0　引言

隨著“一帶一路”倡議的實(shí)施，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的電力企業(yè)開(kāi)始大力實(shí)施“走出去”的海外發(fā)展戰(zhàn)略，采用直接投資或者間接投資的形式在東南亞，非洲和南美洲開(kāi)展電站項(xiàng)目建設(shè)。這些電廠大多依托沿海港口建設(shè)，采用海水循環(huán)冷卻系統(tǒng)。

相比較于內(nèi)陸電廠采用江水、河水、水庫(kù)水甚至空氣作為冷卻介質(zhì)，海水是一種具有較強(qiáng)腐蝕性的介質(zhì)，含鹽份、氯離子和有機(jī)質(zhì)等復(fù)雜成分。設(shè)備、管道一旦受到海水腐蝕，容易導(dǎo)致出現(xiàn)工作效率下降、維修費(fèi)用增加、使用壽命縮短等問(wèn)題。金屬材料的腐蝕損傷甚至可能引發(fā)機(jī)組停機(jī)或降負(fù)荷運(yùn)行，從而減少發(fā)電量，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

委內(nèi)瑞拉地處南美洲，屬典型的赤道性氣候，山地溫和，低地炎熱，年平均氣溫為26℃～ 28℃。中央電廠 6 號(hào)機(jī)為擴(kuò)建 600 MW亞臨界燃油及天然氣的雙燃料汽輪發(fā)電機(jī)組，位于委內(nèi)瑞拉中北部加勒比海海邊，是委內(nèi)瑞拉技術(shù)zuixianjin的火力發(fā)電機(jī)組，全套主機(jī)均為國(guó)產(chǎn)設(shè)備。該工程已于當(dāng)?shù)貢r(shí)間 2016 年 5 月8 日零點(diǎn)順利完成 168 h 可靠性考核運(yùn)行并移交委方。

本文以委內(nèi)瑞拉中央電廠 6 號(hào)機(jī)為例，研究海水對(duì)金屬材料的腐蝕問(wèn)題，針對(duì)性地采取一些控制腐蝕的措施，提出了濱海電廠儀表選型與安裝設(shè)計(jì)方案。

1　海水腐蝕原理與材料防腐特性

1.1 海水腐蝕原理

海水是復(fù)雜的電解質(zhì)溶液，其中溶解有一定量的氧，與海水接觸的金屬材料的腐蝕速度主要取決于氧擴(kuò)散到金屬表面的速度[1] 。對(duì)非鈍態(tài)性金屬而言，氧量的增加將加快它們的腐蝕速度 ；對(duì)鈍態(tài)性金屬而言，氧量的增加將促使氧化膜的形成，從而降低它們的腐蝕速度 ；由于海水中大量存在的氯離子，大多數(shù)金屬在海水中不能建立鈍態(tài)[2] 。

1.2 材料選擇與防腐特性

選擇合適的材料是控制腐蝕的首要任務(wù)，理想的耐腐蝕材料是其表面能夠產(chǎn)生致密氧化膜而使海水不能直接接觸其基體的材料 ( 耐腐蝕 ：腐蝕速度低于 0.10 mm/a)。常用于海水相關(guān)系統(tǒng)中且具有較高耐海水腐蝕能力的金屬材料有鈦 (Ti)、雙相不銹鋼 (2205)、奧氏體不銹鋼 022Cr19Ni10(S30403，304L)、 奧 氏 體 不 銹鋼 022Cr17Ni12Mo2(S31603，316L)、 銅 合 金(B10) 等[3]；非金屬材料有高密度聚乙烯 (highdensity polyethylene，HDPE)、 玻 璃 鋼 (glassfiber reinforced plastics，GRP)、聚四氟乙烯 (polytetra fluoroethylene，PTFE)，聚氯乙烯 (polyvinylchloride，PVC) 等。

2　儀表的防腐選型

儀表安裝過(guò)程中取源部件、取樣導(dǎo)管、儀表閥門(mén)及測(cè)量變送裝置等需要長(zhǎng)期接觸海水。

因此，儀表設(shè)備應(yīng)具有防腐蝕性能，對(duì)于戶外儀表設(shè)備，應(yīng)具有防鹽霧腐蝕的能力。對(duì)于海水的儀表測(cè)量管路選取可參照汽輪機(jī)凝汽器管材選型，材質(zhì)可與主管道相同，也可按照以下原則 ：

1) 當(dāng)海水氯離子濃度小于 200 mg/L 時(shí)，海水的儀表測(cè)量管路可選 S30403。

2) 當(dāng)海水氯離子小于 1 000 mg/L 時(shí)，海水的儀表測(cè)量管路可選用 S31603。

3) 直接采用雙相不銹鋼 (2205) 作為海水的儀表測(cè)量管路。

2.1 溫度類儀表

熱電偶 ( 阻 ) 溫度保護(hù)套管一般宜采用與工藝管道同材質(zhì)或者耐腐蝕性能優(yōu)于工藝管道、焊接性能匹配的材料。測(cè)量靜態(tài)海水介質(zhì)的測(cè)溫?zé)犭娕?( 阻 ) 溫度保護(hù)套管可以選用 S31603，應(yīng)用于海水脫硫曝氣池溫度測(cè)量等。

測(cè)量具有一定流速海水時(shí)，為了提高耐磨損腐蝕，同循環(huán)海水接觸的保護(hù)管采用雙相不銹鋼或者鈦合金 ( 采用法蘭安裝 )，以提高使用年限，可應(yīng)用于凝汽器循環(huán)水溫度測(cè)量等。對(duì)響應(yīng)速度要求不高時(shí)，溫度保護(hù)套管也可以采用非金屬材料，如 PTFE。

2.2 壓力類儀表

在壓力、差壓類信號(hào)的測(cè)量管路安裝設(shè)計(jì)中，隔離器得到了廣泛使用，它使得腐蝕性介質(zhì)免于直接進(jìn)入儀表。不過(guò)隔離器雖然解決了防腐問(wèn)題，但由于需要填充隔離液，使用一段時(shí)間后要補(bǔ)充或更換隔離液，而且存在著隔離液的泄漏等問(wèn)題，因此壓力類儀表可選用帶不銹鋼膜盒的隔膜壓力表和隔膜壓力類變送器(法蘭連接 ) [4] 。

2.3 流量液位類儀表

對(duì)于熱二次風(fēng)流量 ( 工藝管道材料 ：Corten鋼 ) 和 煙 氣 流 量 測(cè) 量 ( 工 藝 管 道 材 料 ：ND鋼 )，可以采用耐鹽霧、耐高溫腐蝕的材料 ( 如S31603)，不需與工藝管道同材質(zhì)。

與海水直接接觸的流量測(cè)量元件，一般采用電磁流量計(jì)。

在液位測(cè)量?jī)x表選型中，儀表與海水接觸部分的材質(zhì)選擇可以采用 S31603、PTFE、PVC等防腐材料。特別的，測(cè)量具有腐蝕介質(zhì)的液( 料 ) 位，通常使用非接觸式液 ( 料 ) 位計(jì)，如超聲波液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)等。

2.4 取樣導(dǎo)管及閥門(mén)

儀表管路材料的選擇存在以下難點(diǎn) ：

1) 鈦管價(jià)格相對(duì)昂貴，不適合大規(guī)模使用。

2) 熱控儀表導(dǎo)管布局分散，不適合采用陰極保護(hù)等措施。

3) 非金屬材料如 HDPE、GRP 等如需加工至小口徑，操作難度增加，且現(xiàn)場(chǎng)不易靈活安裝。

由此可見(jiàn)，熱控專業(yè)儀表管路及相應(yīng)設(shè)備應(yīng)該盡量選擇管材本質(zhì)防腐并且經(jīng)濟(jì)適用的材料。

對(duì)于接觸海水的儀表導(dǎo)管和閥門(mén)，測(cè)量靜態(tài)海水介質(zhì)可以選用 S31603 或者 PVC ( 用于微壓工況，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不多 ) 材質(zhì)。測(cè)量具有一定流速海水時(shí)，為了提高耐磨損腐蝕，同循環(huán)海水接觸的儀表導(dǎo)管采用雙相不銹鋼或者鈦合金( 盡量與工藝管道或設(shè)備同材質(zhì) )，閥門(mén)可以采用耐海水腐蝕性更好的 B10 銅鎳合金，以延長(zhǎng)使用年限。

對(duì)于其他非接觸海水的儀表閥門(mén)，根據(jù)介質(zhì)工況確定采用 S30403 或硬質(zhì)合金材質(zhì)，以滿足鹽霧腐蝕的防護(hù)要求。壓縮空氣管路不接觸海水，但要注意防止鹽霧腐蝕，可以采用鍍鋅碳鋼、PVC 材料，儀用壓縮空氣管路要求采用不銹鋼管 ( 紫銅管不耐鹽霧腐蝕 )。

3　儀表安裝設(shè)計(jì)

3.1 儀表安裝材料的防腐措施

與海水接觸的取樣管、儀表導(dǎo)管和儀表閥門(mén)等，采用耐海水腐蝕的材料 ( 例如鈦合金、銅或者雙相不銹鋼 )。

一 般 室 內(nèi) 儀 表 材 質(zhì) 防 腐 性 能 不 低 于S30403，室外儀表安裝在儀表保護(hù)箱內(nèi)，儀表材質(zhì)防腐性能不低于 S31603。儀表導(dǎo)管可以采用加厚不銹鋼或鍍鋅鋼管并涂防銹漆。

3.2 取樣安裝

儀表管路的設(shè)計(jì)一般是由設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)規(guī)格及數(shù)量，再由施工單位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管道開(kāi)孔取源，完成后續(xù)安裝。儀表導(dǎo)管采用不銹鋼或者鈦合金等金屬材質(zhì)，具有良好的可塑性，現(xiàn)場(chǎng)可以隨意進(jìn)行彎曲，定型。工藝管道的構(gòu)成則較為復(fù)雜，儀表安裝的難點(diǎn)就在于如何在工藝管道取樣安裝。對(duì)于鋼襯塑管，采取開(kāi)孔后補(bǔ)膠的辦法 ( 推薦工藝配管完成 ) 或者預(yù)留 DN50 的標(biāo)準(zhǔn)法蘭接口 ；對(duì)于 HDPE 或 GRP 管材，采取將管道的盲板換為 S31603 材質(zhì)后開(kāi)孔取壓或者預(yù)留 DN50的標(biāo)準(zhǔn)法蘭接口。

循環(huán)水儀表控制系統(tǒng)壓力取樣管、測(cè)溫元件接管座 ( 保護(hù)管 ) 在工藝管道上固定安裝時(shí)，需要根據(jù)供水、熱機(jī)海水循環(huán)管道材質(zhì)不同而選擇匹配的安裝方式，提前進(jìn)行配合，盡量利用設(shè)備本體或進(jìn)、出口預(yù)留的金屬管道 ( 地面以上 ) 用于儀表安裝。特別是 GRP 材質(zhì) ( 一般用于平均內(nèi)徑 600 mm 以上管道 )，由于海外工程缺少熔接設(shè)備和工藝要求較高，設(shè)計(jì)時(shí)需要明確各個(gè)儀表的安裝條件是否得到滿足。

委內(nèi)瑞拉工程循環(huán)水泵至液控蝶閥、循環(huán)水電動(dòng)蝶閥與凝汽器之間的管道材質(zhì)采用耐腐鋼 (10CrMoAl)，滿足測(cè)溫元件鈦合金保護(hù)管進(jìn)行焊接的安裝要求。因此，溫度元件接管座 ( 保護(hù)管 ) 安裝方式同典型設(shè)計(jì)，注意固定座焊縫隙電偶腐蝕的防護(hù)即可。

3.3 非金屬管道取樣安裝

在設(shè)計(jì)階段，循環(huán)水儀表壓力取樣管在工藝管道固定安裝時(shí)，設(shè)計(jì)院需要根據(jù)海水循環(huán)管道材質(zhì)不同選擇匹配的安裝方式，提前進(jìn)行配合，盡量利用設(shè)備本體或進(jìn)、出口預(yù)留的金屬管道 ( 地面以上 ) 用于儀表安裝。

在主廠房開(kāi)式冷卻水系統(tǒng)管道材質(zhì)采用HDPE 后，配合工藝專業(yè)進(jìn)行配管設(shè)計(jì)，針對(duì)需要安裝儀表的位置增加變徑三通，預(yù)留 DN50的標(biāo)準(zhǔn)法蘭接口[5] ，由廠家配供與固定側(cè)工藝管道材質(zhì)相匹配的成對(duì)法蘭，見(jiàn)圖 1。這樣不僅大大減少了施工單位的施工難度，還避免出現(xiàn)材料短缺或是浪費(fèi)。

5　結(jié)語(yǔ)

因標(biāo)準(zhǔn)差異、能源差異、約旦電網(wǎng)和電廠運(yùn)維環(huán)境現(xiàn)狀，又無(wú)成熟常態(tài)工程可供參考，初步設(shè)計(jì)階段的工藝提資限制，導(dǎo)致該油頁(yè)巖電站項(xiàng)目前期預(yù)控有較大難度，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)和國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)便于執(zhí)行的條文要求完成初設(shè)的前期控制，得到以下結(jié)論 ：

1) 招標(biāo)圖紙一般以已建電廠為參考，坑口式油頁(yè)巖電站因增加油頁(yè)巖處理、礦井區(qū)等工藝負(fù)荷，整廠配電負(fù)荷遠(yuǎn)大于常規(guī)燃煤機(jī)組，因此，參考已建電廠會(huì)導(dǎo)致預(yù)估不精準(zhǔn)。

2) 貯灰場(chǎng)、備件倉(cāng)庫(kù)，以油頁(yè)巖為典型參考招標(biāo)預(yù)估不精準(zhǔn)。

3) 在 項(xiàng) 目 執(zhí) 行 中， 主 機(jī) 組 部 分 ：機(jī) 組110 V、機(jī)組 220 V 的招標(biāo)總?cè)萘吭黾?2 400 Ah，造價(jià)增加 20.8 萬(wàn)元，有效填補(bǔ)了設(shè)計(jì)缺口 ；雜散部分 ：貯灰場(chǎng) 110 V、備件倉(cāng)庫(kù) 110 V 的招標(biāo)總?cè)萘繙p少 200 Ah，造價(jià)減少近 2 萬(wàn)元，有效剔除了設(shè)計(jì)冗余，強(qiáng)化了設(shè)計(jì)的可靠性。

4) 考慮約旦電網(wǎng)環(huán)境、約旦本國(guó)運(yùn)維環(huán)境及直流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性，該項(xiàng)目以單體蓄電池事故放電末期終止電壓作為容量核算參量，這對(duì)一些電網(wǎng)結(jié)構(gòu)弱、本土電廠運(yùn)維資源貧乏的電廠建設(shè)項(xiàng)目具有指導(dǎo)意義。

本文通過(guò)在蓄電池組招標(biāo)選型之前對(duì)于設(shè)計(jì)提資、設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行核算，有效去掉設(shè)計(jì)冗余、填補(bǔ)設(shè)計(jì)缺口，同時(shí)跟蹤和總結(jié)工程設(shè)計(jì)、蓄電池組制造等環(huán)節(jié)存在的一些現(xiàn)狀問(wèn)題，供后繼同類項(xiàng)目參考。

 

 

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