术要求。水室通常由钛、碳钢、钛-钢复合板、铜复合板等制成。钢制水室会被海水腐蚀，因此钢板可采用重防腐涂层，并可采用“金属涂层重防腐涂层牺牲阳极”的保护方法。也可以使用环氧玻璃钢作为背衬，铜涂层涂料作为防污防腐处理方法。3.2.6海水冷却塔的材料选择和防腐技术要求第6.1条是海水冷却塔的选材原则，第6.1.1条是海水冷却塔的组成部分：塔身框架、集水箱、风道、风机、集水器、配水系统、填料、塔内连接件和紧固件。第6.1.2条要求冷却塔材料的选择应根据材料的使用环境和设计要求来确定。所使用的材料能够抵抗浓缩海水的侵蚀，并且不会相互影响。第6.1.3条规定了冷却塔材料的使用寿命。在采取正确的维护措施的情况下，不会发生严重的腐蚀和塔体损坏。一般情况下，中小型塔架主体结构的使用寿命为10-15年，大型塔架的使用寿命应在30年以上。第6.2.