平圩发电厂厂区深井阳极阴极保护系统检测评估与技术改造方案设计

1、第28卷第6期2007年6月腐蚀与防护CORROSION &PRO TECTIONVol. 28No. 6J une 2007平圩发电厂厂区深井阳极阴极保护系统检测评估与技术改造方案设计武烈1, 董功俊2, 朱玉壁2, 赵贵芳2, 朱尔昌3, 沈诚1, (1. 中科院上海金属腐蚀与防护技术中心, 上海200333; 2. , 淮南232089;3. 华东电力设计院, 摘要:1986年, 平圩电厂首台600MW , 极保护, 运行18, 对石墨阳极深井阳极地床和户外型硒整流WuZi 新型深井阳极阴极保护系统技术, 并作出工程设计。关键词:系统检测; 分析评估; 方案设计中图分类号:T 4

2、1文献标识码:B 文章编号:10052748X (2007 062000×20DESIGN OF DISTRICT DEEP WELL ANODES FOR CATHODIC PRO TECTION SYSTEMOF UNDER GROUND PIPEL IN E IN PIN GWEI EL ECTRIC POWER PLAN TWU lie 1, DONG G ong 2ju n 2, ZHU Yu 2bi 2, ZH A O G ui 2fang 2, ZHU E r 2ch ang 3, SHEN Cheng 1, ZH OU Yong 2ch ao 1(1. Shangha

3、i Center for Corrosion and Protection of Metals , Shanghai 201202, China ; 2. Chinese Electric Power Pingwei Factory ,Huainan 232089, China ; 3. East China Electric Power Design institute , Shanghai 200005, China K ey w ords :Deep well anode ; Cathodic protection ; System examination ; Appraisal ; P

4、roject design1原建深井阳极阴极保护系统的基本情况与检测评估深井阳极技术源于上世纪80年代, 由美国腐蚀专家J. F. Tat nm 提出原创型深井地床并申请专利。1986年华东电力设计院根据美国西屋公司的总体设计原则和依巴斯克公司提供的技术原理, 在平圩电厂设计安装国内第一套600MW 机组的同时, 对地下管网和接地网首次采用深井阳极法外加电流阴极保护。设计采用<273mm 钢套管为井体支撑, 下伸塑料管并捆绑石墨阳极, 逐支组装, 吊入井管内。每只阳极头部各引出一根电缆成束后直接引至井口硒整流器阳极屏正极; 整流器负极用电缆接至被保护金属物埋地管网及接地网。为保证阳极头部

5、电缆接头的防水密封性能, 当时采用美国瑞侃公司的Thermofit 阳极帽与Permarad 阳极引线电缆。该技术为80年代深井阳极系统的经典型工艺和产品。该系统正常运行近18年, 以后陆续失效和停运, 2003年11月与2004年2月经现场检查测量, 部分收稿日期:2006208218结果列于表1。分析评估如下:(1 石墨阳极石墨阳极已绝大部分失效。石墨阳极作为早期阴极保护辅助阳极, 由于其消耗率较高, 材料质地较脆, 与电缆接头处理困难, 故一般使用510年后将陆续失效。由于原系统引进美国高可靠性电缆封头工艺与材料, 使用已超过15年。许多阳极分支测量已无电流输出, 有的阳极因消耗变形,

6、造成电缆接头断开; 有的阳极消耗较大, 已剩小块残体, 不能提供正常电流量。技术性能上应选用可靠性更高的阳极材料。(2 硒整流器电源硒整流器电源为早期的电源整流设备, 运行18年后绝大多数硒片半导体涂层已大面积脱膜、起皮, 电器元件老化现象十分严重, 有的元器件已腐蚀不能使用。有2台已更换的恒电位仪, 也因长期故障仅有小量保护电流, 需重新检测、维修或更换。恒电位仪为电子电力设备, 该项产品技术已有长足的进步, 在二期工程上应选用耐候性高的抗恶劣环境的户外型恒电位仪。(3 深井阳极结构问题从地面状态看, 深井的钢套管尚存在, 塑料支撑架也未明显损坏, 但在地303武烈等:平圩发电厂厂区深井阳极

7、阴极保护系统检测评估与技术改造方案设计表1厂区深井阳极阴极保护检测综合评估结果(部分序号12345678安装位置生活污水区煤场中1机送风机处#井深,m4545454545474045阳极数量, 只1515151515161315电源设备硒整流硒整流硒整流硒整流硒整流新恒仪硒整流新恒仪95年5月检测电位-0. 81, -0. 98, -0. 76-1. 29, -1. 16, -1. 2604年3月检测E 出/I 出E 参05年3月35V/11A 20V/12A 45V/50A 25V/1. 5A 58A 53. 4V/23A-0. 84-0. 78-0. 954-0. 5540. 643-0.

8、 64-1. 20-0. 918情况评估不足不足尚可失效失效失效尚可尚可通讯楼后220kV 升压站外500kV 升压站2#机靠二公司500kV 升压站停运停运-1. 48, -1. 15, -99-1. 25478, 94-1. 14-下深处, 态下, 浆混杂于一体, 芯体被卡牢, 。(4 其它电气部件阳极引线大部分完好, 美国原装阳极帽无法取出和石墨阳极分离。本阴极保护系统检测数据分析表明, 早期深井阳极技术的阴极保护系统正常工作周期为810年。1112年开始阳极井故障,15年后部分设备失效, 陆续停运,2005年3月分析失效率达73. 9%, 管网接地网开始出现腐蚀泄漏事故。因超期服役应进

9、行大修或彻底检查维修。现在平圩电厂阴极保护系统已工作18年, 阴极保护在区域性保护上的效能已发挥尽止, 故已无法进行修复。(5 设计思路建议参照原工程阴极保护设计思路 , 针对目前平圩电厂地下管线的特征和腐蚀状况, 采用新型深井阳极技术, 进行稳妥、可靠、经济、耐用的技术设计和改造。表2厂区管线土壤电阻率测量结果序号12345测量位置074#消防栓(二期路口 500kV 升压站北角020消防栓1煤场南侧#, m33. 91216. 32831. 41616. 32824. 500土壤腐蚀性中等强中等强中强平均值表3厂区管线自然腐蚀电位测量结果序号12345678位置034#消防栓常华恒电位仪2

10、办公楼后侧#自然腐蚀电位, -V 土壤腐蚀性0. 6170. 5940. 5930. 5840. 5940. 6042. 2400. 7300. 4620. 5810. 6270. 5960. 6900. 6210. 619220kV 升压站通讯楼后220kV 升压站075消防栓500kV 升压站北角#2腐蚀环境调查分析为了进一步做好阴极保护系统技术改造, 有必要对平圩电厂的腐蚀环境进行调查和勘测。电厂位于淮北冲积平原的南缘, 淮河中游的北岸, 地势平坦, 由西北向东南缓倾。其地理环境为北温带淮河平原、滩涂和低山丘陵环境。其中, 主要的腐蚀表征为土壤电阻率及管地电位, 测量数据及分析结果列于表

11、2。1986年在原阴极保护系统建设时, 提供的土壤电阻率为30. 6m , 现有所降低, 其原因为:受工业化的影响环境污染及自然地表变异使腐蚀环境等级变高。腐蚀性有所增强。测量数据如表3。结合表2、3中相关数据, 可以得出该地区的大部分管网的土壤腐蚀等级为强腐蚀级。其中500304升压站东侧9500kV 升压站两侧接地极101#号机主变区11013#消防栓12020#消防栓132#炉引风机处141#煤场南侧15065#消防栓强强强强强强强强较强强强强强强强kV 升压站北角, 管地电位为-2. 24V , 可能是受杂散电流局部影响所致, 需要在阴极保护改造中予以处理。3技术方案3. 1技术方案设

12、计标准与规范本工程保护对象:地下管网及接地网络。地下管网范围:全厂区。接地网:60mm ×8mm 、40mm ×4mm 钢带, 长约15km 。武烈等: 平圩发电厂厂区深井阳极阴极保护系统检测评估与技术改造方案设计阴极保护系统提供的设备及配套件符合的标准与规范如表4所列。表4深井阳极阴极保护方案设计参照标准标准号G B 156-1993G B 191-1990SY J97-1999SY T36-1989SY J/4006-1990(6 杂散电流干扰对非保护地下金属结构无杂散电流危害。3. 3阴极保护方案技术论证3. 3. 1吸取原工程的主要优点和经验名称标准电压包装储运图示

13、标志钢质管道及储罐防腐蚀工程设计规范埋地钢管强制电流阴极保护设计规范阴极保护应用原则和特殊考虑外壳防护等级外加电流深井阳极地床的设计、安装、操作和维修低压配电设计规范电气装置安装工程施工及验收规范电气装置安装工程电气设备交接试验标准电力工程电缆设计规范埋下钢质管道阴极保护参数测试方法埋下钢质管道直流排流保护技术标准钢质管道及储罐腐蚀与防护调查方法标准电测量及电能计量装置设计技术规程深井阳极地床设计规范WZY 21分段预制式阳极井体WZA H 21增安型防爆恒电位仪WZT 21、22、23高纯度低阻抗碳素填料原平圩电厂厂区地下管网和接地网系统深井阳极阴极保护系统运行18, 经现场检测评估, 得:

14、(1 , 可以, , , 具有良好的施工可行性。(2 深井阳极的深度为45m , 阳极井数量为23口, 其深度和数量是保障足够低的阳极地床接地电阻和排流量的重要技术性能的必要条件。(3 深井阳极分布的密度和数量, 不仅完全保证了系统对充分保护电位的功能性指标, 更考虑到系统的可靠性指标, 从而达到了18年的使用寿命。(4 深井阳极的数量与布置设计减少了杂散电流的干扰强度, 保护了整个电厂地下金属设备的安全。鉴于近年来, 国内外在深井阳极结构设计、材料、工艺的进步, 应该在尊重原有的技术基础设计上, 作适当的改进和调整, 以形成新的、更合理的方案设计。3. 3. 2技术进步分析美NACE RPO

15、169-1996英国标准局BS7361-G B 4208美NACE RP -05-72-85G B 50054-1995G BJ 149-1990G BJ 50150-1991G B 50217-1994SY J 23-1997SY J 17-1996SY/T 0087-1995DL/T 5137-2001SY J 99-2000Q/NWHA01-2002Q/NWHA02-2002Q/NWHA03-2002本方案采用的新型WU ZI 深井阳极阴极保护系统是一种技术创新, 具有自主的知识产权的“免维修长效深井阳极”阴极保护技术, 并针对气阻问题, 采用分段预制式阳极井体和组合装配式深井阳极地床结

16、构, 具有免维修、长效的特点。深井阳极阴极保护技术尤其适合较为复杂的地下管网与罐区等其它金属构筑物已连的环境。在不影响生产的条件下, 在厂区可采取非开挖改造技术。新型WU ZI 深井阳极阴极保护系统与传统的外加电流阴极保护技术比较, 有如下几个优点:受气候、环境影响小, 应用范围广泛, 系统运行稳定性好; 接地电阻小, 保护范围广; 杂散电流干扰小; 电遮蔽影响小; 性价比高, 管理维护方便, 装置区接地网也得到保护, 因可采用普通钢; 可有效克服“气阻”现象。新型深井阳极阴极保护系统已拥有结构设计、阳极体主材、碳素填料、能源设备等系列自主知识产权的专利技术。已获得上海市高新技术成果转化认定(

17、A 级项目3项, 上海市重点新产品项目3项, 国3053. 2技术改造设计指标(1 保护对象平圩电厂厂区埋地管网和接地网系统。(2 阴极保护有效期25年。(3 保护电位达-0. 85-1. 50V 充分保护电位值(相对于铜/饱和硫酸铜参比电极 。(4 保护覆盖率受保护的管道与接地网面积为100%。(5 保护度采用试片埋设, 分一、二、三年期失重法计算, 保护度90%。武烈等: 平圩发电厂厂区深井阳极阴极保护系统检测评估与技术改造方案设计家重点新产品1项。3. 3. 3辅助阳极分析在80年代, 国外推出外加电流新型辅助阳极钛基贵金属氧化物阳极即L IDA 阳极。这是一种轻型、高性能、长寿命辅助阳

18、极。在同样的输出电流下, 其使用寿命和可靠性大大高于石墨阳极及高硅铸铁辅助阳极。鉴于其技术性能和可靠性的提高, 本方案采用国内与此相同水平的钛基贵金属氧化物阳极。3. 4方案设计针对平圩电厂地下管网、构筑物的分布、统计计算, 新型WU ZI 50m , 每座安装WZY 21, 每组内装新型高可靠性钛基贵金属氧化物阳极 ;安装户外数显式高效智能恒电位仪15台(规格50V/40A ;采用户外型数显式高效智能恒电位仪, 内装单片机数据转换、采集、储存装置和外接接口, 储存能力为15天; 数据采集频率不少于1次/5min ;阴极接点15处; 埋设测试桩24支;特长寿参比电极18支;安装均压线22处;埋

19、设测试挂片54片, 标志桩54支;为防杂散电流影响, 埋设排流锌电极12支。配备:阴极保护综合参数测试仪1套, 数据录入仪4台, 建立阴极保护检测、维护和管理制度, 进行管理人员培训。, 此, 又便于检测和数阶段。参考文献:1平圩电厂600MW 机组技术介绍Z.安徽省电力局科技处, 安徽省电力试验所,1989.2平圩电厂厂区深井阳极阴极保护腐蚀保护检测调查及评估报告Z.上海海诺科技发展有限公司,2004.3阴极保护与接地的深井阳极及材料研究C /美国J F. Tantum. NACE 文集. 1985. 4武烈, 陈仁兴.分段预制式阳极井体P .ZL96228997. 3. 1997-6.5武烈, 苏锐利. 组合装配式深井阳极地床P .ZL97232551. 4. 1997-11.(上接第302页发生腐蚀部件的类型, 一般安全件的抗腐蚀性能要求最高, 因为它涉及到用户的安全问题,