談某水電站泄洪洞鋼閘門腐蝕原因分析及處理

趙 亮

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆烏魯木齊 830000)

1 概述

隨著我國水利事業(yè)的快速發(fā)展，水電站及相關(guān)水利設(shè)施迅速增加，這些水工建筑物大多為鋼結(jié)構(gòu)。如某水電站金屬結(jié)構(gòu)部分共設(shè)置孔口41個(gè)，其中平板閘門13扇，弧形閘門3扇，攔污柵8扇，啟閉機(jī)設(shè)備15臺，其中固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)4臺，液壓啟閉機(jī)4臺，單向門機(jī)1臺，雙向門機(jī)1臺。各類閘門及攔污柵總重1 130 t，鑄鐵配重40 t，埋件總重約1 809 t，各種啟閉設(shè)備總重約1 455 t，閘門及埋件噴金屬防腐面積約25 000 m2。不同的設(shè)備在工程中承擔(dān)著不同的作用，如表孔弧形閘門用于水庫的正常泄洪及向下游排泄污物、深孔弧形閘門承擔(dān)汛期泄洪及調(diào)節(jié)下游用水的需求。

該電站自2004年運(yùn)行以來，各水工鋼閘門未出現(xiàn)任何事故，能夠很好的完成夏季防汛及冬季防冰凌工作，并能夠保證電站正常發(fā)電，其中泄洪閘門運(yùn)行頻率較高，每年平均約70次，未出現(xiàn)誤操作事故，但在日常的檢修維護(hù)工作中發(fā)現(xiàn)，弧形鋼閘門的側(cè)護(hù)板及底護(hù)板出現(xiàn)不同程度的銹蝕情況。2010年9月我單位委托水利部水工金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗(yàn)測試中心為鋼閘門及啟閉機(jī)進(jìn)行了安全檢測，檢測報(bào)告結(jié)果表明各鋼閘門均出現(xiàn)不同程度的銹蝕，其中某泄洪洞部分腐蝕檢測情況如表1所示。

表1 泄洪洞工作閘門腐蝕情況

2 鋼閘門銹蝕原因分析

因?yàn)楸句撻l門是深孔弧形鋼閘門，部分浸沒在水中，部分長期暴露于大氣環(huán)境中，在長期的運(yùn)行過程中，閘門不同部位受到不同程度的腐蝕，腐蝕影響因素是不一樣的。影響鋼閘門銹蝕的原因有很多，如環(huán)境因素、安裝處理、運(yùn)行管理等因素，下面就影響鋼閘門銹蝕的因素進(jìn)行簡要分析。

2.1 大氣環(huán)境因素

大氣環(huán)境中發(fā)生腐蝕的影響因素包括環(huán)境因素，其主要包括環(huán)境溫度和環(huán)境相對濕度。一般來說，環(huán)境溫度越高，空氣中的紫外線越多，對閘門表面涂層的影響越大，時(shí)間長了容易造成閘門表面涂層粉化脫落。該閘門所處位置屬于高海拔區(qū)域，海拔接近1 000左右，全年雨水豐潤，降雨主要集中在6月～8月，全年平均溫度在10℃左右，陽光直射較強(qiáng)，對涂層防護(hù)壽命有較大影響，在這次檢測中就發(fā)現(xiàn)閘門局部出現(xiàn)了點(diǎn)狀剝落。

空氣中的相對濕度也是影響鋼閘門銹蝕的重要因素，一般來說，空氣中的相對濕度在60%以下時(shí)，鋼材的腐蝕是很輕微的，但相對濕度增加到臨界濕度70%以上時(shí)，鋼材的腐蝕速度會顯著升高。對于帶涂層的鋼結(jié)構(gòu)來說，空氣相對濕度大時(shí)，水分子、氧氣通過涂層中的孔隙滲透到鋼材表面后容易形成導(dǎo)電水膜，在鋼結(jié)構(gòu)表面形成腐蝕產(chǎn)物后，發(fā)生體積膨脹把鋼結(jié)構(gòu)表面涂層脹掉后形成腐蝕源。對該泄洪洞閘門來說，雖然所處位置空氣中相對濕度40%都超過臨界濕度，但在結(jié)構(gòu)表面噴涂的鋅金屬涂層，能夠提供保護(hù)作用，結(jié)構(gòu)表面尚未出現(xiàn)銹蝕狀態(tài)。

2.2 水質(zhì)對閘門造成的銹蝕影響

水體水質(zhì)也是影響鋼閘門銹蝕的重要原因之一。一般來說，水體中影響鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的水質(zhì)參數(shù)主要有pH值、氯化物、硫酸鹽、電導(dǎo)率等。通過對水質(zhì)的監(jiān)測得出以下數(shù)據(jù)如表2，表3所示。

表2 閘門上游水質(zhì)

表3 閘門下游水質(zhì)

從表中可以看出，硫酸鹽、氯化物含量均處于較低水平，pH為7.9說明水體呈弱堿性，鋼結(jié)構(gòu)在此種水體里面腐蝕速度相對較慢，對材料腐蝕影響不是很大。此外，該水電站河流含沙量較小(有沒有數(shù)據(jù))，對閘門形成沖刷磨蝕的影響較小。這從檢測鋼閘門時(shí)表面未發(fā)現(xiàn)明顯變化可以得到驗(yàn)證。

2.3 運(yùn)行管理對閘門銹蝕的影響

閘門的運(yùn)行管理是影響閘門腐蝕的重要因素。每次洪水來時(shí)帶來大量的竹、木、稻草等漂浮物，如不及時(shí)清理，很容易造成閘門的卡阻、阻塞，導(dǎo)致閘門長期漏水進(jìn)而造成閘門腐蝕。閘門泄洪時(shí)候上下游水位差形成了壓力場和速度場，具有一定的壓力分布和速度分布，很容易對門槽、門體及其附近的邊墻或底板上造成沖刷腐蝕及空蝕，輕則出現(xiàn)海綿狀麻點(diǎn)、蜂窩，重則導(dǎo)致門槽下游或門體本身大面積破壞，直接威脅水工建筑物的安全運(yùn)行。該閘門每年運(yùn)行頻次較高，泄洪時(shí)候水位差控制在1 m～3 m，空蝕對閘門底緣銹蝕影響較大，在這次檢查過程中即發(fā)現(xiàn)底緣有很明顯的銹蝕出現(xiàn)。

3 閘門銹蝕處理方案

該泄洪洞閘門初始防腐蝕設(shè)計(jì)方案是噴鋅加涂料復(fù)合保護(hù)。這次檢測結(jié)果顯示除了閘門底緣銹蝕情況較重外，其余部位無明顯腐蝕，因此本次閘門銹蝕處理主要針對底緣位置。

3.1 具體步驟

關(guān)于水工鋼閘門除銹在10月天氣相較于往年較寒冷，大致4℃～15℃，在處理閘門銹蝕過程中發(fā)電并未停止水位持續(xù)降低但降幅并不是很大，在過程中將事故閘門投入運(yùn)行，具體方案如下:由于對閘門底護(hù)板及側(cè)護(hù)板做全面的防腐處理，由于泄洪洞較高需搭設(shè)腳手架，將腳手架搭設(shè)好后，用磨光機(jī)對側(cè)護(hù)板及底護(hù)板做全面打磨處理，再次將鋅絲在高溫火焰中熔化。用壓縮空氣將熔化了的鋅吹成霧狀微粒，這霧狀微粒在高速噴射過程中受空氣冷卻，而處于半融狀態(tài)，堆積到結(jié)構(gòu)表面后，立即變形收縮，緊緊地嵌附在經(jīng)過除銹、有一定粗糙度的鋼結(jié)構(gòu)表面上，形成鍍層。防腐蝕涂層施工采用噴涂，防腐要求鋅絲，160 μm;環(huán)氧云鐵，80 μm;環(huán)氧富鋅，60 μm;銀灰色氯化橡膠，100 μm;復(fù)合涂層總厚度:400 μm。最后在鍍層的表面加以涂料保護(hù)，封閉孔隙。

3.2 施工過程中的問題

1)當(dāng)正確選擇涂料之后，金屬的表面處理不好，無論采用什么工藝，都不可能達(dá)到理想的效果。2)噴鋅防腐的關(guān)鍵也是金屬表面的噴砂處理，除銹不徹底，或出現(xiàn)二次生銹，都將嚴(yán)重的影響噴鋅防腐質(zhì)量。3)油漆、噴鋅防腐工作中，防腐質(zhì)量的好壞與操作人員的熟練程度、技術(shù)高低有關(guān)，所以選擇一支高素質(zhì)的隊(duì)伍，是搞好油漆、噴鋅防腐的關(guān)鍵。4)在施工過程中實(shí)行全過程的質(zhì)量控制與質(zhì)量監(jiān)理，確保每道工序符合技術(shù)要求。5)對防腐材料的選擇應(yīng)作小面積試驗(yàn)，經(jīng)過實(shí)踐的考驗(yàn)，取得效果后，再進(jìn)行大面積的推廣使用。

4 結(jié)語

截止2013年2月，已經(jīng)完成防腐工程16個(gè)月，水電站保持正常運(yùn)行，沒有再次做防腐處理，經(jīng)過防腐處理的鋼板并未出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，表面光滑。水電站金屬鋼結(jié)構(gòu)閘門由于所處腐蝕環(huán)境相對惡劣，受各種各樣因素的影響，在使用過程中表面會出現(xiàn)不同程度的銹蝕現(xiàn)象，通過技術(shù)分析，找出閘門腐蝕的具體原因，便于在以后進(jìn)行有針對性的處理，保證金屬結(jié)構(gòu)鋼閘門的長期安全運(yùn)行。