摘要：混凝土冷卻塔是火電廠重要的組成部分之一，近年來(lái)，其防腐蝕問(wèn)題已經(jīng)受到廣泛的重視。本文介紹了國(guó)內(nèi)首個(gè)排煙冷卻塔和海水冷卻塔防腐蝕工程案例，從冷卻塔不同的循環(huán)介質(zhì)、塔體內(nèi)部各部位工況不同兩個(gè)方面介紹了重防腐涂料在電廠冷卻塔防護(hù)方面的應(yīng)用，并對(duì)混凝土的表面處理和涂料涂裝工藝對(duì)冷卻塔防腐壽命和防腐效果進(jìn)行了討論。

　 　 關(guān)鍵詞：冷卻塔；混凝土；重防腐；酚醛環(huán)氧；玻璃鱗片涂料

　 　 0.引言

　 　 冷卻塔是熱電廠的重要組成之一，屬大型鋼筋混凝土砼構(gòu)筑物，主要由現(xiàn)澆鋼筋混凝土塔體(包括人字柱、環(huán)梁、筒壁)、蓄水池和塔內(nèi)淋水構(gòu)件組成。目前的熱電廠冷卻塔根據(jù)循環(huán)介質(zhì)主要有以下幾種：淡水冷卻塔、空冷冷卻塔、排煙冷卻塔、海水冷卻塔。以前國(guó)內(nèi)的冷卻塔有的沒(méi)有進(jìn)行涂層保護(hù)，有的僅在冷卻塔混凝土澆筑的同時(shí)，利用澆筑塔筒時(shí)搭建的腳手架滾涂環(huán)氧瀝青漆、氯化橡膠漆或氯璜化聚乙烯涂料等進(jìn)行簡(jiǎn)單防護(hù)。基本不考慮混凝土的養(yǎng)護(hù)期，既不用等塔體完工后進(jìn)行高空作業(yè)，也不對(duì)混凝土進(jìn)行表面處理，直接在混凝土浮漿層上滾涂涂料。這類冷卻塔在運(yùn)行幾年后腐蝕就相當(dāng)嚴(yán)重，有的甚至滲漏。隨著科技的進(jìn)步以及人們對(duì)環(huán)保和節(jié)能意識(shí)的提高，冷卻塔的功能越來(lái)越強(qiáng)大，冷卻介質(zhì)對(duì)混凝土的要求也越來(lái)越苛刻。業(yè)主和設(shè)計(jì)師更加看重設(shè)備、設(shè)施的壽命周期成本，對(duì)冷卻塔的防腐蝕問(wèn)題也越來(lái)越重視。本文就腐蝕較為嚴(yán)重的排煙冷卻塔和海水冷卻塔為例，探討對(duì)冷卻塔用涂料進(jìn)行防腐蝕防護(hù)的方案。

　 　 1.混凝土的腐蝕

　 　 冷卻塔是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由硅酸鹽水泥、填充料、水和助劑等混合后澆注而成，同時(shí)用鋼筋骨架來(lái)增加混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度。在一般情況下，混凝土本身具有高堿性(pH值≥12.5)，在這樣高堿性的環(huán)境中使鋼筋表面形成一層致密的鈍化膜而處于穩(wěn)定狀態(tài)。但由于受到外界環(huán)境侵蝕介質(zhì)的作用，如氯離子、硫酸鹽、二氧化碳等，鋼筋表面的鈍化膜受到破壞，成為活化狀態(tài)，鋼筋就開(kāi)始腐蝕，各項(xiàng)力學(xué)性能嚴(yán)重下降。導(dǎo)致在小于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)就被破壞。

　 　 2.冷卻塔的腐蝕防護(hù)

　 　 2.1排煙冷卻塔的腐蝕環(huán)境

　 　 火電廠煙氣經(jīng)除塵、脫硫后，一種方式是對(duì)煙氣再加熱后(由45～65℃加熱至80℃以上)經(jīng)煙囪排放；另一種方式是借助冷卻塔的熱空氣抬升作用經(jīng)冷卻塔排放，即煙塔合一技術(shù)(如圖1所示)。煙塔合一技術(shù)是在大多數(shù)情況下，其混合氣體的抬升高度遠(yuǎn)高于煙囪，從而促進(jìn)煙氣內(nèi)污染物的擴(kuò)散。同時(shí)該技術(shù)可提高電力系統(tǒng)能源利用效率，簡(jiǎn)化電廠煙氣系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)，而且避免煙囪建設(shè)和施工，節(jié)省煙囪地下基礎(chǔ)和煙囪本身建設(shè)費(fèi)用，降低電廠投資。

　 　 采用煙塔合一技術(shù)的排煙冷卻塔的環(huán)境介質(zhì)的腐蝕性將比常規(guī)冷卻塔更嚴(yán)重[1]。經(jīng)過(guò)脫硫、脫硝后的凈煙氣通過(guò)玻璃鋼煙道直接進(jìn)入自然通風(fēng)冷卻塔內(nèi)與水蒸氣混合后排入大氣，煙氣中的腐蝕介質(zhì)(CO2、SO2、SO3、HCl及HF)將與水蒸氣接觸，遇冷凝結(jié)的水滴回落冷卻塔并在冷卻塔筒壁形成大的液滴。溶有腐蝕介質(zhì)的液滴呈弱酸性(局部pH值可能達(dá)到1)[2]，長(zhǎng)期的積累效應(yīng)會(huì)對(duì)冷卻塔的殼體產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，而且煙氣中的腐蝕介質(zhì)在紫外線作用下將加劇塔體結(jié)構(gòu)的腐蝕作用。因而必須對(duì)冷卻塔殼體表面等部位采取防腐處理，冷卻塔的防腐處理對(duì)冷卻塔的結(jié)構(gòu)安全至關(guān)重要。盡管排煙冷卻塔中排入的經(jīng)過(guò)脫硫、脫硝的煙氣已為潔凈煙氣，但不可能除盡的SO2、HCl以及大量的CO2等氣體，與水蒸氣結(jié)合后仍具有較強(qiáng)的腐蝕作用。某電廠排煙冷卻塔中的煙氣成分如表1、表2所示[3]。
 

注：mg·Nm-3—mg每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體積。
 

　 　 排煙冷卻塔內(nèi)介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)，工況復(fù)雜，不同的部位具有不同的腐蝕特點(diǎn)。冷卻塔內(nèi)部煙道排出的煙氣遇水汽凝結(jié)成酸性液滴，風(fēng)筒內(nèi)表面喉部以上該部位受酸性液滴的腐蝕，太陽(yáng)光紫外線的照射，并且涂層要耐混凝土基材強(qiáng)堿性。由于冷卻塔風(fēng)筒高度通常在一兩百米，而風(fēng)筒內(nèi)部的煙囪僅為幾十米高，而且煙囪口遠(yuǎn)低于雙曲線的喉部。冷卻塔運(yùn)行后，風(fēng)筒內(nèi)壁喉部以下部位尤其是淋水構(gòu)架處于流動(dòng)、噴涌、飛濺、溢流等動(dòng)態(tài)循環(huán)水環(huán)境中。為了防止冷卻塔循環(huán)水生長(zhǎng)微生物、水生植物、苔癬等，循環(huán)水中都添加了水處理藥劑。防腐涂料要求耐酸、耐堿、耐水滲透、耐沖刷、耐沖擊、耐磨、耐凍融性，耐水處理中添加的防垢劑、緩蝕劑、殺生劑等添加劑的侵蝕。人字柱及水池在冷卻塔運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)期處于流動(dòng)、噴涌、飛濺及浸沒(méi)的環(huán)境下，防腐涂料要求：耐堿、耐水滲透、浸泡、耐沖刷、耐磨、耐水處理添加劑的侵蝕。風(fēng)筒外表面主要受到太陽(yáng)光紫外線的照射，酸雨的侵蝕，以及二氧化碳的碳化等腐蝕。防腐涂料要求耐堿、耐酸、耐紫外線照射、耐老化、面漆具有良好的裝飾性。

　 　 2.2排煙冷卻塔防護(hù)涂料系統(tǒng)

　 　 根據(jù)腐蝕環(huán)境的不同，排煙冷卻塔主要分為內(nèi)表面喉部以上、喉部以下包括豎井、水槽、淋水架構(gòu)、人字柱及水池和風(fēng)筒外表面等幾個(gè)部分進(jìn)行防腐蝕涂裝保護(hù)，見(jiàn)表3。

　 　 2.3海水冷卻塔的腐蝕環(huán)境

　 　 海水循環(huán)冷卻技術(shù)是我國(guó)沿海城市和地區(qū)急需的環(huán)保型節(jié)水高新技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于沿海城市和苦咸水地區(qū)的電力、石化、化工、鋼鐵等多種耗水型行業(yè)。在目前水資源緊缺的情況下，采用海水代替淡水是我國(guó)沿海城市和地區(qū)解決淡水資源危機(jī)問(wèn)題的重要途徑之一。[4]在夏天，海水的溫度比淡水更低，因此，熱交換效率更高[5]。為了降低水的消耗，海水循環(huán)技術(shù)正在逐漸代替海水直流。浙江寧海電廠是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的海水冷卻塔，冷卻介質(zhì)為二次循環(huán)海水，即海水濃縮倍數(shù)為2。冷卻塔高177.2m，進(jìn)風(fēng)口直徑達(dá)13314m，淋水面面積達(dá)1.3萬(wàn)m2，建成后將成為國(guó)內(nèi)外首屈一指的特大型冷卻塔之一。海水冷卻塔有巨大的優(yōu)勢(shì)，但海水冷卻塔混凝土的防腐蝕問(wèn)題嚴(yán)峻。海水中含有大量的氯化物，氯化物極易誘發(fā)混凝土、鋼筋腐蝕和銹蝕，主要原因如下[6]。
 

表3 排煙冷卻塔的防護(hù)涂料系統(tǒng)

　 　 2.3.1“鈍化膜”被局部破壞

　 　 氯化物侵入混凝土后，Cl-取代OH-吸附在鋼筋表面，當(dāng)鋼筋表面的OH-的濃度降低到一定程度時(shí)，覆蓋在鋼筋表面的金屬氫氧化物和金屬氧化物開(kāi)始分解，即受到氯化物污染和侵蝕處的“鈍化膜”開(kāi)始被破壞，鋼筋開(kāi)始腐蝕。

　 　 2.3.2形成腐蝕電池

　 　 由于Cl-的作用使得鋼筋表面形成電勢(shì)差，出現(xiàn)了陰極和陽(yáng)極。在原電池的作用下，鋼筋會(huì)持續(xù)腐蝕，并且Cl-在這個(gè)過(guò)程中不被消耗，會(huì)被重復(fù)地循環(huán)利用。

　 　 2.3.3降低混凝土電阻的作用

　 　 氯化物侵入混凝土后，混凝土中的Cl-、Na+和Ca2+等離子都會(huì)參與混凝土中的離子導(dǎo)電，降低鋼筋表面混凝土電阻，提高腐蝕電池的效率，從而大大加快了混凝土中鋼筋腐蝕的進(jìn)程。為了更好地保護(hù)設(shè)備，二次循環(huán)海水還不可避免地添加更多的水處理劑，這其中包括防垢劑、阻垢劑，緩釋劑，殺生劑等。這些化學(xué)試劑對(duì)防腐涂料的性能提出了更高的要求。

　 　 2.4濃縮海水冷卻塔的涂料防護(hù)方案

　 　 根據(jù)腐蝕環(huán)境的不同，海水冷卻塔主要分為混凝土表干區(qū)、混凝土表濕區(qū)、混凝土外表面區(qū)。混凝土表干區(qū)包括中央豎井頂標(biāo)高以上塔筒壁內(nèi)壁，混凝土表濕區(qū)包括中央豎井頂標(biāo)高以下塔筒壁內(nèi)壁、淋水構(gòu)架、配水槽、中央豎井、壓力進(jìn)水溝、水池內(nèi)壁、人字柱、人字柱支墩、循環(huán)水溝、循環(huán)水泵房等與濃縮海水接觸表面。冷卻塔運(yùn)行后，混凝土表濕區(qū)尤其是淋水構(gòu)架處于流動(dòng)、噴涌、飛濺、溢流等動(dòng)態(tài)循環(huán)水環(huán)境中，溝道內(nèi)水流速度最高至5m/s，淋水構(gòu)件梁柱承受最高至15m水頭的水流沖刷。這對(duì)涂料有較高的耐沖刷、耐沖擊、耐磨的要求。二次循環(huán)的海水冷卻塔涂料工作的最高溫度可達(dá)60℃，溫度升高，腐蝕加劇。為了防止冷卻塔循環(huán)水生長(zhǎng)微生物、水生植物、苔癬等，循環(huán)水中還添加了水處理藥劑。因此，涂料性能要求具備耐海水，耐熱，耐水滲透、耐沖涮、耐沖擊、耐磨、耐堿、耐水處理劑的侵蝕。風(fēng)筒外表面主要受到太陽(yáng)光紫外線的照射，酸雨的侵蝕，以及二氧化碳的碳化等腐蝕[7]。各部位防腐蝕配套如表4所示。
 

 

表4 海水冷卻塔的防護(hù)涂料系統(tǒng)

　 　 3.卻塔涂料施工工藝

　 　 3.1混凝土基材施工環(huán)境要求

　 　 冷卻塔的腐蝕防護(hù)不同于其他結(jié)構(gòu)，混凝土基材的涂裝施工完全不同于鋼材表面的施工要求，基本要求見(jiàn)表5。

　 　 3.2表面處理

　 　 (1)除油根據(jù)SSPC-SP1規(guī)范。

　 　 (2)噴砂或高壓噴水處理。
 

 

表5 混凝土基材的施工環(huán)境要求

　 混凝土在澆注過(guò)程中不可避免地產(chǎn)生氣泡，混凝土表面都有一層浮漿層，在進(jìn)行表面處理前看似平整，其實(shí)內(nèi)部有不少孔洞。尤其是在每塊模板的頂部或者傾斜部位的上部氣泡較多，出現(xiàn)內(nèi)部暗泡的可能性也較大。要求表面處理完全將氣泡打開(kāi)，需將所有“外小里大”的氣孔噴砂處理成開(kāi)放式，水能自動(dòng)順沿下流，不能有凹陷積水處。表面處理要求全部處理掉混凝土表面的浮漿層，避免因?yàn)楦{層松散、脫落導(dǎo)致漆膜脫落的問(wèn)題。

　 　 (3)打磨處理。

　 　 將錯(cuò)臺(tái)、棱角等所有影響涂漆或涂刷不到的缺陷用動(dòng)力工具打磨處理。

 

3.3噴漆

　 　 (1)預(yù)涂裝

　 　 在進(jìn)行噴涂之前，檢查是否有噴涂不易達(dá)到的部位，如有，則需要用刷涂的方法對(duì)其進(jìn)行預(yù)先的涂裝，以保證所有的混凝土表面都涂到涂料，且涂膜厚度大體一致。

　 　 (2)統(tǒng)噴

　 　 建議采用無(wú)氣噴涂進(jìn)行施工。

　 　 在風(fēng)速超過(guò)2級(jí)時(shí)不宜進(jìn)行噴涂，否則涂料浪費(fèi)嚴(yán)重而且易造成干噴，涂料不成連續(xù)的涂膜、涂膜無(wú)光澤。噴槍離基材表面距離以350～450mm為宜。避免距離過(guò)近造成橘皮，流掛、過(guò)厚或過(guò)遠(yuǎn)造成成膜不連續(xù)、粗糙、漆霧和涂料的極度浪費(fèi)。在后道工序施工之前，應(yīng)確認(rèn)其涂裝間隔時(shí)間滿足技術(shù)要求。

　 　 4.結(jié)語(yǔ)

　 　 本文討論了排煙冷卻塔和海水冷卻塔的腐蝕環(huán)境和導(dǎo)致混凝土腐蝕的主要影響因素，并針對(duì)不同冷卻塔的腐蝕環(huán)境提出了以酚醛環(huán)氧和改性環(huán)氧玻璃鱗片漆為主的防腐蝕配套。本文提出的兩種冷卻塔的防腐蝕方案充分考慮了各部位的腐蝕環(huán)境及防護(hù)要求，針對(duì)不同的部位設(shè)計(jì)不同的涂料配套、不同的膜厚。該配套體系突破了以往采用環(huán)氧瀝青、氯化橡膠、氯璜化聚乙烯等單一涂料，單一膜厚的防腐蝕配套，具有低VOC排放，低毒性，高防腐蝕性能的特點(diǎn)，具有最大限度保護(hù)和美觀冷卻塔的效果?；炷恋谋砻嫣幚硎腔炷练雷o(hù)的一個(gè)重要部分。混凝土表面處理方法可以避免因混凝土浮漿層脫落導(dǎo)致防腐失效，避免出現(xiàn)混凝土常見(jiàn)的“外小里大”的暗泡導(dǎo)致長(zhǎng)期積水從而加速腐蝕的現(xiàn)象。