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輸水管道內(nèi)防護(hù)層與陰極保護(hù)聯(lián)合防護(hù)系統(tǒng)失效分析與改進(jìn)措施

文檔作者：劉曉軍白榮國(guó) 費(fèi)克勛崔智勇文檔來源： 1．蘇州熱工研究院 2．大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年06月30日
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輸水管道內(nèi)防護(hù)層與陰極保護(hù)聯(lián)合防護(hù)系統(tǒng)失效分析與改進(jìn)措施
輸水管道內(nèi)防護(hù)層與
陰極保護(hù)聯(lián)合防護(hù)系統(tǒng)失效分析與改進(jìn)措施
劉曉軍 。白榮國(guó) 。費(fèi)克勛 。崔智勇
(1．蘇州熱工研究院，江蘇蘇州215004；
2．大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司，廣東深圳518124)
[摘要] 某核電站重要廠用水管道采用內(nèi)壁涂層與陰極保護(hù)系統(tǒng)聯(lián)合防護(hù)，一年多運(yùn)行后，內(nèi)壁部分區(qū)域防
護(hù)層失效，對(duì)其失效處進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：陰極保護(hù)系統(tǒng)中多個(gè)參比電極故障導(dǎo)致其反饋信號(hào)錯(cuò)誤，造成
過保護(hù)使防護(hù)層失效。通過2種方法對(duì)現(xiàn)有陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，認(rèn)為防護(hù)層應(yīng)有計(jì)劃地予以維護(hù)，保證破
損率維持在30％以下，才能保證管道始終處于保護(hù)狀態(tài)。
[關(guān)鍵詞] 輸水管道保護(hù)；防護(hù)涂層；陰極保護(hù)系統(tǒng)；失效原因
[中圖分類號(hào)]U177 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B [文章編號(hào)]1001—1560(2013)11—0065—02
0 前言
某核電站輸送海水管道為鋼質(zhì)管道(TU42B)，內(nèi)
壁涂覆Interzone 954油漆，同時(shí)實(shí)施外加電流陰極保
護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合防護(hù)。經(jīng)調(diào)試(約1．5 a)和一個(gè)換料
周期(1 a)運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)壁部分區(qū)域防護(hù)層大
面積鼓泡，與設(shè)計(jì)壽命4O年破損≤50％相差較大。
以下對(duì)這種失效原因進(jìn)行分析，并對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)的
防腐蝕能力加以估評(píng)，以確定其維修方案。
1 失效原因分析
1．1 防護(hù)涂層
檢查發(fā)現(xiàn)，防護(hù)涂層失效位置主要集中在陰極保
護(hù)系統(tǒng)輔助陽(yáng)極附近，且防護(hù)層的鼓泡呈炸裂狀，破損
處有白色沉積物堆積，除去堆積物，管道未見腐蝕痕跡。
1．2 陰極保護(hù)系統(tǒng)
管道長(zhǎng)約280 m，陰極保護(hù)系統(tǒng)為懸臂式點(diǎn)狀陽(yáng)
極分布，安裝有54只輔助陽(yáng)極，其最大間距為5．6 m；
12只Ag／AgC1參比電極均勻分布于管道中，將其所
測(cè)的電位值加權(quán)平均值作為輸人信號(hào)反饋至恒電位
儀。陰極保護(hù)系統(tǒng)按照恒電位模式運(yùn)行，運(yùn)行狀態(tài)：
2010年12月前多處于不穩(wěn)定狀態(tài)，電位出現(xiàn)多次正
向波動(dòng)，引起電流增大，達(dá)到40 A；2011年4月開始，
各參比電極電位差突然增大，其中R1．3，R2．3電位
值接近一2 000 mV，遠(yuǎn)超過陰極保護(hù)要求的一1 050
mV，R2．2的電位值上升到一200 mV左右，正于碳鋼
在海水中的自腐蝕電位(一600 mV左右)¨J，電流逐
漸增大，約3個(gè)月后到達(dá)80 A，且持續(xù)穩(wěn)定，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于
設(shè)計(jì)值。發(fā)生以上情況的原因是：(1)管道被陽(yáng)極極
化，(2)參比電極發(fā)生故障。
拆卸參比電極用10％稀鹽酸清洗后，測(cè)得的12只
參比電極與校準(zhǔn)參比電極(218型A AgCl參比電極)
的電位差見表1?？梢?，只有R1．6，R2．1 2只參比電極
接近標(biāo)準(zhǔn)要求(4-5 mV) ，其余的偏離標(biāo)準(zhǔn)一480～
一740 mV。而現(xiàn)場(chǎng)管道電位相對(duì)參比電極電位要求為
? 800 1 050 mV，其真實(shí)電位應(yīng)加上校準(zhǔn)測(cè)得的電
位差，以參比電極電位偏離取平均值一610 mV，管道控
制電位取平均值一925 mV，計(jì)為一1 535 mV左右，達(dá)到
析氫電位，管道表面陰極過程產(chǎn)生的大量OH一與防護(hù)
層發(fā)生化學(xué)作用導(dǎo)致防護(hù)層被破壞【3】。從測(cè)量過程中
同樣發(fā)現(xiàn)參比電極在失效后不同時(shí)間段測(cè)量到的電位
并不固定，而是在不斷變化，因此參比電極已失去其基
準(zhǔn)功能，反饋給恒電位儀的是虛假信號(hào)。
表1 12只參比電極電位校準(zhǔn)結(jié)果
參比電極序號(hào) R1．1 R1．2 R1．3 RI 4 R1．5 R1．6
E／mV 一643 —505 —558 —736 —518 —2
叁比審．極序號(hào) R2．1 R2．2 R2．3 R2．4 R2．5 R2．6
[收稿日期] 2013—06—18
[通信作者] 劉曉軍(1986一)，工程師，主要從事電化 綜合可知，參比電極故障導(dǎo)致陰極保護(hù)系統(tǒng)反饋
學(xué)防腐蝕與防污研究和應(yīng)用，E．mail：1一 信號(hào)失真，造成輸出電流過大引起過保護(hù)，進(jìn)而導(dǎo)致
xjOO55@hotmail．COrn 防護(hù)層被損壞。因此，參比電極故障是防護(hù)層失效的
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輸水管道內(nèi)防護(hù)層與陰極保護(hù)聯(lián)合防護(hù)系統(tǒng)失效分析 改進(jìn)措施
根本原因。
2 陰極保護(hù)系統(tǒng)評(píng)估
由于對(duì)防護(hù)層破損或老化的修復(fù)窗口較短，需要
多次分段修復(fù)，因此急需評(píng)估陰極保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)能
力，以判斷防護(hù)層的破損程度并進(jìn)行維修。
常通過計(jì)算保護(hù)半徑、電位分布獲得陰極保護(hù)系
統(tǒng)保護(hù)能力，但不同的計(jì)算方法假設(shè)的條件不同，計(jì)
算結(jié)果的裕度存在差異。。
2．1 保護(hù)范圍計(jì)算法
式(1)為點(diǎn)狀輔助陽(yáng)極保護(hù)半徑(￡)計(jì)算式H J，
保護(hù)電位按照標(biāo)準(zhǔn)選取一1．05 V【5 J：
= 焉
式中AU——被保護(hù)物陰極保護(hù)允許最正電位與最
負(fù)電位之差，有防護(hù)層時(shí)為0．25 V(最
正電位一0．8O V，最負(fù)電位一1．05
V)，無防護(hù)層時(shí)取0．40 V(最正電位
一0．80 V，最負(fù)電位一1．20 V)
d —— 管道直徑，取0．7 m
'， ——有效保護(hù)電流密度，等于裸鋼保護(hù)電
流密度J0=0．15 A／m 與防護(hù)層破損率
．廠的乘積
R’— —單位長(zhǎng)度管道內(nèi)海水電阻，R’=4p／(d
1T)，P為海水電阻率，取0．25 Q·m
式(1)可簡(jiǎn)化為式(2)：
￡=黑 (2)
該管道內(nèi)不同防護(hù)層破損率下點(diǎn)狀輔助陽(yáng)極最
大保護(hù)距離見表2。本系統(tǒng)中輔助陽(yáng)極最大間距為
5．6 m，最大保護(hù)距離小于5．6 m時(shí)，陰極保護(hù)系統(tǒng)不
能達(dá)到防腐蝕效果，需要對(duì)防護(hù)層進(jìn)行維修。因此本
系統(tǒng)防護(hù)層允許的最大破損率為30％。
表2 不同防護(hù)層破損率下的最大保護(hù)距離
，0(防護(hù)層破損)／％ 3 10 20 30 40 50～ 1O0?
E ： —
cos
—
h~
— — — _ — = — — — 一
x)(3)
cosh(~／生d．R )+l
式中 — — 管道壁輔助陽(yáng)極處電位
E —— 管道內(nèi)壁距離輔助陽(yáng)極點(diǎn)為 處的管
壁電位
P ——海水電阻率(0．25 Q·m)
d —— 管道直徑(0．7 m)
— — 輔助陽(yáng)極間距
— — 極化電阻
要求按照R=AU’／J (AU’=0．2 V，為管道施加
陰極保護(hù)前的電位與施加陰極保護(hù)后的電位之差)，
根據(jù)上述公式計(jì)算間距為5．6 m時(shí)被保護(hù)管道內(nèi)電
位分布規(guī)律：隨破損率增大，管道內(nèi)壁電位隨距離變
化速率迅速增大，當(dāng)防護(hù)層破損率達(dá)到70％時(shí)，便不
能滿足近陽(yáng)極點(diǎn)(輔助陽(yáng)極所在位置)和遠(yuǎn)陽(yáng)極點(diǎn)
(兩只輔助陽(yáng)極中心位置)同時(shí)處于保護(hù)范圍內(nèi)
(一0．80一一1．05 V)。因此，當(dāng)破損率達(dá)到70％ 時(shí)
應(yīng)安排窗口對(duì)防護(hù)層進(jìn)行修復(fù)。
由于該管道所在系統(tǒng)承擔(dān)該反應(yīng)堆安全功能，防
護(hù)層破損率超過30％ 時(shí)應(yīng)予以修復(fù)，以保證管道系
統(tǒng)處在保護(hù)狀態(tài)下運(yùn)行。
3 結(jié)論
(1)過保護(hù)會(huì)導(dǎo)致防護(hù)層破損，保護(hù)距離減小，增
大防護(hù)層和陰極保護(hù)系統(tǒng)失效的風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)行過程中
需要加大對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)的維護(hù)力度，保證管道內(nèi)壁
處于保護(hù)狀態(tài)。
(2)隨防護(hù)層破損，陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)管道的保護(hù)
能力將降低，對(duì)管道防護(hù)層應(yīng)有計(jì)劃地修復(fù)，由于該
管道所在系統(tǒng)承擔(dān)核反應(yīng)堆安全功能，防護(hù)層破損率
超過30％時(shí)應(yīng)予以修復(fù)，以保證破損率始終保持在
30％ 以下。
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[編校：鄭鵬華]

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