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    冷卻塔施工

    水電廠冷卻塔結構防腐技術

    文章來源:宏亞高空時間:2019-07-31
    1 引言
    水利發電逐漸成為我國南方主要發電方式,水電站建在河水交匯處,河水鹽分較大,對冷卻塔結構腐蝕性強。為了保證水工結構使用壽命,對其冷卻塔等水工結構采取防腐技術措施。選擇何種防腐方案取決于工程投資與防腐效果的考慮。影響冷卻塔結構銹蝕的因素較多,其防腐主要從兩個方面入手:內因提高、抑制外因。提高內因主要是改善鋼筋混凝土性能,提升其防腐能力,延長使用壽命。抑制外因主要是在水工結構表面噴涂防腐漆料,降低銹蝕因素影響。文章以新疆烏魯木齊市A發電廠冷卻塔為例研究防腐技術,該水電站設有3個1 200 MW等級超臨界燃煤機組與3座冷卻塔。冷卻塔所處河水水質指標檢測數據見表1。
    2 水工結構腐蝕機理
    水利工程結構腐蝕主要因河水含有少量鹽類與氯化物。重點是硫酸鹽侵蝕水泥與骨料,氯化物對鋼結構與鋼構件影響大。新疆烏魯木齊市A發電廠河水循環冷卻水濃縮倍率約達2.25,這樣使得水體內鹽類與氯化物濃度增長幅度巨大,使得冷卻塔的腐蝕環境加劇。冷卻水塔混凝土的腐蝕分為兩個部分:鋼筋腐蝕與混凝土腐蝕。鋼筋鈍化膜破壞誘發鋼筋銹蝕,而鋼筋銹蝕導致并不斷加劇混凝土結構耐久性退化。冷卻塔混凝土的腐蝕影響因素涉及到以下5個方面。
    2.1 碳化作用
    混凝土呈現堿性,其PH值范圍12.30~3.60,鋼筋處在堿性環境下構成約50 um厚度的致密共格結構薄膜,將包裹鋼筋,不與氧氣接觸發生化學反應。不僅如此該薄膜還能避免鋼筋內部產生腐蝕電流,延長鋼筋使用壽命。若水體內的二氧化碳氣體滲透入混凝土中,接觸內部堿性物質發生化學反應生成碳酸鹽與水,從而混凝土堿度減小,該過程為混凝土碳化。
    當許多碳酸鹽的生成,混凝土堿性環境減弱,趨向于中性環境。若PH值﹥9后,鋼筋表面薄膜不斷減少,鋼筋出現銹蝕現象。
    影響混凝土碳化過程的因素涉及面十分廣泛,涉及到混凝土質量、密實度、鋼筋表面薄膜厚度、水體內二氧化碳濃度等。
    2.2 氯離子影響
    作為冷卻塔鋼筋銹蝕的主要因素,氯離子歷經擴散、毛細管、滲透,電化學遷移等過程侵入混凝土,對鋼筋產生銹蝕。氯離子侵蝕鋼筋表面鈍化膜使鋼筋鐵基體暴漏。構成電位差,鐵基體充當陽極發生腐蝕,形成腐蝕電流,循環加速鋼筋腐蝕。若循環冷卻水內氯離子濃度超過0.16%,冷卻塔鋼筋開始發生銹蝕,并且銹蝕速度與氯離子濃度呈正相關關系。A發電站循環水濃縮河水濃度高達4%,遠大于鋼筋發生銹蝕的閾值,氯離子侵蝕非常嚴重。
    2.3 硫酸根離子影響
    硫酸根離子侵入混凝土和氫氧化鈣反應,形成硫酸鈣。若硫酸根離子含量超過5 500 mg/L,形成的硫酸鈣呈現晶體,其體積變成非晶體狀態下的1.25 倍。若硫酸根離子含量處于1 200 mg/L以下水平時,硫酸鈣和水泥熟料礦物發生水化鋁酸鈣作用,形成鈣石,其體積增大0.50~1.50倍。大量晶體充斥在混凝土內部,誘使混凝土膨脹或形成裂縫。
    2.4 微生物作用
    微生物作用其實是酸化影響,水內含有大量硫酸鹽菌,經過生長繁殖代謝等過程最終形成硫酸根離子腐蝕。
    2.5 凍融循環影響
    混凝土以毛細多孔形態存在,受到周圍環境溫度的影響,混凝土內飽和水不斷進行循環:結冰膨脹,融冰收縮。當結冰膨脹時混凝土內部形成張力,誘發混凝土產生裂縫,脫落??偨Y上述5個方面的影響因素及腐蝕機理,不難得出在眾多因素共同作用下冷卻塔混凝土腐蝕,其中碳化作用、氯離子侵蝕與硫酸根離子影響是重要因素,碳化與氯離子共同作用大于上述5中影響因素中任何一種作用。
    3 混凝土結構防腐研究
    雖然冷卻水塔腐蝕環境多變,但只要采取合理的防腐措施與技術,可以延緩腐蝕速度,延長結構使用壽命。冷卻塔混凝土結構防腐技術大致分為兩個部分:基礎措施,主要提高內因,選擇高性能混凝土或耐硫酸鹽混凝土;額外措施,即削弱外因,可選擇在混凝土表面涂防腐漆料。
    依據前人研究成果及實踐效果,在混凝土表面噴涂防腐漆料不僅能夠符合冷卻塔結構安全與防腐標準,而且能節約資金,具有良好的性價比。除此之外,在混凝土表面噴涂防腐漆料可以簡化施工程序,有效避免各種鹽類與氯化物,硫酸根離子進入混凝土內部,延緩并避免混凝土破壞與鋼筋銹蝕,大大增強混凝土結構的耐久性。
    4 混凝土防腐漆料性能
    冷卻塔長年位于高鹽水體中,防腐漆料不僅要很好與混凝土表面粘合,還要具有耐水、耐鹽、抗酸堿、防氯離子入侵、抗沖磨與抗老化等能力,并且要保證不與水處理劑發生任何化學反應。冷卻塔防腐漆料體系的設計必須選擇技術先進可獲取的方案,施工簡單同時具備多次噴涂。防腐方案必須能夠免維修,其試用壽命盡量長。不僅如此,盡量降低運營時期停機維修時間,減少維修資金,提升經濟效益。
    5 防腐方案確定與可行性分析
    5.1 防腐方案確定混凝土表面噴涂防腐漆料依據化學組成劃分成無機類與有機類。無機類主要指聚合物水泥砂漿,起到封閉與強化作用。有機類主要指各類聚合物涂裝體系。A發電廠共有3臺1 200 MW等級超臨界燃煤機組,與之對應3座淋水面積達15 000 m2,高度達175.86 m的冷卻塔,每個
    冷卻塔防腐面積約14.70萬m2冷卻水濃縮倍率達2.25。按照各自的腐蝕難易及水環境,冷卻塔表面可劃分兩個部分:混凝土表濕區,混凝土表干區。具體防腐方案如表2所示。工程預算整理匯總成表3。
    5.2 可行性分析
    通過表3中數據可知,無機礦物與有機涂料防腐方案資金投入遠遠高出有機涂料防腐方案。本著資金投入少的原則,A水電站冷卻塔混凝土防腐漆料體系選擇有機涂料作為防腐漆料。重點從5個方面分析有機涂料能否具有可實施性。
    5.2.1 黏著能力
    有機防腐漆料體系中的環氧樹脂底層漆料遇上固化劑發生反應,生成交聯聚合物網絡結構。該結構能夠與混凝土基材緊密黏著。借助拉開法進行黏著力試驗,實測出5個混凝土防腐漆料試驗性能,具體數據如表4,黏著力集中在4.25~6.06MPa范圍內,符合相關規范規定的1.80 MPa底限值。
    5.2.2 耐氯離子滲透能力
    依據相關技術規范對5個有機防腐漆料樣本進行試驗檢測漆料耐氯離子滲透性能。在31 d 時檢測未發現氯離子侵入。冷卻塔混凝土選擇噴涂有機防腐漆料30 d混凝土氯離子滲透能力減小97%左右。通過試驗可知有機防腐漆料具有很強的耐氯離子滲透性能,避免冷卻塔因氯離子侵入造成鋼筋與
    混凝土銹蝕現象發生。
    5.2.3 抗老化能力
    對有機防腐漆料依照相關技術規范進行老化試驗,經過600 h后完成等級評定,得到體系中A、B、E抗老化能力較高,體系中B與D抗老化能力較低,其中聚氨酯漆料抗老化能力最好。
    5.2.4 抗鹽能力
    對有機防腐漆料依照相關技術規范進行抗鹽能力試驗,經過150 d后各有機防腐漆料試驗樣本為出現起皮、起泡現象,均具有較好的抗鹽能力
    5.2.5 抗堿酸能力
    對有機防腐漆料依照相關技術規范進行抗堿酸能力試驗,有機漆料成膜快,膜質地緊實,均具有較好的抗堿酸能力。
    6 防腐技術應用
    依據試驗研究,可以選擇有機防腐漆料方案應用于冷卻塔混凝土結構,并且具有一定的經濟效益。2015 年8 月,新疆A 發電廠冷卻塔防腐漆料施工結束,經相關質檢部門檢測,各項指標均達到相應規范要求,2015年11月正式投入運營。2017 年5 月份發電廠停機檢修,對冷卻塔防腐檢測,未
    發現異常。
    7 結論
    為研究冷卻塔結構防腐技術,選取新疆A水電廠3個冷卻塔為研究對象。冷卻塔結構發生銹蝕主要受到碳化作用、氯離子、硫酸根離子、微生物、凍融循環等5方面影響,并分析各自具體影響機理。針對上述5個影響因素,經過工程預算最終確定選擇有機物防腐漆料方案。為了探究該防腐方案能否在工程實踐中應用,分別從5個影響因素入手分析,驗證方案可行性。工程實踐檢測防腐效果良好,為水利工程中鋼筋混凝土結構防腐技術提供了參考。

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