循环水管道阴极保护技术

1前言

阴极保护技术包括牺牲阳极和外加电流两种方法，两种方法各有优缺点，对于电厂海水循环水系统，具体选择哪一种方法，往往要根据所需保护电流的大小，可否获得方便的输入电源，是否会引发危险性以及设备结构空间大小

等因素决定。一般对小口径管道，海水流速及介质组成变化较大，需提供较大保护电流情况，较适宜采用外加电流

阴极保护。近年来，电厂机务部分海水循环水系统越来越多地采用外加电流阴极保护。机务部分循环水系统通常由

管道(直管、弯头及大小头等) 、设备 (如凝汽器、换热器、滤网、

蝶阀等)组成，具有复杂的结构、多种材质连接，这些都使管道及设备系统阴极保护变得复杂，要对系统进行全面地保护，必须进行科学合理的设计和良好的防腐施工。

2海水管道系统外加电流阴极保护应用

滨海某电厂，3 OOMW发电机组，循环水为天然海水，其主厂房内循环及开式循环水钢质管道系统全部采用外加电流阴极保护，保护系统由辅助阳极、参比电极、恒电位仪、阳极屏及连接电缆等附件组成。该阴极保护系统选用了

铂铌和混合金属氧化物(MMO)两类辅助阳极，以Ag/AgCl和高纯锌复合参比电极作为系统控制和检测电极。

2.1主厂房内循环及开式循环水管道系统组成

主厂房内循环水系统包括© 1 8 2 0 X 1 6钢管3 2 m，材质为Q 2 3 5 A; 4个9 0 ° ©1 8 2 0弯头；DN 1 8 0 0蝶阀及伸缩器4个；DN 1 8 0 0二次滤网2个，材质为3 16L ; DN 1 8 0 0收球网

2个，壳体为碳钢衬胶，其它材质主要是3 17LN不锈钢；DN 1 8 0 0波纹补偿器4个，主要材质为不锈钢；凝汽器水室衬胶，冷凝管为钛管，管板为钛钢复合板。

开式水系统包括© 8 2 0 X 7钢管66米，材质为Q 2 3 5 A;电动滤水器2台，整体材质为3 16L 不锈钢；© 6 3 0 X 7钢管7米，材质为Q 2 3 5 A；© 5 2 9 X 7钢管6米，材质为1 0CrMoAl; 闭式循环热交换器2个，材质为钛。© 3 7 7 X 6钢管75米，材质为1 0CrMoAl;电动蝶阀9个; 9 0 °DN 8 0 0 热压弯头6个，DN 6 0 0热压弯头4个，DN 5 0 0热压弯头2个；DN 8 0 0 X5 0 0大小头2个，DN 6 0 0 X 5 0 0大小头8个，©DN 5 0 0 X 3 5 0大小头4个；© 3 2 5 X 6钢管4 5米；©2 19 X6钢管4 8米。各种阀门8个；电动滤水器1台；冷油器2台；另有弯头、大小头等。

2.2外加电流阴极保护系统设计

由以上可看出，整个海水管道系统由各种口径的管道，包括弯头、大小头等，同时管道又与多个设备相连，系统中所用到的材质有Q 2 3 5 A、镍铬合金、1 0CrMoAl、316L及3 17LN不锈钢、钛等，根据以下原则进行了外加电

流阴极保护系统的设计：

(1)考虑全局，重点保护，如在考虑管道达到保护的前提下，重点考虑管道与设备相连部分，因为设备与管道材

质的差异，易引发严重的电偶腐蚀问题；

(2)应充分考虑海水流速、水温等对腐蚀速率的影响；

(3)应保证钛材不因过保护而吸氢，在电位V— 0.75V(SCE )时，钛材可能吸氢，引起氢脆腐

蚀；

(4)辅助阳极数量及设置应充分考虑到系统的整体性，并尽可能避免电流屏蔽，同时要求可检测所有辅助阳极的

工作状态，以便于检修；

(5)参比电极设置在有代表性的位置，以保证外加电流保护系统运行的可靠性。

根据以上原则以及所保护对象的具体情况，决定将整个管道系统分为三个部分，采用三套各自独立的外加电流阴极保护系统。这三个部分为凝汽器部分，闭式循环热交换器部分及冷油器部分。

各部分的设计结果如下：

(1)凝汽器部分

设计安装40支HFF — 4 型铂铌辅助阳极，4 支HFCF— 1 — 1型参比电极，分别布置在进水管路的蝶阀后和管道与凝汽器连接部分，回水管路的蝶阀前和管道与凝汽器连接部分。为了保证阴极汇流线和测量线的连接，设置了5个汇流基座。

(2)闭式循环热交换器部分

设计选用了 3 6支H FLF —1型MMO辅助阳极，能够保证系统中的每一部分均能得到保护。为控制和检测，设计

安装4支H FCF—1—2型复合参比电极，分别布置在闭式循环热交换器进、出口管道上各一支，滤水器进水口管道

一支及© 8 2 0直管段上一支。系统中设置了5个汇流基座。

(3)冷却油器部分

设计安装5 1支H FLF —2型MMO辅助阳极，均匀布置保证系统保护各部分的平衡。选用5支HF CF—1—2型复合参比电极对系统进行控制及对保护效果进行检测，设置9个汇流基座。

以上三个系统的电源及控制检测仪器均为SF 2 0 0型恒电位仪(24V/40A) 。

2.3保护效果检测

在整个循环水系统通水后，检查系统连线，确认无误后，按所确定的电流分别对三个系统进行初始极化，表1〜3列出了系统运行8天后的检测结果。

从以上结果可以看出，系统运行基本达到了预期的效果，可为今后类似的设计提供参考。同时，从所测结果可以看出如下问题：

(1)从前面的测试数据可以看出，Ag/AgCl和高纯锌参比电极的差值基本在1 0 0 0 mV左右，大部分在1 0 3 0 mV左右，考虑到实际使用的环境条件，可以说复合参比电极的性能是相当稳定的。另外，系统中多个参比电极共用测量线，这种连接方式与每个参比电极就近配单独的测量线，所测电位结果稍有差异，但对于工程应用来讲，这种

连接方式已能满足需要，且可避免线路太多带来的不便。

(2)三系统测试结果均可看出，直管段或者说单纯管道部分的外加电流保护相对容易，所测结果也可以达到常

规的要求，但当管道与其它设备相连时，而设备材质与管道不同时，保护效果并不是很理想。这是因为当碳钢与不

锈钢或钛材相连时，其所需保护电流要比单纯碳钢大得多。如A2、3号参比所测结果均较正，这两个参比所处位置

正是管道与钛管凝汽器二次滤网(材质3 16L )等设备的相连部位。

(3)根据系统中的不同情况，设置多个参比电极是非常必要的，它可以为我们提供各种情况下的保护电位值，以便对系统进行调整，以得到最理想的保护效果。如果只设几个参比电极，则我们无法知道系统的真实保护情况。

根据前面的运行结果，我们对系统进行了部分调整，运行一年半后，对整个系统进行了检测，结果见表4~6。

3外加电流阴极保护设计应注意的问题

随着人们对腐蚀问题的重视，采用外加电流阴极保护技术对海水管道系统进行保护的应用越来越多，已取得了不少成功的应用经验，但还有不少问题有待研究，以便进一步完善钢质海水管道系统的外加电流保护技术。

夕卜加电流阴极保护系统由控制电源、辅助阳极、参比电极、阳极屏及相应的电缆等组成。对于电厂海水循环水系统，由于各种管道及设备较多，且管道与设备材质一般不同，这都给外加电流阴极保护设计带来了一定的困难。

辅助阳极是外加电流阴极保护的重要部件，目前在海水循环水系统中常用的有铂铌阳极和混合金属氧化物阳极，具体选用何种辅助阳极，可根据情况加以考虑。参比电极是用于系统检测和控制的，它可以告诉我们系统保护的情况，并可以提供数据给恒电位仪，以实现系统的自动控制。目前常用的参比电极有固体粉压式或网状Ag/AgCl参

比、高纯锌参比以及兼有两者的复合参比等，复合参比由于同时具有两者的性能，近年来应用较多。

外加电流阴极保护系统有两种基本的控制方式，即恒电位控制和恒电流控制，对于结构简单的单纯管道,

我们可以进行恒电位控制，因为在这样的情况下，外加电流保护系统的保护电位均衡性易于实现，辅助阳极及参比

电极定位相对容易，但对一个复杂的体系，定位就相当困难了，由前面的应用实例可以看出，无论是采用哪种参比

电极，不同位置的检测电位值都相差很大，到底哪个参比电极可以作为系统恒电位的控制电极呢？这种情况下，我

们认为可以根据各部分的极化情况，以极化不足位置的参比电极作为恒电位控制电极，同时根据其它参比电极的数值，对控制电位进行调整，以保证系统保护的整体性，实现这种控制的一个重要前提是保证系统中各部分的辅助阳

极布置合理，否则将出现顾此失彼的现象。另外在实际的工程应用中，经常有各种原因导致参比电极失效的现象，

因此在复杂的管路系统中，外加电流阴极保护建议采用恒电流控制。

对于海水循环水系统的外加电流阴极保护，由于系统中要布置的阳极数量一般较多，考虑到施工的方便，对于辅助阳极连线，有人设计采用一根或几根阳极主电缆将所有阳极连接起来，这种连接方式对于保护没太大影响，但对

于检修，就带来很大的问题，因为无法在不停机状态确定阳极的工作情况。较好的阳极连线建议采用每根阳极都为

独立的电缆，在适当位置设置分线箱，分线箱内可以多个阳极再与主电缆连接，这样可以通过分线箱很方便地对每