楊衛(wèi)民
摘 要:濱海核電站通常利用海水作為最終冷源來(lái)冷卻核島和常規(guī)島的設(shè)備產(chǎn)生的熱量,同時(shí)將熱量帶入大海。海水作為冷卻水源的優(yōu)點(diǎn)是取之不盡用,但是海水中由于鹽分含量高和氯離子含量高,腐蝕性很強(qiáng),所以冷卻系統(tǒng)中與海水接觸的管道必須采取嚴(yán)格的防腐措施。目前國(guó)內(nèi)核電站普遍采用重防腐涂層加陰極保護(hù)進(jìn)行聯(lián)合防護(hù)。重防腐涂層比較簡(jiǎn)單,本文詳細(xì)介紹陰極保護(hù)在濱海核電站海水管道中的應(yīng)用及相關(guān)安裝要求,以保證海水管道在壽期內(nèi)安全、高效運(yùn)行。
關(guān)鍵詞:核電站;管道;陰極保護(hù);參比電極;電位
1.陰極保護(hù)的結(jié)構(gòu)
陰極保護(hù)是使被保護(hù)設(shè)備陰極極化,從而消除電化學(xué)腐蝕。陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行后,可以保護(hù)海水管道及其他海水過(guò)流設(shè)備,使其不會(huì)遭到海水介質(zhì)的腐蝕,從而延長(zhǎng)在役時(shí)間。
有兩種辦法可以實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)的目的,即犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)。
1.1外加電流陰極保護(hù)
外加電流陰極保護(hù)主要由恒電位儀、輔助陽(yáng)極、參比電極等組成。
1)恒電位儀
由于核電站海水管道需要嚴(yán)格控制保護(hù)電位,所以選用恒電位儀。恒電位儀應(yīng)使被保護(hù)管道的保護(hù)電位始終處于-0.80V~-1.05V之間(海水中相對(duì)Ag/AgCl參比電極)。
2)輔助陽(yáng)極
輔助陽(yáng)極是外加電流陰極保護(hù)中不可缺少的重要組成部分,通過(guò)輔助陽(yáng)極把保護(hù)電流送入海水,經(jīng)海水流入被保護(hù)的管道,使管道表面發(fā)生陰極極化(防止電化學(xué)腐蝕),電流再由管道流入電流負(fù)極形成一個(gè)回路,這一回路形成了一個(gè)電解池,管道為負(fù)極處于還原環(huán)境中,防止腐蝕,而輔助陽(yáng)極進(jìn)行氧化反應(yīng),遭受腐蝕。
目前適于管道陰極保護(hù)輔助陽(yáng)極材料主要有鉛銀合金陽(yáng)極、混合金屬氧化物陽(yáng)極和鉑陽(yáng)極。根據(jù)管道情況選用插入式結(jié)構(gòu)的鉑/鈮復(fù)合陽(yáng)極(見(jiàn)圖1),陽(yáng)極體固定在絕緣材料制成的絕緣支座內(nèi),通過(guò)法蘭固定在管道上。
輔助陽(yáng)極的數(shù)量及布置應(yīng)以保護(hù)電流分布均勻?yàn)樵瓌t,在陽(yáng)極間距范圍內(nèi)應(yīng)能達(dá)到保護(hù)電位的要求。由于在彎頭和彎管處存在電流屏蔽,因此需要考慮橡膠伸縮接頭、彎頭及彎管等因素,在這些部位增設(shè)陽(yáng)極。
3)參比電極
參比電極是一種電位恒定的基準(zhǔn)電極,用于系統(tǒng)電位的控制和檢測(cè)。在測(cè)量中用與該電極的電位差來(lái)表示被保護(hù)物的電位值。在海洋工程環(huán)境下,常用參比電極包括銅/飽和硫酸銅電極、銀/氯(鹵)化銀電極、鋅及鋅合金電極等。
核電站采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的Ag/AgCl參比電極,插入式結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖2),參比電極體固定在絕緣材料制成的絕緣支座內(nèi),通過(guò)法蘭固定在管道上,這種結(jié)構(gòu)的參比電極便于更換。
根據(jù)陽(yáng)極分布情況及電位分布情況,參比電極安裝在保護(hù)最薄弱處(兩個(gè)輔助陽(yáng)極中間的位置)或典型位置,即最遠(yuǎn)離陽(yáng)極處的電位應(yīng)≤-0.80V(海水中相對(duì)于Ag/AgCl參比電極)。
在橡膠伸縮節(jié)、法蘭短管、出口管道等連接件兩側(cè)的管道要用電纜跨接起來(lái),確保兩側(cè)管道良好的電性連接。
1.2犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)
犧牲陽(yáng)極的基本要求是在海水、淡海水中具有較低的負(fù)電位,且穩(wěn)定;陽(yáng)極極化小,溶解均勻,產(chǎn)物容易脫落;有較大的電容量及較高的電流效率,且其尺寸不應(yīng)影響水流及管路的正常功能。
根據(jù)GB/T16166-1996要求,電阻率小于100Ω·cm的海水介質(zhì)中采用高效鋁合金作為犧牲陽(yáng)極。
犧牲陽(yáng)極應(yīng)采用均勻?qū)ΨQ(chēng)布置,陽(yáng)極安裝位置應(yīng)考慮電流的屏蔽作用。常規(guī)島海水管道犧牲陽(yáng)極布置原則為:直管內(nèi)均勻布置,彎頭、閥門(mén)及人孔處增設(shè)陽(yáng)極。
2.安裝要求
2.1外加電流陰極保護(hù)
1)輔助陽(yáng)極、參比電極的安裝
輔助陽(yáng)極、參比電極與被保護(hù)管道通過(guò)法蘭以焊接的方式固定
輔助陽(yáng)極、參比電極應(yīng)有較好的密封性,且保證與被保護(hù)管道之間的電絕緣性。
安裝完畢后,輔助陽(yáng)極和參比電極組件不能轉(zhuǎn)動(dòng)。
對(duì)于安裝在管道上的外加電流陽(yáng)極和參比電極,在核電站極限安全地震震動(dòng)期間及之后,要保持其結(jié)構(gòu)的完整性,不脫落,不滲漏。
2.2犧牲陽(yáng)極安裝
1)犧牲陽(yáng)極安裝前,應(yīng)在陽(yáng)極背面(與管壁相接觸面)涂防腐漆。
2)犧牲陽(yáng)極安裝時(shí),陽(yáng)極背面緊貼管壁,焊接到循環(huán)水管道上
3)陽(yáng)極表面嚴(yán)禁涂漆或玷污油污。
4)犧牲陽(yáng)極安裝位置及安裝形式應(yīng)便于檢修和更換。
3.結(jié)束語(yǔ)
由于海水具有強(qiáng)腐蝕性,核電站海水管道不可避免的要受到腐蝕威脅,而陰極保護(hù)則在管道防腐中起到了重要的作用,它的安裝運(yùn)行質(zhì)量決定了管道系統(tǒng)的使用壽命。因此,我們應(yīng)從核電站安裝建設(shè)的各個(gè)階段加強(qiáng)對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)的管理維護(hù),確保核電站安全、穩(wěn)定運(yùn)行。
(作者單位:襄陽(yáng)市市政工程設(shè)計(jì)院有限公司)