摘要：混凝土冷卻塔是火電廠重要的組成部分之一，近年來，其防腐蝕問題已經受到廣泛的重視。本文介紹了國內首個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介質、塔體內部各部位工況不同兩個方面介紹了重防腐涂料在電廠冷卻塔防護方面的應用，并對混凝土的表面處理和涂料涂裝工藝對冷卻塔防腐壽命和防腐效果進行了討論。

　 　 關鍵詞：冷卻塔；混凝土；重防腐；酚醛環氧；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筑物，主要由現澆鋼筋混凝土塔體(包括人字柱、環梁、筒壁)、蓄水池和塔內淋水構件組成。目前的熱電廠冷卻塔根據循環介質主要有以下幾種：淡水冷卻塔、空冷冷卻塔、排煙冷卻塔、海水冷卻塔。以前國內的冷卻塔有的沒有進行涂層保護，有的僅在冷卻塔混凝土澆筑的同時，利用澆筑塔筒時搭建的腳手架滾涂環氧瀝青漆、氯化橡膠漆或氯璜化聚乙烯涂料等進行簡單防護。基本不考慮混凝土的養護期，既不用等塔體完工后進行高空作業，也不對混凝土進行表面處理，直接在混凝土浮漿層上滾涂涂料。這類冷卻塔在運行幾年后腐蝕就相當嚴重，有的甚至滲漏。隨著科技的進步以及人們對環保和節能意識的提高，冷卻塔的功能越來越強大，冷卻介質對混凝土的要求也越來越苛刻。業主和設計師更加看重設備、設施的壽命周期成本，對冷卻塔的防腐蝕問題也越來越重視。本文就腐蝕較為嚴重的排煙冷卻塔和海水冷卻塔為例，探討對冷卻塔用涂料進行防腐蝕防護的方案。

　 　 1.混凝土的腐蝕

　 　 冷卻塔是鋼筋混凝土結構，由硅酸鹽水泥、填充料、水和助劑等混合后澆注而成，同時用鋼筋骨架來增加混凝土構件的強度。在一般情況下，混凝土本身具有高堿性(pH值≥12.5)，在這樣高堿性的環境中使鋼筋表面形成一層致密的鈍化膜而處于穩定狀態。但由于受到外界環境侵蝕介質的作用，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，鋼筋就開始腐蝕，各項力學性能嚴重下降。導致在小于設計基準期鋼筋混凝土結構就被破壞。

　 　 2.冷卻塔的腐蝕防護

　 　 2.1排煙冷卻塔的腐蝕環境

　 　 火電廠煙氣經除塵、脫硫后，一種方式是對煙氣再加熱后(由45～65℃加熱至80℃以上)經煙囪排放；另一種方式是借助冷卻塔的熱空氣抬升作用經冷卻塔排放，即煙塔合一技術(如圖1所示)。煙塔合一技術是在大多數情況下，其混合氣體的抬升高度遠高于煙囪，從而促進煙氣內污染物的擴散。同時該技術可提高電力系統能源利用效率，簡化電廠煙氣系統的工藝設計，而且避免煙囪建設和施工，節省煙囪地下基礎和煙囪本身建設費用，降低電廠投資。

　 　 采用煙塔合一技術的排煙冷卻塔的環境介質的腐蝕性將比常規冷卻塔更嚴重[1]。經過脫硫、脫硝后的凈煙氣通過玻璃鋼煙道直接進入自然通風冷卻塔內與水蒸氣混合后排入大氣，煙氣中的腐蝕介質(CO2、SO2、SO3、HCl及HF)將與水蒸氣接觸，遇冷凝結的水滴回落冷卻塔并在冷卻塔筒壁形成大的液滴。溶有腐蝕介質的液滴呈弱酸性(局部pH值可能達到1)[2]，長期的積累效應會對冷卻塔的殼體產生嚴重的腐蝕，而且煙氣中的腐蝕介質在紫外線作用下將加劇塔體結構的腐蝕作用。因而必須對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冷卻塔的結構安全至關重要。盡管排煙冷卻塔中排入的經過脫硫、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，與水蒸氣結合后仍具有較強的腐蝕作用。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每個標準體積。
 

　 　 排煙冷卻塔內介質腐蝕性強，工況復雜，不同的部位具有不同的腐蝕特點。冷卻塔內部煙道排出的煙氣遇水汽凝結成酸性液滴，風筒內表面喉部以上該部位受酸性液滴的腐蝕，太陽光紫外線的照射，并且涂層要耐混凝土基材強堿性。由于冷卻塔風筒高度通常在一兩百米，而風筒內部的煙囪僅為幾十米高，而且煙囪口遠低于雙曲線的喉部。冷卻塔運行后，風筒內壁喉部以下部位尤其是淋水構架處于流動、噴涌、飛濺、溢流等動態循環水環境中。為了防止冷卻塔循環水生長微生物、水生植物、苔癬等，循環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行時長期處于流動、噴涌、飛濺及浸沒的環境下，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。風筒外表面主要受到太陽光紫外線的照射，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排煙冷卻塔防護涂料系統

　 　 根據腐蝕環境的不同，排煙冷卻塔主要分為內表面喉部以上、喉部以下包括豎井、水槽、淋水架構、人字柱及水池和風筒外表面等幾個部分進行防腐蝕涂裝保護，見表3。

　 　 2.3海水冷卻塔的腐蝕環境

　 　 海水循環冷卻技術是我國沿海城市和地區急需的環保型節水高新技術，可廣泛應用于沿海城市和苦咸水地區的電力、石化、化工、鋼鐵等多種耗水型行業。在目前水資源緊缺的情況下，采用海水代替淡水是我國沿海城市和地區解決淡水資源危機問題的重要途徑之一。[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，海水循環技術正在逐漸代替海水直流。浙江寧海電廠是國內首創的海水冷卻塔，冷卻介質為二次循環海水，即海水濃縮倍數為2。冷卻塔高177.2m，進風口直徑達13314m，淋水面面積達1.3萬m2，建成后將成為國內外首屈一指的特大型冷卻塔之一。海水冷卻塔有巨大的優勢，但海水冷卻塔混凝土的防腐蝕問題嚴峻。海水中含有大量的氯化物，氯化物極易誘發混凝土、鋼筋腐蝕和銹蝕，主要原因如下[6]。
 

表3 排煙冷卻塔的防護涂料系統

　 　 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，當鋼筋表面的OH-的濃度降低到一定程度時，覆蓋在鋼筋表面的金屬氫氧化物和金屬氧化物開始分解，即受到氯化物污染和侵蝕處的“鈍化膜”開始被破壞，鋼筋開始腐蝕。

　 　 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差，出現了陰極和陽極。在原電池的作用下，鋼筋會持續腐蝕，并且Cl-在這個過程中不被消耗，會被重復地循環利用。

　 　 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+等離子都會參與混凝土中的離子導電，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程。為了更好地保護設備，二次循環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。這些化學試劑對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方案

　 　 根據腐蝕環境的不同，海水冷卻塔主要分為混凝土表干區、混凝土表濕區、混凝土外表面區。混凝土表干區包括中央豎井頂標高以上塔筒壁內壁，混凝土表濕區包括中央豎井頂標高以下塔筒壁內壁、淋水構架、配水槽、中央豎井、壓力進水溝、水池內壁、人字柱、人字柱支墩、循環水溝、循環水泵房等與濃縮海水接觸表面。冷卻塔運行后，混凝土表濕區尤其是淋水構架處于流動、噴涌、飛濺、溢流等動態循環水環境中，溝道內水流速度最高至5m/s，淋水構件梁柱承受最高至15m水頭的水流沖刷。這對涂料有較高的耐沖刷、耐沖擊、耐磨的要求。二次循環的海水冷卻塔涂料工作的最高溫度可達60℃，溫度升高，腐蝕加劇。為了防止冷卻塔循環水生長微生物、水生植物、苔癬等，循環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。風筒外表面主要受到太陽光紫外線的照射，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 海水冷卻塔的防護涂料系統

　 　 3.卻塔涂料施工工藝

　 　 3.1混凝土基材施工環境要求

　 　 冷卻塔的腐蝕防護不同于其他結構，混凝土基材的涂裝施工完全不同于鋼材表面的施工要求，基本要求見表5。

　 　 3.2表面處理

　 　 (1)除油根據SSPC-SP1規范。

　 　 (2)噴砂或高壓噴水處理。
 

 

表5 混凝土基材的施工環境要求

　 混凝土在澆注過程中不可避免地產生氣泡，混凝土表面都有一層浮漿層，在進行表面處理前看似平整，其實內部有不少孔洞。尤其是在每塊模板的頂部或者傾斜部位的上部氣泡較多，出現內部暗泡的可能性也較大。要求表面處理完全將氣泡打開，需將所有“外小里大”的氣孔噴砂處理成開放式，水能自動順沿下流，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，避免因為浮漿層松散、脫落導致漆膜脫落的問題。

　 　 (3)打磨處理。

　 　 將錯臺、棱角等所有影響涂漆或涂刷不到的缺陷用動力工具打磨處理。

 

3.3噴漆

　 　 (1)預涂裝

　 　 在進行噴涂之前，檢查是否有噴涂不易達到的部位，如有，則需要用刷涂的方法對其進行預先的涂裝，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)統噴

　 　 建議采用無氣噴涂進行施工。

　 　 在風速超過2級時不宜進行噴涂，否則涂料浪費嚴重而且易造成干噴，涂料不成連續的涂膜、涂膜無光澤。噴槍離基材表面距離以350～450mm為宜。避免距離過近造成橘皮，流掛、過厚或過遠造成成膜不連續、粗糙、漆霧和涂料的極度浪費。在后道工序施工之前，應確認其涂裝間隔時間滿足技術要求。

　 　 4.結語

　 　 本文討論了排煙冷卻塔和海水冷卻塔的腐蝕環境和導致混凝土腐蝕的主要影響因素，并針對不同冷卻塔的腐蝕環境提出了以酚醛環氧和改性環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境及防護要求，針對不同的部位設計不同的涂料配套、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，具有最大限度保護和美觀冷卻塔的效果。混凝土的表面處理是混凝土防護的一個重要部分。混凝土表面處理方法可以避免因混凝土浮漿層脫落導致防腐失效，避免出現混凝土常見的“外小里大”的暗泡導致長期積水從而加速腐蝕的現象。