1、濱海電廠海水冷卻系統濱海電廠海水冷卻系統腐蝕與控制腐蝕與控制青島雙瑞海洋環境工程股份有限公司青島雙瑞海洋環境工程股份有限公司2012-7-23 海水冷卻水系統的腐蝕及機理海水冷卻水系統的腐蝕及機理 常見海水材料的腐蝕狀況常見海水材料的腐蝕狀況 陰極保護的應用陰極保護的應用主要內容主要內容金屬腐蝕在自然環境及工業生產中發生的腐蝕破壞，大部金屬腐蝕在自然環境及工業生產中發生的腐蝕破壞，大部分由電解質的腐蝕作用引起的，具有電化學腐蝕性質。分由電解質的腐蝕作用引起的，具有電化學腐蝕性質。 在海水中的腐蝕在海水中的腐蝕典型的電化學腐蝕。典型的電化學腐蝕。 O2 O2腐蝕定義及原理腐蝕定義及原理陽極區陰極

2、區OH-Fe2+Fe(OH)2溶解含氧量溶解含氧量含鹽量含鹽量電導率電導率溫度溫度PHPH值影響值影響海生物的影響海生物的影響海水腐蝕的影響因素海水腐蝕的影響因素絕大多數的金屬在海水中腐蝕都屬于氧化去極化腐蝕，因此海水中的溶絕大多數的金屬在海水中腐蝕都屬于氧化去極化腐蝕，因此海水中的溶解氧是影響海水腐蝕性的重要因素。解氧是影響海水腐蝕性的重要因素。海水中含氧量海水中含氧量 10mL/L時，由于金屬表面生成氧化物或腐蝕產物膜，時，由于金屬表面生成氧化物或腐蝕產物膜，阻礙了氧向金屬表面的擴散，金屬的腐蝕速率隨含氧量的增大而減小；阻礙了氧向金屬表面的擴散，金屬的腐蝕速率隨含氧量的增大而減小；表層海水

3、的含氧量通常處于飽和狀態，約為表層海水的含氧量通常處于飽和狀態，約為5.8mL/L。 溶解含氧量溶解含氧量含鹽量直接影響海水的電導率和含氧量；含鹽量直接影響海水的電導率和含氧量；隨著海水中含鹽量的增加，水的電導率增加，含氧量降低，隨著海水中含鹽量的增加，水的電導率增加，含氧量降低，這種互相矛盾的影響導致某一含鹽量會出現腐蝕的峰值。這種互相矛盾的影響導致某一含鹽量會出現腐蝕的峰值。開放海洋海水的含鹽量剛好接近腐蝕峰值所對應的含氧量范開放海洋海水的含鹽量剛好接近腐蝕峰值所對應的含氧量范圍。圍。含鹽量含鹽量電導率隨著海水電導率的增加，海水中金屬的微電池腐蝕和電導率隨著海水電導率的增加，海水中金屬的微

4、電池腐蝕和宏觀電池腐蝕都將加速。但同時也為陰極保護提供了良好的宏觀電池腐蝕都將加速。但同時也為陰極保護提供了良好的條件，保護范圍寬，保護效果好。條件，保護范圍寬，保護效果好。在開放的海水系統中，在在開放的海水系統中，在80時出現腐蝕峰值，溫度低于時出現腐蝕峰值，溫度低于 80時，腐蝕隨溫度升高而增大，溫度高于時，腐蝕隨溫度升高而增大，溫度高于80時，腐蝕隨時，腐蝕隨溫度升高而減小。溫度升高而減小。電導率和溫度電導率和溫度 PH值值 =49范圍內，鋼的腐蝕速率與范圍內，鋼的腐蝕速率與PH值值無顯著關系，這是因為鋼的表面覆蓋一層氫無顯著關系，這是因為鋼的表面覆蓋一層氫氧化物膜，氧的擴散收到控制；氧

5、化物膜，氧的擴散收到控制； PH9 時，膜被溶解或破壞，腐蝕時，膜被溶解或破壞，腐蝕顯著加速；顯著加速； 微生物腐蝕，其特征是局部腐蝕。微生物腐蝕，其特征是局部腐蝕。PH值和生物的影響值和生物的影響 縫隙腐蝕：異種金屬或者金屬與非金屬之縫隙腐蝕：異種金屬或者金屬與非金屬之間；間； 電偶腐蝕：異種金屬接觸時；電偶腐蝕：異種金屬接觸時； 脫成分腐蝕：含兩種以上成分的合金中，脫成分腐蝕：含兩種以上成分的合金中，選擇性失去一種或幾種成分；選擇性失去一種或幾種成分； 水滯留區腐蝕：主要發生于海水被排空的水滯留區腐蝕：主要發生于海水被排空的冷卻水系統中，主要遭受海洋大氣的腐蝕。冷卻水系統中，主要遭受海洋大

6、氣的腐蝕。 腐蝕的種類腐蝕的種類縫隙腐蝕縫隙腐蝕 電偶腐電偶腐蝕蝕 沖擊腐蝕沖擊腐蝕 應力腐蝕應力腐蝕海水冷卻水系統的腐蝕海水冷卻水系統的腐蝕 海水冷卻水系統通常由清污機、旋轉海水冷卻水系統通常由清污機、旋轉濾網、主循環水泵、海水管路和蝶閥濾網、主循環水泵、海水管路和蝶閥等設備組成。等設備組成。 常見的腐蝕類型有：常見的腐蝕類型有： 凝汽器冷凝的腐蝕；凝汽器冷凝的腐蝕； 各種異種金屬構件導致的電偶腐蝕。各種異種金屬構件導致的電偶腐蝕。凝汽器的腐蝕凝汽器的腐蝕由于凝汽器內各種構件通常都由不同的金屬材料制成，冷卻水由于凝汽器內各種構件通常都由不同的金屬材料制成，冷卻水介質大都具有侵蝕性，冷凝器是電

7、廠中最容易發生腐蝕的設備介質大都具有侵蝕性，冷凝器是電廠中最容易發生腐蝕的設備之一。之一。腐蝕主要發生于冷卻水側。最經常發生的腐蝕問題是：異種金腐蝕主要發生于冷卻水側。最經常發生的腐蝕問題是：異種金屬間的電偶腐蝕，冷凝管端的沖擊腐蝕，脹管導致的管端應力屬間的電偶腐蝕，冷凝管端的沖擊腐蝕，脹管導致的管端應力腐蝕以及冷凝器內表面的點蝕。腐蝕以及冷凝器內表面的點蝕。冷凝器的冷凝管通常用銅合金或者鈦合金制成；冷凝器的冷凝管通常用銅合金或者鈦合金制成；水室壁通常采用不銹鋼或者碳鋼制成；水室壁通常采用不銹鋼或者碳鋼制成；管板的材料通常采用碳鋼、不銹鋼、銅合金或者鈦合金制造；管板的材料通常采用碳鋼、不銹鋼、

8、銅合金或者鈦合金制造；由于銅由于銅- -鋼之間的電位差高達鋼之間的電位差高達400mV400mV；鈦；鈦- -不銹鋼之間的電位差高不銹鋼之間的電位差高達達400mV400mV，鈦，鈦- -鋼的電位差高達鋼的電位差高達600mV600mV，極易造成不銹鋼或者碳鋼，極易造成不銹鋼或者碳鋼的電偶腐蝕。的電偶腐蝕。海水輸送管路的腐蝕海水輸送管路的腐蝕 電廠海水輸送管路通常都由碳鋼管和電廠海水輸送管路通常都由碳鋼管和/或混或混凝土管路組成。尤其是與設備相連的海水管凝土管路組成。尤其是與設備相連的海水管路通常都用碳鋼制作，如主循環水泵進、出路通常都用碳鋼制作，如主循環水泵進、出海水管路、凝汽器進出管路等。

9、海水管路、凝汽器進出管路等。 某海濱電廠輸送管路大修期間，對鋼管剖開某海濱電廠輸送管路大修期間，對鋼管剖開檢查發現：腐蝕多發生在與鈦合金或不銹鋼檢查發現：腐蝕多發生在與鈦合金或不銹鋼設備相鄰的部位，出現大面積的潰瘍腐蝕群；設備相鄰的部位，出現大面積的潰瘍腐蝕群；在法蘭邊部、彎管轉彎處等涂層容易產生缺在法蘭邊部、彎管轉彎處等涂層容易產生缺陷處也有坑蝕或點蝕。陷處也有坑蝕或點蝕。常見金屬材料的腐蝕常見金屬材料的腐蝕 碳鋼和低合金鋼碳鋼和低合金鋼 鑄鐵鑄鐵 銅及銅合金銅及銅合金 鋁合金鋁合金 不銹鋼不銹鋼 鈦合金鈦合金鑄鐵的腐蝕鑄鐵的腐蝕 鑄鐵是一種含碳量大于鑄鐵是一種含碳量大于2.06%的鐵碳合金

10、。的鐵碳合金。廣泛用于制造泵、閥、柴油機等的零部件。廣泛用于制造泵、閥、柴油機等的零部件。 在海水中暴露深度相同時，一般鑄鐵（灰口在海水中暴露深度相同時，一般鑄鐵（灰口鑄鐵、球墨鑄鐵和合金鑄鐵）的腐蝕速率比鑄鐵、球墨鑄鐵和合金鑄鐵）的腐蝕速率比碳鋼略高；腐蝕形式為全面不均勻腐蝕，點碳鋼略高；腐蝕形式為全面不均勻腐蝕，點蝕現象不嚴重；蝕現象不嚴重； 在鑄鐵中添加鎳可以有效增加鑄鐵的耐腐蝕在鑄鐵中添加鎳可以有效增加鑄鐵的耐腐蝕性，當鎳含量超過性，當鎳含量超過7%時，鑄鐵在海水中的時，鑄鐵在海水中的耐蝕性顯著提高。耐蝕性顯著提高。銅及銅合金的腐蝕銅及銅合金的腐蝕 銅鎳合金：銅鎳合金：常用作船舶海水冷

11、卻管路，其中常用作船舶海水冷卻管路，其中70/3070/30銅鎳合金腐蝕速率是所有銅及銅合金銅鎳合金腐蝕速率是所有銅及銅合金中最低的；中最低的； 錫青銅：主要用來制造閥件、泵件及管配件錫青銅：主要用來制造閥件、泵件及管配件等，錫含量為等，錫含量為10-12%10-12%時，耐蝕性較好；時，耐蝕性較好； 黃銅：常用做制造閥件、泵件、管配件及冷黃銅：常用做制造閥件、泵件、管配件及冷卻器的管板等，其腐蝕是不同程度的脫成分卻器的管板等，其腐蝕是不同程度的脫成分腐蝕，一般為脫鋅或者脫鐵；腐蝕，一般為脫鋅或者脫鐵； 鋁青銅：常用做制造閥件、閥蓋、閥座、泵鋁青銅：常用做制造閥件、閥蓋、閥座、泵件、法蘭和管配

12、件等，耐蝕性較好。件、法蘭和管配件等，耐蝕性較好。不銹鋼的腐蝕不銹鋼的腐蝕 不銹鋼在海水中水流的沖擊作用下，產生的不銹鋼在海水中水流的沖擊作用下，產生的腐蝕破壞形式主要是孔蝕和縫隙腐蝕。腐蝕破壞形式主要是孔蝕和縫隙腐蝕。 雙相不銹鋼非常耐海水腐蝕，但在使用雙相雙相不銹鋼非常耐海水腐蝕，但在使用雙相不銹鋼制作冷卻水系統構件時，有可能對與不銹鋼制作冷卻水系統構件時，有可能對與其接觸的其他金屬材料產生電偶腐蝕作用；其接觸的其他金屬材料產生電偶腐蝕作用； 研究表明，雙相不銹鋼在研究表明，雙相不銹鋼在5:15:1面積比條件下，面積比條件下，對水冷卻系統中所有可能使用的金屬材料都對水冷卻系統中所有可能使用

13、的金屬材料都具有非常明顯的電偶腐蝕作用。具有非常明顯的電偶腐蝕作用。鈦合金的腐蝕鈦合金的腐蝕鈦及其合金在大氣和水溶液中容易形成保護性極好的氧化膜，鈦及其合金在大氣和水溶液中容易形成保護性極好的氧化膜，使之處于鈍化狀態，有十分優良的耐蝕性能，在常溫海水中沒使之處于鈍化狀態，有十分優良的耐蝕性能，在常溫海水中沒有點蝕和縫隙腐蝕敏感性，被譽為耐海水腐蝕之王；有點蝕和縫隙腐蝕敏感性，被譽為耐海水腐蝕之王；由于鈦及其合金在海水中的自然腐蝕電位比所有常用結構材料由于鈦及其合金在海水中的自然腐蝕電位比所有常用結構材料都正，必須考慮選用鈦及其合金構件造成的電偶腐蝕；必須偶都正，必須考慮選用鈦及其合金構件造成的

14、電偶腐蝕；必須偶合使用時，盡量控制鈦與其他金屬的面積比，鈦與其他金屬面合使用時，盡量控制鈦與其他金屬的面積比，鈦與其他金屬面積比大于積比大于4:14:1時，對于其他金屬材料將是危險的，時，對于其他金屬材料將是危險的，1/11/1的面積比的面積比或鈦或鈦的表面積小于其他金屬材料時，電偶腐蝕的作用顯著減輕；的表面積小于其他金屬材料時，電偶腐蝕的作用顯著減輕；電偶腐蝕可以通過采取絕緣措施電偶腐蝕可以通過采取絕緣措施或者陰極保護等方法來解決。或者陰極保護等方法來解決。需要注意鈦在陰極極化狀態下的析氫臨界電位約為需要注意鈦在陰極極化狀態下的析氫臨界電位約為-700mV-700mV（CSECSE），陰極保

15、護電位最好控制在），陰極保護電位最好控制在-500mV-700mV-500mV-700mV的范圍。采的范圍。采用鐵合金陽極保護為宜。用鐵合金陽極保護為宜。陰極保護原理陰極保護原理 陰極保護陰極保護向保護對象施加外部電流，向保護對象施加外部電流，使保護對象極化至某一電位值，使其表面陽極使保護對象極化至某一電位值，使其表面陽極區與陰極區實現等電位，從而消除金屬腐蝕。區與陰極區實現等電位，從而消除金屬腐蝕。 陰極保護陰極保護EaEcEcorrIcorrIp 外加電流外加電流 犧牲陽極犧牲陽極陰極保護分類陰極保護分類電廠陰極保護對象電廠陰極保護對象引水頭防腐引水頭防腐引水頭材質：碳鋼 混凝土+碳鋼保護

16、方式：涂層加犧牲陽極陰極保護犧牲陽極：鋁合金陽極保護壽命：30年保護電流密度：4050mA/m2 循環水管內外壁均可采用涂層與陰極保護聯合防腐。循環水管內外壁均可采用涂層與陰極保護聯合防腐。 循環水管道主要采用碳鋼材質循環水管道主要采用碳鋼材質 保護電位為保護電位為-0.85V1.1v-0.85V1.1v（CSECSE）。）。 方式：犧牲陽極方式：犧牲陽極 外加電流外加電流 犧牲陽極犧牲陽極: 內壁內壁 鋁陽極鋁陽極 外壁外壁 鋅陽極、鎂陽極鋅陽極、鎂陽極 外加電流：內壁外加電流：內壁 插入式鉑鈮絲陽極插入式鉑鈮絲陽極 外壁外壁 深井陽極、預組裝淺埋陽極深井陽極、預組裝淺埋陽極 保護電流密度：

17、內壁保護電流密度：內壁2535mA/m2 外壁外壁23 mA/m2 循環水管及引水管陰極保護循環水管及引水管陰極保護犧牲陽極陰極保護犧牲陽極陰極保護管道外壁犧牲陽極外加電流陰極保護外加電流陰極保護其它設備對輸水管道的影響其它設備對輸水管道的影響 輸水管道如采用碳鋼材質，其它與管道連接設輸水管道如采用碳鋼材質，其它與管道連接設備如采用不銹鋼、銅或者鈦材質，則連接處易產備如采用不銹鋼、銅或者鈦材質，則連接處易產生電偶腐蝕。生電偶腐蝕。 處理建議：處理建議：1、絕緣處理；、絕緣處理； 2、連接處增加犧牲陽極；、連接處增加犧牲陽極； 濾水系統：閘門濾水系統：閘門 碳鋼碳鋼 攔污柵攔污柵 不銹鋼不銹鋼

18、濾網濾網 不銹鋼（不銹鋼（+碳鋼碳鋼) 保護方式：犧牲陽極保護方式：犧牲陽極 鋁陽極鋁陽極 鐵陽極鐵陽極 外加電流外加電流 MMO陽極陽極 保護年限：保護年限：20年年 電流密度：電流密度：4080mA/m2（碳鋼）（碳鋼） 150200mA/m2（不銹鋼）（不銹鋼） 濾水系統陰極保護濾水系統陰極保護凝汽器防腐凝汽器防腐防腐措施： 合理選材 硫酸亞鐵成膜和膠球清洗 涂層保護 陰極保護最有效的措施陰極保護及涂層聯合防腐 自然電位自然電位 保護電位保護電位 碳鋼碳鋼 -0.55-0.65V -0.85V-1.1V 不銹鋼不銹鋼 0 -0.3V -0.5V-1V 銅合金銅合金 -0.25-0.40V

19、 -0.45V 鈦合金鈦合金 0.100.20V -0.7V 鈦合金鈦合金海水中腐蝕可以忽略。海水中腐蝕可以忽略。 使用鈦合金時，無法對碳鋼材料陰極保護。使用鈦合金時，無法對碳鋼材料陰極保護。 建議其他部件采用不銹鋼材料。建議其他部件采用不銹鋼材料。 陰極保護電位陰極保護電位不同材質和表面狀態凝汽器所需保護電流密度：不同材質和表面狀態凝汽器所需保護電流密度：保護電流密度保護電流密度 犧牲陽極：犧牲陽極：35年需更換陽極年需更換陽極 受凝汽器水室內空間制約，陽極數量單受凝汽器水室內空間制約，陽極數量單重無法滿足過長的年限。重無法滿足過長的年限。 外加電流：外加電流：10年以上年以上 如凝汽器采用

20、鈦管，需考慮鈦管氫脆問如凝汽器采用鈦管，需考慮鈦管氫脆問題。題。 日常需檢查維護。日常需檢查維護。 保護年限保護年限 某電廠采用鈦材管束及管板，水室某電廠采用鈦材管束及管板，水室壁、拉筋及連通管采用不銹鋼材料，加壁、拉筋及連通管采用不銹鋼材料，加涂防銹漆。涂防銹漆。 運行一年后水室壁及連通管表面出運行一年后水室壁及連通管表面出現坑蝕，部分拉筋靠近管板處銹蝕斷裂。現坑蝕，部分拉筋靠近管板處銹蝕斷裂。 安裝鐵陽極后，基本解決了不銹鋼安裝鐵陽極后，基本解決了不銹鋼材料的腐蝕。材料的腐蝕。 工程實例工程實例水室壁腐蝕情況水室壁腐蝕情況水室壁腐蝕情況水室壁腐蝕情況鐵陽極保護情況鐵陽極保護情況鐵陽極保護情

21、況鐵合金陽極鐵合金陽極 中船重工725研究所在“九五”期間，專門研制了一種用于銅合金海水管路陰極保護用鐵合金犧牲陽極材料。該陽極開路電位適宜、電容量較大（930Ah/Kg以上）、電流效率高，溶解均勻、陽極壽命長。 將鐵犧牲陽極應用于海水介質冷卻器、冷凝器，同樣可以保護其銅合金材料結構和不銹鋼結構。對于鈦合金結構的冷卻器等的保護更具有優勢，可有效防止其他陽極保護存在的保護電位過負而導致的氫脆。目前鐵合金犧牲陽極已開始用于海水銅管路、冷卻器、冷凝器、電廠不銹鋼結構物的陰極保護，防腐效果良好，展現出良好的市場發展前景。鐵合金陽極主要類型：鐵合金陽極主要類型：棒式犧牲陽極：用于冷卻器、冷凝器的陰極保護

22、。安裝、更換方便，棒式犧牲陽極：用于冷卻器、冷凝器的陰極保護。安裝、更換方便，但陽極不能做得太大，通常需要定期更換。但陽極不能做得太大，通常需要定期更換。長條式犧牲陽極：這種犧牲陽極可用于核電站、電廠大型銅合金、長條式犧牲陽極：這種犧牲陽極可用于核電站、電廠大型銅合金、不銹鋼結構物的陰極保護，可以適當增加陽極重量，從而延長陽極不銹鋼結構物的陰極保護，可以適當增加陽極重量，從而延長陽極的使用壽命。的使用壽命。管段式犧牲陽極：可用于難以進行維修保養，要求保護期限必須達管段式犧牲陽極：可用于難以進行維修保養，要求保護期限必須達到或超過一個塢修期的海水管路，可以大幅度的增加陽極重量，顯到或超過一個塢修

23、期的海水管路，可以大幅度的增加陽極重量，顯著增加陽極使用壽命。著增加陽極使用壽命。鐵陽極合金犧牲陽極成分：鐵陽極合金犧牲陽極成分： 接地網如采用鍍鋅扁鋼，長期運行需采接地網如采用鍍鋅扁鋼，長期運行需采用陰極保護。用陰極保護。 陰極保護方式及保護電位同管道外壁保陰極保護方式及保護電位同管道外壁保護。護。 根據技術要求，保護根據技術要求，保護年限年限3030年年3535年。年。接地網陰極保護接地網陰極保護非金屬覆層保護非金屬覆層保護 塑料襯里：在工程中常用的塑料管主要是塑料襯里：在工程中常用的塑料管主要是熱塑性塑料，如低密度和高密度聚乙烯、熱塑性塑料，如低密度和高密度聚乙烯、聚氯乙烯等。聚氯乙烯等

24、。 涂料：濱海電廠常用的涂料是環氧砂漿系涂料：濱海電廠常用的涂料是環氧砂漿系列涂料，如列涂料，如TM7905環氧煤焦油砂漿涂料、環氧煤焦油砂漿涂料、 TM7908環氧砂漿涂料、環氧砂漿涂料、TM7910海洋鋼結海洋鋼結構水下固化涂料、構水下固化涂料、846環氧瀝青厚漿防銹漆環氧瀝青厚漿防銹漆和和616氯化橡膠鐵紅厚漿型防銹漆等。氯化橡膠鐵紅厚漿型防銹漆等。ZF101環氧重防腐涂料環氧重防腐涂料ZF-101系環氧重系環氧重防腐涂料具有防腐涂料具有優異的防腐性能，目前中船重工七二優異的防腐性能，目前中船重工七二五所研制五所研制ZF-101系環氧重防腐涂料已經被列為陽江核電站和寧德核系環氧重防腐涂料

25、已經被列為陽江核電站和寧德核電站循環水管道內壁防腐用涂料。電站循環水管道內壁防腐用涂料。ZF-101系環氧重防腐涂料在秦山核電二期系環氧重防腐涂料在秦山核電二期SEC管道及循環水管道內管道及循環水管道內壁防腐中進行了應用，安全運行壁防腐中進行了應用，安全運行10年以上，具有類似運行工況的實例，年以上，具有類似運行工況的實例，此外該涂料也在嶺澳核電二期大口徑海水混凝土箱涵防腐中已經進行此外該涂料也在嶺澳核電二期大口徑海水混凝土箱涵防腐中已經進行了工程應用，取得了良好的防腐效果。了工程應用，取得了良好的防腐效果。自自1999年以來，年以來，ZF101涂料與外加電流陰極保護系統先后在秦山核電涂料與外

26、加電流陰極保護系統先后在秦山核電二期工程（浙江海鹽）二期工程（浙江海鹽）1#、2#、3#、4#機組海水冷卻管道（機組海水冷卻管道（CGA、SEC）內壁聯合使用，保護效果良好，表明）內壁聯合使用，保護效果良好，表明ZF101涂料可以與外加電涂料可以與外加電流陰極保護配套使用。在流陰極保護配套使用。在2007年又獲得了核二三公司的合格我方年又獲得了核二三公司的合格我方證證書。書。通過秦山核電通過秦山核電SEC管道長達管道長達10年以上的運行情況來看，年以上的運行情況來看，ZF-101系環氧重防腐涂料具有優異的耐陰極剝離性能，同外加電流陰極保護系環氧重防腐涂料具有優異的耐陰極剝離性能，同外加電流陰極保護系統具有良好的兼容性。系統具有良好的兼容性。ZF101環氧重防腐涂料性能指標環氧重防腐涂料性能指標 涂料組成：該涂料由三組分組成。涂料組成：該涂料由三組分組成。 顏顏 色：色： 灰色或紅色；灰色或紅色