滨海电厂范文（精选6篇）
滨海电厂 第1篇
当前我国核电厂址基本都集中在基岩的区域,为满足核电快速发展的要求,加快厂址资源储备,在非岩石地区开展核电选址工作已迫在眉睫[1]。设计上目前一般将主厂区布置在基岩区,而通过土石方场地平整为核电机组建设提供生产、施工、安装、检修和生活设施所必须的场地[2],部分BOP厂房、进厂公路、施工准备区、办公生活及辅助设施区等可能位于软土、人工填土区域,需针对不同子项的具体要求、地质情况采取相应的处理措施和解决方案。
2 海底淤泥的处理
建设场地的形成一般需进行开山、填海,而在填海前为减少后续建(构)筑物地基处理的难度,视不同情况采用清淤[3]或排水固结法对海底淤泥进行处理后再行回填。将海底淤泥最大限度地清除的方法称为清淤法,具体有采用挖泥、重力挤淤、爆炸挤淤等方法;排水固结法一般有堆载预压、真空预压或真空联合堆载预压,其处理周期较长。
2.1 挖泥
挖泥一般用船将采用抓斗式挖泥船或耙吸式抽泥船挖出的淤泥运往航道部门指定的抛泥地点,该法适用于淤泥的厚度不太大能全部清除的情形,由于环保需求,通常与吹淤回填结合使用。
2.2 重力挤淤
重力挤淤适用于无需将淤泥全部清除的情形。挤淤的厚度与下部淤泥的流动性和上部填石层的一次堆填厚度有关,淤泥在回填石重力的作用下会发生破坏和流动,随着堆填和挤淤的向前推进,填石层下部的淤泥厚度变小或清除,从而达到清淤的效果;而堆填区前缘的淤泥厚度会逐渐变大,挤淤效果会逐渐降低,当挤出淤泥达到一定厚度时,可以采用陆地挖泥的办法将淤泥挖走。
2.3 爆炸挤淤
核电工程中爆炸挤淤多用于防波堤、护岸等海工工程[4~7],将其引入作为一种有效的场平清淤方法,可大幅减少后期建(构)筑物的地基处理费用。适用的软土厚度宜为4m~12m,厚度小于4m的工程可与自重挤淤、强夯挤淤比较,而厚度大于12m的工程可与部分清淤、排水固结等比较后择优选用[8]。核电厂在前期开展“场地平整”设计阶段时,往往项目可研工作还正在进行之中,核岛采用的机型不能确定,工艺布置方案等通常都未最终审查确定[9],厂区、厂房的布置均未明确,对于后期可能采用桩基的厂房地基,施工中需严格控制回填块石的粒径,大于30cm的大块石应严禁采用,以减少后期的桩基施工难度。
2.4 排水固结
在场地使用进度许可的条件下,采用排水固结方法可减少清淤法带来的环境影响。该法包括排水通道和加压系统,排水通道一般采用塑料排水板或袋装砂井,加压系统通过堆载预压、真空预压或真空联合堆载预压法加快土中水分的固结速率。由于所需形成的场地较大,往往进行分区处理,在工程实施中需注意场地分区处理中泥面标高不同引起水平排水通道不畅的问题。
3 场地推填
开挖、推填是开山填海工程中同步进行的主要工作,是一项系统工程,需进行合理设计、精心策划和统筹安排。由于地形地貌、水深、波浪、潮流、岩土性质、取排水方案、总图布置及土石方平衡状况的不同,一般填海方案大致分为干填法、吹填法和干湿结合法。
滨海核电厂场地的形成常采用干湿结合的开敞式的处理方案,相对于先做施工围堰抽干海水再回填的干施工方案,在经济上和工期上有巨大的优势[10],场平施工时结合后期建设中有干施工需求的区域采用干填法或在后期该区域建(构)筑物施工时设置必要的防水围堰。
吹填法利用附近的淤泥、泥砂作为吹填料吹填到回填区,往往与疏浚、清淤工程相结合。大面积的吹淤回填需要采用围堰将吹填区域分割为多个区域进行分区回填、处理,吹填的高度一般应高出海水面,以便吹填后的地基处理。吹淤回填的泥水混合物经过泥水分离沉淀所形成的淤泥含水量高、强度低,吹填后形成的陆地不能直接作为建设场地,一般采用排水固结法进行地基处理。
4 推填层及加载层的夯实
开挖、推填应与推填区的地基处理和基础设计方案统筹考虑,规格石料主要用于修筑防波堤、护岸等,余下的开山石、土料主要用于场地回填,设桩基础的厂房对应建设区域的回填与爆炸挤淤一样需注意块石粒径的控制。填料的处理一般采用分层碾压或强夯处理,分层碾压由于施工质量难以控制,容易影响回填工期,且对于粒径较大的爆破碎石填料,一般不宜采用;对于大面积的厚层填土或较大粒径的填石层,从施工进度和处理效果方面综合考虑,强夯法是一种行之有效、较为理想的方法。早在20世纪70年代中期,强夯法处理填海地基获得成功,为我国广大沿海地基进行填海造地工程提供了经济有效的地基处理方法和经验[11]。在工程实践中,根据处理厚度、处理后承载力与变形要求的不同,往往采用不同的夯击能进行分层强夯,结合各厂房的具体要求及处理效果选择结构的具体基础形式。经爆破挤淤法处理后的回填料在多次爆破震动作用下已基本完成自身密实沉降[8],但在深厚淤泥中爆破挤淤主要用于海域中形成陆域,所形成陆域之上的推填层与自重挤淤的回填层一样采用强夯法来加强密实度。
静力排水固结法的加压系统通常采用分层堆载预压,受现场土石方平衡进度影响,加载层在堆载过程中往往没条件进行分层碾压或夯实,不能有效消除回填料自身的密实沉降。因此,实际工程中引入结合传统的强夯法和静力排水固结法的动静力排水固结法,利用强夯能量作用在土体中重塑土体结构并将其压密,同时排水板可以提供良好的排水通道,使部分难以排水的土体能够顺利排水固结,加速排水板处理的固结速率[12],缩短土体的固结时间。该法具有处理质量好、投资低、工期短的特点,考虑深层土体的孔隙水压力消散需要一定时间,在施工中一定要合理地安排各遍夯击的时间间隔,以确保土体排水固结及强度的提高,在正确掌握该法的施工工艺基础上可获得较好的处理效果[13]。
5 局部特殊区域的处理
由于前期场平进度的需求,可能存在局部区域的海底淤泥或纳泥区未经任何处理就推填成形的情况,为减少该类区域的处理难度并降低处理费用,需结合推填层及加载层的强夯寻求更为简便、经济的处理方法。
一般认为强夯特别适合于粗颗粒非饱和土,含水量不大的杂填土与湿陷性黄土;低饱和黏性土与粉土也可采用;饱和软黏土地基中夹有多层粉砂或采用在夯坑中回填块石、碎砾石、卵石等粒料进行强夯置可以采用,但必须通过试夯验证合理性;对于软黏土,由于渗透性差,土体内的水排出困难,工程标准中明确规定不宜采用或不能采用。常用的强夯碎石墩处治软基融合了多种地基加固方法,其加固原理相当于强夯(加密)+碎石墩+特大直径排水井,三者相辅相成,墩间和墩下的粉土或黏性土通过排水与加密,其密度及状态可以改善[14]。理论上软土在重锤夯击作用下将土的结构破坏,在夯点周围出现径向裂隙,形成软土中孔隙水的渗透通道,为超静水压力的消散创造了条件,相当大的夯击功能瞬间转化为土体的压缩变形,随着夯击能的积累,土体的强度获得提高[15]。实际上,软黏土地基上强夯失败的原因主要在于强夯工艺导致孔隙水难以在短时间内消散,甚至可能大幅度地降低软土层的结构强度与渗透性。有研究表明,采用适应软黏土地基的“先轻后重、逐级加能、少击多遍、逐层加固”的夯击方式,确立以不破坏土体宏观结构为原则的收锤标准,能够有效抑制孔压上升,加速孔压消散,防止土体液化,增强强夯效果。施工一开始先以较小的夯击能将浅层土率先排水固结,使其强度增长,在表层形成“硬壳层”后可分级加大夯击能量,使动能向深层传递,促使深层软黏土排水固结[16]。采用此种强夯工艺具有费用低、进度快、工后沉降小的特点,在整体场平完成后,尤其是对地基沉降要求不高的子项(如厂区道路、施工准备区)是一种行之有效的地基处理方法。
6 工程实例
宁德核电厂的核岛厂房和常规岛厂房位于过境岛山体开挖形成的基岩区域,大部分BOP子项位于过境岛周边的回填区,近半子项位于需进行回填海域而形成的场地。针对不同区域的地质情况及建(构)筑物的要求不同,其填海区地基处理方案主要有:挖泥船水下清淤+分级填石+强夯、爆炸挤淤+分级填石+强夯、塑料排水板+土工布及土工格栅+分级堆载预压三种。水下部分采用开山石回填,水上部分采用土夹石回填,填料未经级配,粒径大小不等,场平标高与淤泥底部的最大高差达37.8m,最大回填厚度达21.5m。分区验收检测结果表明,生产区的地基承载力大于200kPa,压缩模量大于10MPa,测点位的地基加固深为13.40m~14.30m,各项指标均达到设计要求[10]。动静力排水固结法在部分生产临建区应用结果表明该法是解决静力排水固结处理效果欠佳的有效手段。基于法规要求,核电厂对外应设置与厂区主入口不同方向的对外应急通道[2,17],宁德工程中设2条进厂公路,其中一条公路兼做施工进厂道路。公路的设计与一般公路在设计要求上没有本质不同,施工进厂道路主要采用松木桩复合地基[18]及反压护道,另一条专用进厂公路中采用PTC桩复合地基、堆载预压及真空堆载预压法进行地基处理。
摘要：滨海核电厂的建设场地通常需进行开挖山体、填海造陆。通过对海底淤泥处理、场地推填、夯实、局部特殊区域处理的介绍,结合宁德核电厂的具体应用实例对适用于滨海核电厂的地基处理方案进行了总结,为同类工程提供借鉴。
滨海电厂 第2篇
采用直流冷却供水方式的滨海火力电厂和核电厂,一般都设有排水虹吸井,利用虹吸作用以降低循环水泵扬程。在实际工程应用中,虹吸井多采用薄壁堰、实用工程堰或宽顶堰溢流排水,这些普通的虹吸井溢流堰在运行中容易使电厂循环水排水系统产生不易溃灭的泡沫,造成一定程度的视觉污染。虹吸井泡沫已成为滨海电厂运行中的一种普遍现象,对电厂海域环境有一定的影响。为消除循环水排水泡沫的感官影响,一些电厂在循环水排水系统中投加消泡剂,不但增加了电厂的运行费用,同时消泡剂又会对海域环境产生二次污染,不利于海域环境的保护。因此,分析滨海电厂虹吸井泡沫的产生原因,采取合理的抑制和消除措施,对电厂的运行和环境保护,有着重要的意义。
2、循环水排水系统泡沫的成因
为维持循环水系统的虹吸作用,虹吸井溢流堰顶的水位需保持在一定高度。由于虹吸井溢流堰的这种壅水效应,导致循环冷却水排水与下游水体存在一定落差,循环冷却水经虹吸井溢流堰和排水口跌落后与下游水体发生猛烈碰撞产生水跃,当厂址标高较高时,此现象更为明显。由于水流的紊动作用,在水跃表层产生无数的大小漩涡,水面剧烈波动继而破碎形成大量水滴。水滴重返水体过程中,带入大量空气,发生掺气现象。水跃消能的剧烈卷吸掺气是产生小水滴、盐雾和泡沫的基本因素。
为防止海生物附着在冷却水系统管路,一般滨海电厂的循环冷却水系统都会投加药品进行处理,其中以加氯(如次氯酸钠)最为普遍。海生物残体和次氯酸钠等物质,会改变水体的黏性、表面张力等物理性质,致使水体中产生的气泡上升至水面后不易溃灭而聚集成泡沫。因此,水流掺气是泡沫产生的必要条件,而海水水质则是泡沫长时间不易溃灭消散的充分条件。
3、循环水排水泡沫消除的技术路线
排水口水流的产泡量与掺气量直接相关,而掺气量主要取决于两方面因素:排水口的进气量以及水流的紊动动量。为避免循环水排水泡沫的产生,主要在于选取合适的消能工。一般水工消能设施多用外消能工,如利用水跃消能、水垫塘消能、旋流消能等。这些消能工在消能过程中都将掺入大量空气,且掺气量愈多消能效果越好。然而,因为气泡形成的重要原因是空气的掺入,电厂排水的“消泡”则要求掺气量愈少愈好。基于泡沫的成因,虹吸井消泡工程措施的技术路线需体现在减小或消除循环水排水系统中的水体掺气现象。循环水系统中水体掺气主要发生在虹吸井溢流堰后高速跌落的下游水体中。在虹吸井中采取合适的消能工,利用水流对撞达到充分消能,有效减少堰后水跃卷吸掺气,可达到抑制和消除泡沫的目的。
4、常用的消泡方案及消泡效果评价
随着我国对环保问题的重视程度不断提高,滨海电厂虹吸井排水泡沫的问题越来越引起重视。多个已投入运行的滨海电厂对虹吸井进行改造,以减小和消除排水泡沫的产生。一些新建滨海电厂也考虑在虹吸井中设置减小和消除泡沫产生的工程设施。常用的消泡方案有下列几种。
4.1 挡泡墙
该方案即在循环水系统泡沫产生处设置挡墙,拦截泡沫。一般泡沫多产生在虹吸井溢流堰后或排水口处。挡泡墙方案即在流道出口设置挡墙,使漂浮在溢流堰后的泡沫被挡泡墙拦截,水流从挡泡墙下部孔口进入排水箱涵。该方案通过拦截泡沫实现排水泡沫不向外海扩散的目的,被拦截的泡沫需经过比较长的时间才会在挡泡墙前溃灭。该方案不能从根本上消除泡沫的产生,不能治本,一般只作为消泡方案的辅助措施。
4.2 压力导流箱涵
导流箱涵消泡方案即在溢流堰或者排水口处设置导流箱涵,将原来水流下泄流道改为双层流道。下泄的水流大部分由导流箱涵虹吸出流,少量由箱涵顶部自由出流。在导流箱涵顶部,通常设有一定数量的窄缝,使水流从下层压力流道朝上垂向喷出,形成垂向柔性水幕拦截气泡。为保证消能效果,采用此方案时通常会在导流箱涵底部设置淹没式消力墩。
导流箱涵方案是目前国内应用比较多的消泡方案,大亚湾核电站、岭澳核电站二期工程、红沿河核电一期工程的虹吸井、钦州燃煤电厂排水口均采用此类方案作为消能消泡的手段。该方案的设计思想主要为分层出流、隔断空气。该方案利用导流箱涵将虹吸井溢流堰堰面分隔成两个流道,其中下层流道为主流道,上层流道为辅助流道。
主流道和辅助流道的流量比是导流箱涵设计的关键,需根据厂址处的潮位条件和虹吸井的设计流量通过试验确定。流量比设置不合理,会导致在高潮位时辅助流道过流量大,低潮位时主流道不能形成满流,从而引起高、低潮位均发生掺气现象,影响导流箱涵的消泡效果。为强化虹吸井的消能效果,采用导流箱涵方案时,通常还需在箱涵内还会设置消力坎、窄缝等辅助消能措施。
4.3 正反斜板堆
正反斜板堆是将长度与虹吸井宽度相等的条形板料分层排列,每层似百叶窗条排列状。相邻层的板条倾斜角度正相反,成90°正交态。最上层条板倾斜角度顺应水舌下落倾角,可顺势引导水流进入第二层。第二层板迎对来流,水流与其相撞后即刻沿板面分裂成两股,向斜上方第一层板和斜下方第三层板冲击;再被第一层板挡回,被第三层板再分裂成正、反向两股。如此撞击和分裂下去,其能量即可迅速消减。各层斜板的交错排列位置和其正交倾斜度使得水舌无法直落到井底。因此,即使是最低水位的大落差,水舌激起的气泡群也难以穿透斜板堆。紧靠正反斜板堆的下游设置胸墙,其胸墙底面标高与虹吸井出水涵管顶边内表面标高齐平,即水流通道高度不低于涵管通道高。胸墙的作用有二:一是将第一层斜板溅出的水流挡回;二是尽量减小胸墙上游水室生成的泡沫进入虹吸井下游。
正反斜板堆的设计思想主要是考虑水流对撞内消能,避免水流直接下跌,减弱水流对下游水体的搅动掺气。水流沿上层斜板下泄时,可以形成水帘掩护下层斜板,减小下层斜板表面掺气程度。
各方案的优缺点如表1。
5、问题与建议
玻璃钢管在滨海电厂中的应用及研究 第3篇
关键词：玻璃钢管,电厂,应用
玻璃钢是以玻璃纤维或其制品作增强材料的一种复合材料。
玻璃钢管以其独具的强耐腐蚀性能、内表面光滑、输送能耗低、使用寿命长 (在50年以上) 、运输安装方便、维护成本低及综合造价低等诸多优势在各行业取得了广泛的应用。
由于淡水资源缺乏, 滨海电厂一般采用海水作为循环冷却水, 而海水具有较强的腐蚀性。玻璃钢管在海水管线上得到了广泛的应用。
1 玻璃钢产品性能参数
1.1 玻璃钢管的概述
玻璃钢管主要高分子成分的不饱和聚脂树脂、环氧树脂等为基体材料, 以石英砂及碳酸钙等无机非金属颗粒材料为填料作为主要原料。它具有以下特点 (1) 耐腐蚀性能好。 (2) 抗老化性能和耐热性能好。 (3) 抗冻性能好。 (4) 重量轻、强度高、运输方便。 (5) 水力条件好。 (6) 可设计性好。 (7) 维护成本低。 (8) 耐磨性好。 (9) 电热绝缘性好。 (10) 摩擦阻力小输送能力高等特点。
1.2 玻璃钢管的原材料
玻璃钢管的原材料分为基体材料和增强材料。
1.2.1 基体材料
基体材料为树脂, 树脂种类繁多, 应用于玻璃钢制造的为不饱和聚酯树脂。
不饱和聚酯树脂最大的优点是可以在室温下固化, 常压下成型, 工艺性能灵活。耐腐蚀性, 电性能和阻燃性可以通过选择相应的树脂来满足要求。品种多, 适应广泛, 价格较低。缺点是固化时收缩率较大, 贮存期限短, 含苯乙烯, 有刺激性气体, 长期接触对身体健康不利。
迄今, 国内外用作复合材料基体的不饱和聚酯 (树脂) 基体主要是邻苯二甲酸型树脂 (简称邻苯型树脂) 、间苯二甲酸型树脂 (简称间苯型树脂) 、双酚A树脂和乙烯基树脂等。
1.2.2 增强材料
(1) 无碱玻璃纤维表面毡
作为内表层和外保护层增强材料, 使玻璃钢具有较高的含胶量, 使制品具有好的耐介质腐蚀和耐土壤环境腐蚀性能。
(2) 无碱针织毡
作为内衬层的增强材料, 使玻璃钢具有较高的含胶量, 起防腐防渗作用。
(3) 无碱玻璃纤维缠绕纱
为结构层增强材料, 对管道的强度和刚度起主要作用。
1.2.3 管道各层用材料及作用
纤维缠绕玻璃钢管道及管件由内向外应分以下几个层次:内表面层、防渗层 (与内表面层一起称为内衬层) 、结构层 (强度层) 、外表面层。
(1) 结构层树脂
选用的间苯型树脂, 特别适用于高机械强度、电绝缘性、高耐热降解, 以及耐化学 (如酸性、中性溶液) 的场合应用, 并具有抗疲劳、寿命长等优点, 对纤维具有优良的渗透和粘结能力, 综合性能优异。
(2) 内衬层树脂及外表面层树脂
选用的乙烯基型树脂, 耐各种酸, 碱, 及溶剂等各种复杂物质, 长期使用温度超过90度以上, 不会因树脂受损而引起破坏。而高延伸率使耐磨性增高, 保证了管道更能耐海水砂砾的冲刷及磨蚀。
1.4 玻璃钢管制造工艺
玻璃钢管制造工艺可分为定长缠绕、连续缠绕和离心浇注。
电厂用玻璃钢管采用定长缠绕工艺制造, 是将连续的玻璃纤维合股纱、粗纱或玻璃布带, 浸渍胶液后, 按照一定规律缠绕到芯模或内衬表面上, 直到所需厚度, 然后经室温固化或加热固化, 脱模后即得到所需制品的工艺方法。
定长缠绕工艺, 设计和生产具有很强的灵活性。施工现场能对玻璃钢管结构做适当调整或采取某些局部补强措施 (如增加管道厚度、增加加强筋高度等) 。
2 玻璃钢管敷设要求
纤维缠绕玻璃钢管属柔性管道, 在埋设安装的条件下, 其承受外载的能力与其周围土壤提供的支撑能力密切相关。埋设深度与管区回填材料的类型、夯实程度 (土壤密度) 、回填土类型、管沟的修筑结构和管材刚度有关。
在管道满足内压的情况下, 大口径玻璃钢管必须选用足够大的刚性环 (加强筋) , 才能首先保证刚性环自身不失稳, 并大幅度提高管体整体刚度, 使得管体变形小。
2.1 管道刚度
玻璃钢管道刚度是管道的抗变形能力的指标。刚度越高, 则管道强度越高, 越不易变形。需要玻璃钢管生产厂家在国家级实验中心里测试出刚度数据。目前工程上均采用10000 N/m2刚度的玻璃钢管。
2.2 连接方式
玻璃钢管道连接采用双O型胶圈密封承插连接或对接粘接, 管道和管件连接采用对接粘接, 也可采用法兰连接。
双O型胶圈密封承插连接为柔性连接, 自身有一定的补偿热变形的能力。承口和插口的尺寸由生产厂的模具和专用加工刀具来保证。优点是安装快, 施工周期短, 不受雨季或空气湿度的影响, 每个接口可单独试压;缺点是柔性连接, 在大角度弯头处产生的推力会拉脱管道, 需要在转角处设置镇墩。对接粘接为刚性连接, 安装灵活, 尤其适用于管道与管件之间的连接;缺点是雨季或湿度过大粘接效果不好, 受气候影响较大, 效率偏低, 成本偏高。
法兰连接用于不同材质的管道连接。
2.3 回填土要求
回填土的类型分为五个组别, 分别是非常稳定的土壤、密实的颗粒状土壤、相对较硬的粘土和相对较差的有机土壤以及细粒土壤等。
2.4 埋设深度
玻璃钢管道的最大埋设深度与管道直径、刚度等级、安装形式和土壤类型有关。
对于有载荷通过的通常推荐最小的埋设深度为1.0米, 施工期在管道安装区域里有大型的超重设备通过, 这种类型的设备会在管道表面产生很高的集中面载荷, 将会根据荷载对管道进行加固。
只要管道的土壤覆盖高度达到管道直径的75%, 就足以克服高地下水位的浮力, 使其不会浮起。
2.5 管底的垫层
管道的垫层要求使用砂子或砾石。在管沟沟底夯实之后再铺设垫层。垫层应夯实到足够密实, 能为管道提供长期稳定的支撑。在管道之间的连接部位, 为便于安装施工操作, 必须超挖一个适当宽度和长度的深沟, 以确保安装过程中, 整个管体底部不得离开管床表面。安装结束后, 再按设计要求回填并夯实接头处的超挖部位。
2.6 管沟回填
管沟回填应在管道连接完成后马上进行, 这样可以防止管道的浮力和热变形的发生, 也可避免管沟侧面回填土的滑移。玻璃钢管的热膨胀系数较大, 安装温度与长时间裸露、曝晒引起的温差变化必然导致明显的热膨胀或收缩, 造成接头处的密封不严。
管区回填材料的正确选择、回填程序与夯实, 对控制管道的径向挠曲是至关重要的。管区应分层回填, 每次回填厚度为150-300mm。逐层夯实回填材料对于管道是否能有足够支撑非常重要。砂质回填材料处于最佳湿度时, 有助于夯实施工。当回填到管顶时, 完工后垂直方向的椭圆变形≤1.5%直径。要充分注意, 不能在管顶上方过分用力夯实, 这会引起管道局部凹凸变形, 但又必须做到管道顶上的覆土不能疏松, 一定要达到规定的密实度。
2.7 玻璃钢管道的试压
管道安装完毕后, 应对管道系统进行压力试验。根据试验的目的, 可以分为检查管道系统机械性能的强度试验和检查管路连接情况的密封性试验。按试验时使用的介质, 可分为水压试验和气压试验。
玻璃钢管道强度试验的压力, 一般为工作压力的1.25倍, 但不得大于工作压力的1.5倍。
3 部分工程玻璃钢管使用情况简介
3.1 印尼A电厂循环水干管采用DN2200玻璃钢管
该工程地质条件较差, 地震烈度高, 地下水位高, 场地土地基承载力差。循环水管地基处理采用换填及碎石桩基础, 管沟回填土为原土。该工程由于地基不均匀沉降导致循环水管破裂, 修复后1台机组只能运行一台循环水泵, 电厂热耗居高不下。
3.2 印尼B电厂循环水干管采用DN2400玻璃钢管
该工程循环水管管廊区多为海边鱼塘回填而成, 地质条件较差, 地震烈度高, 地下水位高, 场地土地基承载力差, 且易液化。循环水管地基处理进行了真空预压。主厂房区域及循环水泵房区域管道基础采用灌注桩基础, 其他区域采用碎石桩基础。并分别在靠近循泵房和固定端90转弯处的DN2400直管段各铺一段对于基础沉降有一定适应能力的短管段, 短管间采用承插接头和O型胶圈密封的柔性连接, 每个承插接头可承受0.50°偏转角度。其他管道连接采用粘接。管沟回填土为原土, 循泵房区域循环水管沟加强回填, 回填土为砂夹石。机组运行后循环水管多处出现漏水, 变形。特别是厂外的循环水泵房区域各种管道出现了严重的漏水和变形。经过内部修复循环水管后循环水系统目前能正常运行。
3.3
印尼C电厂工程地质情况较好, 循环水管地基处理采用天然及碎石桩基础, 管沟回填土为原土。机组运行后循环水管运行情况良好。
4 几个工程玻璃钢管道出现问题原因分析及处理措施
4.1 出现问题管道介绍
以循环水管破损较严重的印尼B工程为例, 分析玻璃钢管破损的原因。循环水管破损简介如下:
管道上部裂口, 可见地下水渗入管道。该破损点位于循环水管基础打桩和未打桩交界处。
管道内壁产生裂块, 该点位于弯头与直管段粘接口边缘。
管道严重变形且管道内壁出现大量轴向裂纹, 竖直方向直径比水平方向直径小几十mm, 且管道内壁表层出现局部脱落, 管道底部标高有明显变化并出现裂口, 管道内部接口附近出现较长明显裂纹 (长达半圈以上) , 管道覆土深度为1.9m。
4.2 管道不同种类的破损原因
4.2.1 由于不均匀沉降产生的破坏。
(1) 设置桩基及未设置桩基的管道交界处产生不均匀沉降, 引起“垂直剪切”引起的破坏。
(2) 管道沿线地基不均匀沉降造成的破坏, 由于地震、地基沉降破坏了管道基础或者使得基础不密实, 以致对管道的支撑减弱或局部变形。
4.2.2 管道严重变形造成的管道破损。
部分管道产生严重变形, 该段管道敷设在桩基承台上, 承载力是满足要求的, 承台的沉降不大且比较均匀的。从此段管道变形为椭圆形来看, 分析破坏原因可能有:
(1) 地面载荷超过设计值。
(2) 管槽回填质量。
(3) 周围地基沉降对管道带来的负摩阻力。
(4) 管道本身强度问题。
4.2.3 管道施工质量的影响。
(1) 管道施工时粘接口对接不到位, 在界面处没有打磨、打磨不到位、浸胶不到位等。
(2) 管槽的砂垫层基础施工未达到设计要求。
4.2.4 地基对管道影响
首先, 从工程地质上分析, 该工程所处场地表层由极其软弱的淤泥及淤泥质粘土组成, 厚度深达3~28m;此软土地基欠固结度高, 地基沉降大, 侧向变形大, 场地稳定性差;而且场地地震设防烈度较高, 属8度强地震区, 工程场地岩土性质恶劣。
其次, 因为地质状况的恶劣造成不能及时进场施工, 工期紧张, 真空预压地基处理的范围、时间及深度不够, 造成局部区域后期沉降差异较大。
在较深较大的构筑物施工当中, 真空预压处理影响范围的土层基本上已经被完全挖除, 施工对土层的扰动很大, 后期沉降也相应很大。循泵房大开挖区域的施工边坡稳定困难, 施工难度很大、必须争分夺秒, 工期紧张, 由此带来的场地回填及循管的回填质量也可能未达到要求。
4.2.5 真空预压的地基处理在有限的时间内完成了大部分的沉降固结 (影响深度约为地面以下6~7m) , 为工程的开展提供了最基本的保障。
但软土地基的沉降固结是一个长时间的范围 (50~100年) , 淤泥层越浅的区域, 沉降固结也完成得越早。随着时间的推移, 工后沉降及软土的固结逐渐完成, 沉降差也会越来越小, 日趋稳定, 由此给循管带来的影响也会越来越小。在机组运行2年多来, 经过大修检查, 循环水管经内部修补后未见有破坏加重的趋势, 循环水系统正常运行。
5 总结及建议
经过以上分析, 玻璃钢管防海水腐蚀效果显著, 且价格有较大优势, 但是在工程中使用出现了或多或少的问题。从多方面提出建议, 以便我们以后能更好的使用玻璃钢管。
5.1
首先从采购上控制, 玻璃钢厂家质量差别较大, 更特别是树脂选用一定要严格把关。强烈建议在以后的工程中加强对招投标过程的管理, 不给以次充好的厂家以市场空间;在制作过程加强监造, 需要在国家有资质的实验室进行检测, 保证玻璃钢管道的刚度等性能达到保证值, 严格规定原材料选用, 请专家到工厂验收等。
5.2
其次在工艺设计中, 慎重选择玻璃钢制品管材, 可以选用PCCP管道 (预应力钢套筒混凝土管) 或者焊接钢管+阴极保护代替玻璃钢制品管道。如采用玻璃钢管, 设计中预留足够的裕度;滨海电厂大多数地质条件较差, 管道穿构筑物处的管道接口以及管道基础型式不同时的管道连接方式需要考虑不同的型式, 以适应地基的不均匀沉降。
5.3
从土建设计上需要考虑严格的地基处理, 管道基础型式选用也要慎重, 最好全线设置桩基础, 从根本上消除地质条件对管道的影响。必要时, 对于循管与不同的桩基础构筑物这些突变段, 因沉降差较大, 宜采用静压注浆进行处理, 加强软土地基的固结, 减少沉降。
5.4
从施工上严格按照设计要求进行开挖回填, 修筑垫层, 分层夯实, 达到设计要求的回填密实度, 施工期间管道要考虑垫枕木等临时加固措施, 不允许超过设计的过重荷载作用于管道上。保证循环水管道的安全性。另外需要进行管道的水压试验, 保证系统的密封性能。
5.5
滨海电厂 第4篇
随着《核电中长期发展规划 (2005-2020年) 》的出台, 我国核电建设驶入了快车道。目前, 我国已建成运行11个反应堆, 总装机容量910万kW;核准在建核电机组24台, 总装机容量2 540万kW, 是目前世界上核电在建规模最大的国家。
上述在役和在建核电厂均为滨海核电厂, 取排水系统是其重要的组成部分, 一般包括取水建筑物、联合泵房、循环水进、排水廊道及排水建筑物等。根据建筑物承担的安全功能及重要程度考虑, 将涉及最终热阱的建筑物划为安全级物项, 如联合泵房, 它不仅要为常规岛提供循环冷却水供水, 还需要为核岛提供安全厂用水。安全级水工建筑物的安全、稳定运行也直接影响着核电厂的安全、经济运行。在滨海核电厂所处的特定环境作用下, 做好水工混凝土结构耐久性设计, 尤其是安全级水工建筑物的耐久性设计, 是保障核电厂安全运行、提高经济效益的重要手段。
1 环境因素对混凝土耐久性的影响
按结构所处环境对钢筋和混凝土材料的腐蚀机理考虑, 可将环境类别划分为5类[1] (见表1) , 而滨海核电厂水工混凝土结构所处环境主要有一般环境、海洋氯化物环境和冻融环境[2]。
1.1 一般环境下混凝土的腐蚀机理
在一般环境下, 影响混凝土结构耐久性的主要因素是碳化。众所周知, 水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙, 使混凝土孔隙中充满了饱和氢氧化钙溶液, 其碱性介质对钢筋有良好的保护作用, 使钢筋表面生成难溶的Fe2O3和Fe3O4钝化膜。当空气中的CO2渗透到混凝土中以后, 就会与混凝土中的碱性物质发生化学反应生成碳酸盐和水, 其化学反应式为:Ca (OH) 2+CO2=CaCO3+H2O。碳化反应使混凝土的碱度降低, 保护能力下降。当碳化超过混凝土的保护层时, 在水与空气存在的条件下, 就会使混凝土失去对钢筋的保护作用, 钢筋开始发生锈蚀破坏。
1.2 海洋氯化物环境下混凝土的腐蚀机理
在海洋氯化物环境下, 氯离子侵蚀直接造成混凝土结构耐久性降低。海水中氯离子不仅能穿破钝化膜, 使钢筋遭到腐蚀, 还能提高介质的导电率, 加强腐蚀电流而加速钢筋的锈蚀, 而且氯离子在腐蚀中本身并不消耗, 相当于钢筋混凝土劣化过程的“催化剂”。锈蚀后的钢筋体积膨胀产生很大的张应力, 造成混凝土保护层剥落或顺筋开裂。氯离子引起的钢筋锈蚀程度比一般环境下单纯由碳化引起的钢筋锈蚀严重得多, 是混凝土结构耐久性设计的重点。
1.3 冻融环境下混凝土的腐蚀机理
在冻融环境下, 混凝土的抗冻性是耐久性设计必须考虑的问题。混凝土水化结硬后, 内部有很多毛细孔, 多余的水分滞留在这些毛细孔中。低温时水分因结冰产生体积膨胀, 引起混凝土内部结构破坏。反复冻融多次, 就会使混凝土的损伤累积达到一定程度而引起结构破坏。值得注意的是, 不仅在北方严寒地区需要考虑混凝土的冻融破坏, 温热地区混凝土也同样需要考虑抗冻, 如浙江、湖南等省多个水库都发生过不同程度的冻融破坏。
2 混凝土耐久性的设计技术措施
2.1 基于耐久性的材料设计
配有钢筋的混凝土材料, 其质量应满足所处环境对材料的特殊要求, 同时满足混凝土最低强度等级、最大水胶比和对混凝土原材料在限定范围内选用的不同要求。目前, 对于核电厂水工结构材料的耐久性尚无对应的设计规范明确, 但可参考现行的一些行业标准和国家标准, 如GB/T 50476—2008、DL/T 5057—1996、JTJ 275—2000等, 都对水工结构混凝土的耐久性提出了最低强度等级、最大水灰比、最小水泥用量、抗渗等级、抗冻等级等技术要求。
从核电厂水工混凝土的耐久性考虑, 设计应根据地区和结构部位的不同选择耐腐蚀能力强、抗冻融能力强、水化热低、C3A和C3S含量适宜的合格水泥, 其粗骨料的碱活性必须检验合格, 且不得用海砂作为细骨料, 骨料、拌合水及外加剂均需符合相关技术规格书的技术要求。此外, 水工混凝土中掺入粉煤灰能降低水泥的脆性系数, 使混凝土的弹性模量、干缩、绝热温升、自生体积收缩变形等下降, 使混凝土的徐变度增大, 从而提高了水工混凝土的抗裂性能[3], 因而将优质粉煤灰作为高性能混凝土掺合料已在核电厂中被广泛使用。
2.2 基于耐久性的构造措施
保证混凝土结构耐久性的必要构造措施包括:隔绝或减轻环境因素对混凝土的作用、控制混凝土裂缝、为钢筋提供足够厚度的混凝土保护层[4]。增大保护层厚度是提高混凝土耐久性、延长使用寿命最直接和最有效的方法。如北方某核电厂取水建筑物, 受冻融环境和氯离子环境共同作用, 所以与水接触的结构保护层厚度均取70 mm。
当然, 保护层厚度不能无限制地增加, 否则过厚的混凝土保护层本身会出现裂缝反而降低其对钢筋的保护。为控制保护层的微裂缝, 可在结构钢筋外增设钢筋网, 但需注意钢筋网材质需与钢筋材质保持相同, 如材质有差异且相互连接则可能引起电位差, 反而促进钢筋的锈蚀。此外, 因钢筋网的锈蚀会导致网片外侧混凝土的剥落, 减少了钢筋应有的保护层厚度, 对结构的耐久性更不利, 故钢筋网本身应有可靠的防锈措施。
2.3 基于耐久性的施工质量要求
施工也是保证混凝土耐久性的重要环节。水工建筑物的施工应符合工程设计和国家现行的施工规范、质量评定与验收规范的规定。结构表面混凝土的性能及其均匀性、混凝土保护层厚度和施工阶段裂缝的控制, 是耐久混凝土施工质量保证的重点。在施工过程中, 应保证混凝土浇注的均匀性和密实性, 不得出现露筋、蜂窝、麻面等缺陷;应在浇注前将施工缝清理干净, 且不得在拆模后的混凝土表面留下螺栓、拉杆、铁钉、扎丝等外露铁件;在混凝土施工养护过程中, 应做好温度和湿度的控制, 在湿养护的同时, 应保证混凝土表面温度与内部温度和大气温度之间不出现较大的梯度变化。
2.4 其他措施
(1) 聚丙烯纤维材料。
聚丙烯纤维在欧美国家已应用30余年。众多研究成果和试验检验都表明, 在混凝土中掺加性能优良的聚丙烯纤维, 可以大大减少混凝土早期裂缝, 提高混凝土的抗裂、抗渗及抗冲击性能, 同时提高混凝土的抗折强度, 是混凝土的“次要增强筋”。作为提高混凝土耐久性的成熟可靠技术, 聚丙烯纤维在核电项目上得到了广泛的应用, 如多个已建和在建核电厂联合泵房、循环水廊道、排水虹吸井、排水箱涵等水工混凝土结构均使用了聚丙烯纤维材料。
(2) 混凝土表面硅烷浸渍。
硅烷系的液态憎水剂浸渍混凝土表面, 憎水剂渗入混凝土毛细孔中数毫米, 与已水化的水泥发生化学反应, 反应物使毛细孔壁憎水化而在混凝土表面形成憎水层[5], 大幅度降低混凝土的吸水率, 有效地提高混凝土结构抵抗水侵蚀和以水分为侵蚀媒介的侵蚀, 改善混凝土结构的耐久性。大量工程实践表明, 硅烷浸渍能够有效地提高混凝土抗冻性, 降低氯盐向混凝土的渗透, 对遭受冻融破坏和氯盐侵蚀的混凝土结构具有明显的保护效果[6]。某核电厂联合泵房迎水面采用了混凝土表面硅烷浸渍, 目前反馈良好。
(3) 钢筋阻锈剂。
滨海核电厂的水工混凝土结构在浪溅区和水位变动区, 宜掺加钢筋阻锈剂进一步提高混凝土的护筋性。需要注意的是保证阻锈剂长期维持可靠的防腐效果, 仍有赖于混凝土保护层本身具有长期可靠的高抗渗性, 因而在掺加阻锈剂的同时, 仍然需要采用高性能混凝土。如某核电厂联合泵房在高程-4.30～+2.50 m (共6.80 m高度) 范围添加了复合氨基醇多功能活性阻锈剂。
3 结语
在滨海核电厂水工混凝土结构设计中, 往往采用多重防护策略, 多技术措施并举, 联合施治, 以实现合理、经济的耐久性设计。同时, 施工和运行管理整体水平的提高, 也是实现滨海核电厂水工混凝土结构耐久性的重要条件。
参考文献
[1]GB/T 50476—2008, 混凝土结构耐久性设计规范[S].
[2]DL/T 5057—1996, 水工混凝土结构设计规范[S].
[3]刘数华, 方坤河.粉煤灰对水工混凝土抗裂性能的影响[J].水力发电学报, 2005, 24 (2) :73-76.
[4]混凝土结构耐久性设计与施工指南[M].北京:中国建筑工业出版社, 2004.
[5]JTJ 275—2000, 海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范[S].
滨海电厂 第5篇
象山港处于浙江东北部沿海是半封闭性港湾, 涉及象山、宁海、奉化、鄞州和北仑5个县市, 沿岸经济结构复杂, 涉及种养殖业、化工制造、电镀业、船舶制造修理业、造纸、漂染、火力发电以及旅游等产业。近年来, 沿湾工农业和水产养殖业迅猛发展的同时, 由于缺乏科学管理, 工农业污水以及养殖业产生的污染物大量进入港湾, 整个象山港水质处于严重的富营养化状态 , 港内赤潮发生的范围越来越大, 频率越来越高。
进入21世纪以来, 尤其是2006年象山港两个电厂 (浙江大唐乌沙山发电厂、宁海国华浙能发电有限公司) 投产以来, 港内赤潮频发的状况日益严重, 赤潮发生次数居高不下, 范围不断扩大, 并呈现出新的特点和趋势。因此, 有必要对近年来象山港海域赤潮进行系统的统计和分析, 摸索和总结赤潮发生规律和特点, 研究和探讨影响赤潮的相关因素, 为赤潮监测和防灾减灾工作提供科学依据。
1 赤潮统计
笔者统计分析数据主要来源于根据2001—2009年《宁波市海洋环境公报》和2010年发布的第1期宁波市赤潮监视监测通报[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10], 赤潮发生的优势种主要为中肋骨条藻、红色中缢虫和具齿原甲藻等, 名录见表1, 具体情况见表2。近10年来, 象山港内共发生赤潮21起, 发生区域遍布整个象山港海域, 发生面积自1.5～350 km2不等, 发生时间在1—9月。
2 结果与讨论
2.1 发生区域
根据两个电厂投产前、投产后象山港海域的赤潮发生情况看, 赤潮发生频率差异不大, 但赤潮发生的区域则存在差异 (图1) , 电厂投产前 (2005年12月前) 赤潮发生区域主要在象山港的中部和象山港口附近, 在港底海域发生的赤潮较少, 根据近10年的统计仅为2001年5月发生的1次, 而电厂投产后 (2006年1月至今) 则在港底发生的赤潮则较多, 共有9次, 由此可见, 近年来象山港港底赤潮发生频率有增多的趋势。
2.2 发生时间
从赤潮发生的时间看, 投产前赤潮发生时期主要集中在5—9月气温较高的月份, 而投产后则赤潮发生时间则有所不同, 在投产后发生的10次赤潮中, 有4次是发生在气温较低的1月和3月, 且在这些气温较低时段发生赤潮的地点都在象山港港底的黄敦港和铁港海域。
2.3 赤潮种变化
根据10年来象山港赤潮发生的赤潮生物种组成来看, 在电厂投产前的生物种主要为红色中缢虫、具齿原甲藻、红色裸甲藻以及聚生角刺藻等, 生物种每年出现均有所不同, 生物种在电厂投产前种类相对较多和分散。在投产后赤潮生物种出现次数最多的为中肋骨条藻, 在占了投产后赤潮发生次数的约50%, 其他优势种则为红色中缢虫等。
2.4 讨论
2.4.1 赤潮时空分布变化原因
近年来, 尤其是两个电厂投产以来, 象山港赤潮跟浙江省和全国情况相比, 出现了新的变化特点。从时间上来看, 象山港赤潮暴发从原来的5—9月提前至1—3月。从空间上看, 电厂投产后象山港赤潮是港口、中部转移到港底。赤潮发生物质基础和首要条件是海水富营养化, 象山港港底水交换能力较差, 而周边地区近年来工业、城市化建设发展迅速, 城市工业废水和生活污水大量排入海中, 使营养物质在水体中富集, 造成海域富营养化[11,12,13]。海水的温度是赤潮发生的又一重要环境因子, 20～30℃是赤潮发生的适宜温度范围[14,15]。因为地处象山港中部的乌沙山电厂和象山港底部国华电厂温排水的排放, 两个电厂温排水的叠加效应, 导致象山港电厂附近海域水温升高, 加之港底水交换能力较差, 形成冬季或冬春之交港底海域海水的高于其他海域, 达到赤潮发生的适宜温度。丰富的营养物质和适宜的水温导致赤潮的大量爆发。
2.4.2 赤潮种的变化原因
电厂投产来, 象山港海域中引发的赤潮记录最多为中肋骨条藻, 占发生次数的50%以上。根据宁波海洋环境监测中心站对象山港两个电厂附近海域的调查, 2006年以来电厂附近海域浮游植物以广温、广盐性种类中肋骨条藻、近岸低盐暖温性种类布氏双尾藻、琼氏圆筛藻等为优势种[16,17], 这说明两个电厂前沿海域海水可能已适合暖水性种类的生长。中肋骨条藻是一种广温、广盐的近岸性硅藻, 在水温为0～37℃ 、盐度为13～36范围内均可生长, 但其最适增殖温、盐范围则为24～28℃ 和20～30[18,19]。两个电厂的温排水的排放, 导致象山港港底1—5月水温升高, 根据监测[16,17], 两个电厂前沿海域春季水温能达20℃左右, 尤其是象山港港底能达20℃以上。象山港是内陆性港湾, 水质富营养化严重, 内湾水体相对稳定, 加上适宜的温度, 良好的海况条件, 有利中肋骨条藻赤潮的发生和聚集。赤潮的暴发与温度、盐度、海水富营养化程度、营养盐氮、磷、硅比值和水文气象有一定的关系, 可能还受其他因素制约, 这一点值得我们在今后的工作当中作进一步探讨。
3 结 论
(1) 2001年1月至2010年1月, 象山港内共发生赤潮21起, 发生区域遍布整个象山港海域, 发生面积自1.5～350 km2不等, 发生时间在1—9月, 赤潮发生的优势种主要为中肋骨条藻、红色中缢虫和具齿原甲藻等。
(2) 自2006年象山港两个电厂 (浙江大唐乌沙山发电厂、宁海国华浙能发电有限公司) 投产以来, 象山港赤潮暴发时空分布上出现了一些新的特点。赤潮高发期从投产前5—9月提前至1—5月;赤潮暴发区域从投产前港口部转移至港底部。赤潮种电厂投产前比较多且分散, 而电厂投产后集中为中肋骨条藻。
(3) 象山港两个电厂投产以来, 赤潮暴发期提前至1—5月, 暴发区域从口门部转移至底部, 优势种集中为中肋骨条藻, 初步分析与位于象山港中部和底部两个电厂 (浙江大唐乌沙山发电厂、宁海国华浙能发电有限公司) 温排水排放有关。
摘要：文章统计了2001—2010年象山港海域赤潮发生的次数、发生区域、发生面积以及赤潮生物种。自2006年象山港两个滨海电厂投产以来, 象山港赤潮暴发出现了一些新的特点。赤潮高发期从电厂投产前5—9月提前至1—5月;赤潮暴发区域从电厂投产前港口部转移至港底部。赤潮种电厂投产前比较多且分散, 而电厂投产后赤潮生物集中为中肋骨条藻。初步分析该现象与象山港两个电厂的温排水排放有关, 这说明电厂附近海域已适合暖水性种类的生长。
滨海电厂 第6篇
随着国内电力设计市场的饱和以及“一路一带”战略的推广, 越来越多的工程企业开始走向海外, 承接海外电厂的设计、施工以及总承包工程。而做海外工程一个很重要的前提就是解决设计标准的问题。本文针对滨海电厂循环水钢管阴极保护系统的设计, 对国标以及在国际上比较通用的欧盟标准 (EN) 以及挪威船级社 (DNV) 标准进行了对比分析。
2 国标与欧盟及DNV设计规范对比
滨海电厂循环水钢管防腐一般采用“防腐涂层+牺牲阳极阴极保护”联合保护的方式进行防腐。国内电厂循环水钢管牺牲阳极保护系统设计一般遵循国标GB/T16166-2013《滨海电厂海水冷却水系统牺牲阳极阴极保护》, 可采用的欧盟标准和挪威船级社标准分别为EN12474-2001《海底管线阴极保护》以及DNV-RP-B401-2010《阴极保护设计》。下面从保护电流密度、阳极接水电阻及电容量以及牺牲阳极用量计算等方面对三个标准进行对比。
2.1 保护电流密度
2.1.1 规范规定
GB/T16166对钢管保护电流密度规定如表1所示。
单位:m A/m2
EN12474和DNV-RP-B401设计电流密度均考虑了初始电流密度、平均电流密度以及末期电流密度, 同时考虑了涂层的影响, 按下式计算:i=p·i0, 式中:i为保护电流密度, i0为裸露钢保护电流密度, p为涂层破损系数。
EN12474和DNV-RP-B401对裸露钢材保护电流密度的规定分别如表2及表3所示。
EN12474对涂层破损系数规定如表4所示。
DNV-RP-B401认为涂层破损系数是涂层性质, 运行参数和时间的函数。涂层破损系数可按下式计算:p=a+b·t, 其中t是涂层寿命;而a, b是与涂层性质和环境有关的常数, 取值如表5所示。
注:涂层类别I:一层环氧涂层, 干漆膜厚度最少20μm;
涂层类别II, 一层或多层船舶涂层 (环氧、聚氨酯或乙烯基) , 干漆膜厚度最少250μm;
涂层类别II, 两层或多层船舶涂层 (环氧、聚氨酯或乙烯基) , 干漆膜厚度最少350μm。
2.1.2 对比与分析
根据上述不同规范对钢管保护电流密度的规定, 可以看出:
1) EN12474和DNV-RP-B401根据水温、水域、水深等环境因素来确定保护电流密度的取值, 而GB/T16166仅仅只给定了一个保护电流密度的取值范围, 概念不够清晰。
2) EN12474和DNV-RP-B401规范均考虑了在阳极使用期间, 阳极块损耗导致阴极保护电流密度的变化, 因此考虑了设计中考虑初始、平均以及末期电流密度;而GB/T16166仅仅考虑了平均保护电流密度, 没有对初期和末期电流保护密度进行计算和分析。
3) 三个规范均考虑了涂层对阴极保护的影响, 从而影响到保护电流密度的选取, 但GB/T16166仅仅简单规定了刷漆和裸露两种状态下的保护电流密度, 没有对涂层状态做任何规定和区分。
而EN12474和DNV-RP-B401均引入了涂层破损系数的概念, 针对不同的涂层, 涂层破损系数有不同取值, 规定较为具体、合理。
2.2 阳极接水电阻及电容量
GB/T16166根据阳极安装方式, 把阳极分为平贴阳极和支架阳极两种, 规范分别给出了两种阳极的接水电阻计算公式。同时, GB/T16166对阳极电容量Q的规定为铝阳极Q≥2400A·h/kg, 锌阳极Q=780A·h/kg。
EN12474只提出了一种箍套型的阳极接水电阻的计算公式, 也没有对阳极块电容量做出任何规定。
DNV-RP-B401将阳极块分成长“细长加芯型”, “短细长加芯型”, “长镶装型”, “短镶装型、箍套型和其他类型”四种类型并分别给出接水电阻计算公式。
DNV-RP-B401给出的海水中铝阳极和锌阳极的电容量分别为铝阳极Q=2000A·h/kg, 锌阳极Q=780A·h/kg, 同时特别提出即使阳极生产厂家给出了更高的数值, 也强烈建议采取规范规定的电容量取值, 以保证阴极保护的安全性。
三个规范对比, EN12474对阳极接水电阻及电容量规定比较简单, GB/T16166其次, 而DNV-RP-B401规定最为详尽具体。同时, DNV-RP-B401的规定也比较保守, 安全。
2.3 牺牲阳极用量计算
GB/T16166是先计算单块阳极的使用寿命, 然后根据阳极保护电流和阳极发生电流计算阳极块的数量, 其使用的阳极保护电流是使用寿命期间平均保护电流值, 而阳极发生电流是初期阳极发生电流。EN12474仅仅是核算了阳极使用寿命。
DNV-RP-B401从两个方面进行了核算:其一要求阳极块总的电流容量需要满足总使用寿命期间的电流需求量;第二是阳极块初始和末期发生电流值需满足初期和末期保护电流密度的需求。
DNV-RP-B401充分考虑了初期、末期需要的保护电流密度以及总的电流容量需求, 设计上逻辑合理完整。GB/T16166采用的是初期阳极发生电流的数值计算阳极块数量。而EN12474在这方面规定更加简略, 仅仅核算阳极使用寿命。
3 工程实例
某工程位于东南亚热带沿海地区, 机组采用海水直流冷却系统, 循环水管采用钢管, 材质为Q235A。循环水管内壁采用涂层+牺牲阳极阴极保护系统防腐, 防腐涂层采用环氧涂料, 厚度680μm。
海水电阻率ρw=0.20ohm-m;内部采用铝合金阳极块, 阳极块尺寸长×宽×高=750mm× (181mm+239mm) ×235mm, 单块阳极块重量ma=100kg。
根据以上条件分别采用GB/T16166, EN12474及DNV-RP-B401对循环水钢管内壁进行牺牲阳极保护设计计算, 选取S=100m2为单元计算面积, 计算结果如下:
从计算结果可以看出, EN12474计算结果偏低, 而GB/T16166与DNV-RP-B401计算结果比较接近, 其中, 在保护年限较低时, GB/T16166设计结果比较保守。
主要是因为本例中循环水钢管涂层较厚, 设计计算中EN12474和DNV-RP-B401涂层破损系数取值较低造成的。而DNV-RP-B401中涂层破损系数与设计年限有关, 因此DNV-RP-B401设计计算结果随设计保护年限变化, 结果应较为合理。
4 结论
根据上述对国标GB/T16166-2013《滨海电厂海水冷却水系统牺牲阳极阴极保护》, 欧盟标准EN12474-2001《海底管线阴极保护》以及挪威船级社标准DNV-RP-B401-2010《阴极保护设计》的对比分析以及实例计算, 可以得到如下结论:
1) 国标GB/T16166-2013《滨海电厂海水冷却水系统牺牲阳极阴极保护》对保护电流密度、阳极接水电阻以及牺牲阳极用量计算等规定都比较简单, 没有考虑初期、末期电流保护密度, 也未引入涂层破损系数的概念。
但在较短的设计年限和保证涂层厚度的前提下, 根据GB/T16166-2013设计是偏于安全和保守的。
总体而言, 本规范各项规定比较简单明确, 实用性较强, 但考虑不够全面, 使用时需特别注意。
2) 欧盟标准EN12474-2001《海底管线阴极保护》对保护电流密度的规定比较详细, 但对阳极接水电阻以及牺牲阳极用量计算等规定比较简单, 实用性不够强。
3) 挪威船级社标准DNV-RP-B401-2010《阴极保护设计》对保护电流密度、阳极接水电阻以及牺牲阳极用量计算的规定都非常详细具体, 考虑全面。
各项参数选取也有明确的说明, 具有很好的操作性, 计算结果也比较合理, 实用性很强, 可以应用在海外工程中, 国内工程也可以参照使用。
参考文献
[1]GB/T 16166-2013滨海电厂海水冷却水系统牺牲阳极阴极保护[S].北京:中国标准出版社, 2014.
[2]BS EN 12474:2001 Cathodic protection of submarine pipelines[S].London, 2001.