沿海地區(qū)輸電鐵塔防腐蝕方法對(duì)比分析

馬承志，楊宏倉(cāng)，余啟育，梁位正，林岳凌

（1.廣東電網(wǎng)公司江門供電局，廣東江門 529000；2.江門市大光明電力設(shè)備廠有限公司，廣東江門 529000）

沿海地區(qū)輸電鐵塔防腐蝕方法對(duì)比分析

馬承志1，楊宏倉(cāng)2，余啟育1，梁位正1，林岳凌2

（1.廣東電網(wǎng)公司江門供電局，廣東江門 529000；2.江門市大光明電力設(shè)備廠有限公司，廣東江門 529000）

提出了四個(gè)輸電鐵塔防腐蝕方案，考慮沿海地區(qū)的環(huán)境特征分別對(duì)其進(jìn)行了鹽霧加速試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，帶銹涂料防腐方法和金屬涂層+有機(jī)封閉涂層防腐方法相對(duì)于常規(guī)的熱鍍鋅方法均能有效緩解輸電鐵塔用鋼鐵材料在鹽霧加速實(shí)驗(yàn)中的腐蝕作用。同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，帶銹涂料防腐方法的防腐蝕效果略優(yōu)于金屬涂層+有機(jī)封閉涂層防腐方法。

輸電鐵塔；防腐蝕方法；沿海地區(qū);對(duì)比分析

0 引言

我國(guó)現(xiàn)有的輸電塔大多采用鋼結(jié)構(gòu)，主要采用熱鍍鋅方式作為其防腐蝕措施。在一般大氣環(huán)境中，現(xiàn)有的輸電鐵塔能正常服役多年，基本滿足輸電鐵塔的運(yùn)行要求。然而，在沿海地區(qū)或者環(huán)境惡劣的工業(yè)區(qū)，其潮濕多鹽的氣象因素與嚴(yán)重的空氣污染等環(huán)境因素將會(huì)使輸電鐵塔的耐用年限明顯縮短。這不但增加了相關(guān)部門的維護(hù)工作量，而且情況嚴(yán)重時(shí)將有可能影響輸電線路的正常運(yùn)行，從而降低了輸電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

近年來，國(guó)內(nèi)許多科研機(jī)構(gòu)和電力部門對(duì)輸電鐵塔的腐蝕問題和防腐蝕技術(shù)、金屬的腐蝕和防護(hù)技術(shù)等相關(guān)方面上進(jìn)行了許多調(diào)查和研究工作[1-10]。文獻(xiàn)[1]對(duì)大氣環(huán)境的各個(gè)腐蝕因素相關(guān)性進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[2]對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕因素以及相關(guān)防護(hù)技術(shù)進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)[3-6]對(duì)輸電鐵塔以及輸電鐵塔的相關(guān)金屬部件的腐蝕和防護(hù)等相關(guān)問題進(jìn)行了調(diào)查研究。文獻(xiàn)[7]對(duì)輸電鐵塔的腐蝕問題采用有機(jī)涂料的方法進(jìn)行了防護(hù)設(shè)計(jì)，并對(duì)防護(hù)方法進(jìn)行了分析和討論。文獻(xiàn)[8]采用電化學(xué)阻抗譜評(píng)價(jià)方法對(duì)輸電鐵塔各種防護(hù)涂層配套性能進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)[9]采用有限元法對(duì)在役銹蝕輸電鐵塔的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了分析和安全評(píng)定。文獻(xiàn)[10]結(jié)合地域的環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)特定地域輸電鐵塔的腐蝕問題以及防護(hù)方法進(jìn)行了分析和討論。

在對(duì)現(xiàn)有金屬防腐蝕方法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，本文提出了四個(gè)輸電鐵塔防腐蝕方案。結(jié)合沿海地區(qū)潮濕多鹽的環(huán)境特點(diǎn)，本文對(duì)這四個(gè)方案分別進(jìn)行了鹽霧加速試驗(yàn)，并從試樣表面的宏觀形貌、微觀形貌、截面微觀形貌以及電化學(xué)阻抗譜四個(gè)方面對(duì)各個(gè)防腐蝕方案效果進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)。

1 沿海地區(qū)環(huán)境特征

由于海水的蒸發(fā)，沿海地區(qū)具有大氣相對(duì)濕度大且鹽分含量高的特點(diǎn)。當(dāng)降水量大或者濕度較大時(shí)容易使鐵塔表面積水，并形成較厚的水膜，腐蝕速度會(huì)明顯加快。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，廣東沿海地區(qū)全年相對(duì)濕度在75%左右，其中廣州、汕尾、陽江等地相對(duì)濕度超過80%，各地的平均溫度大多在21℃左右，日降水量平均200 mm左右。

沿海地區(qū)作為我國(guó)改革開放的門戶地區(qū)，其經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度快，居民人口和工業(yè)密集程度高。因此，該類地區(qū)的工業(yè)生產(chǎn)、城市交通和日常生活所造成的廢氣排放常常使其面臨著嚴(yán)重的空氣污染問題。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，近年來廣東各地SO2的排放量均在0.015 mg/m3以上，佛山地區(qū)的SO2排量在表中地區(qū)的排量最大，達(dá)到0.04 mg/m3以上。

我國(guó)輸電鐵塔主材為16Mn，輔材為Q235，防腐蝕方式主要采用熱鍍鋅方式。沿海地區(qū)潮濕多鹽的氣象因素與工業(yè)發(fā)展造成的空氣污染等環(huán)境因素容易加速輸電鐵塔的腐蝕現(xiàn)象，從而明顯縮短該類地區(qū)的輸電鐵塔的耐用年限。

2 金屬防腐蝕方法及鐵塔防腐蝕方案設(shè)計(jì)

2.1 金屬防腐蝕方法

現(xiàn)在金屬防腐蝕的方法有很多，常用的主要有熱鍍鋅、防腐涂料和陰極保護(hù)法三類。

熱鍍鋅是將除銹后的金屬構(gòu)件表面鍍上一層鋅層，從而起到防腐蝕的目的。目前這種方法的生產(chǎn)工業(yè)化程度較高、質(zhì)量穩(wěn)定，因而被大量應(yīng)用于受大氣腐蝕較嚴(yán)重且不易維修的戶外金屬構(gòu)件中。

防腐涂料方法是將非金屬保護(hù)層有機(jī)和無機(jī)化合物涂覆在金屬表面。常用的防腐涂料有富鋅涂料、帶銹涂料、納米涂料和含氟涂料等等。防腐涂料具有成本低、施工工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，是金屬防銹的主要手段之一。目前，90%以上鋼構(gòu)件采用的是該類方法。

陰極保護(hù)法可分為犧牲陽極保護(hù)方法和外加陰極電流保護(hù)方法。犧牲陽極保護(hù)法是在被保護(hù)的金屬設(shè)備上連接一種更易失去電子的金屬或合金，例如用金屬鋅充當(dāng)陽極保護(hù)鋼鐵設(shè)備等。外加電流陰極保護(hù)法是把要保護(hù)的金屬設(shè)備作為陰極，另外用不溶性電極作為輔助陽極，兩者都放在電解質(zhì)溶液里，接上外加直流電源。通電后，大量電子被強(qiáng)制流向被保護(hù)的金屬設(shè)備，使其表面產(chǎn)生負(fù)電荷的積累。當(dāng)外加足夠強(qiáng)的電壓時(shí)，金屬腐蝕而產(chǎn)生的原電池電流就不能被輸送，從而達(dá)到了防腐蝕的目的。

2.2 鐵塔防腐蝕方案設(shè)計(jì)

根據(jù)目前的金屬防腐方法和沿海地區(qū)的氣候環(huán)境特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了以下四個(gè)輸電鐵塔防腐蝕方案。各個(gè)方案簡(jiǎn)要介紹如下。

方案一：金屬涂層+有機(jī)封閉涂層體系

該方案是通過簡(jiǎn)單的物理疊合或化學(xué)粘結(jié)將各具特點(diǎn)的單一涂層材料聯(lián)為一體，形成綜合性能良好的多層涂層系統(tǒng)，具有良好的附著力、抗沖擊性、柔韌性以及層間的配套性和結(jié)合力，有使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。本方案中選用的涂層體系為鋅涂層（膜厚150μm）+灰鋁鋅醇酸面漆（膜厚70μm）。

方案二：帶銹涂料

新型帶銹涂料由改性環(huán)氧、特種固化劑、滲銹穩(wěn)銹防銹劑、防銹顏料、功能性助劑等組成的雙組份化學(xué)反應(yīng)型重防腐蝕涂料，具有涂層致密、附著力強(qiáng)、耐磨抗沖擊性能好、防腐性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。該涂料可直接涂覆在具有一定腐蝕的鋼鐵表面，主要用于海洋、潮差和浪濺區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)件防腐。

方案三：外加電流陰極保護(hù)法

本方案使用羅氏道普電子防銹器對(duì)輸電鐵塔用鋼鐵材料進(jìn)行外加電流陰極保護(hù)法實(shí)驗(yàn)。

方案四：熱鍍鋅方法

本方案的熱鍍鋅層為65 μm，附著于輸電鐵塔用鋼鐵材料上。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析

針對(duì)以上四個(gè)防腐蝕技術(shù)方案，本文分別進(jìn)行了鹽霧加速試驗(yàn)，并對(duì)各個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了宏觀形貌評(píng)價(jià)和微觀形貌評(píng)價(jià)。

圖1依次給出了四個(gè)方案的試樣在鹽霧加速試驗(yàn)前的照片。各方案的試樣經(jīng)過鹽霧加速實(shí)驗(yàn)960 h后表面形態(tài)如圖2所示。從圖2中可以清晰看出，經(jīng)過鹽霧加速實(shí)驗(yàn)960 h后，方案1和方案2的試樣表面涂層完好，無破損，有少數(shù)白色繡點(diǎn)。同時(shí)也可以看到，方案3和方案4的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)完全被白銹覆蓋，表明此時(shí)方案3和方案4的防腐蝕措施已經(jīng)完全失效。

圖1 各方案所用試樣鹽霧加速實(shí)驗(yàn)前照片

圖2 各方案試樣經(jīng)960小時(shí)隨鹽霧加速測(cè)試后照片

為了對(duì)以上防腐蝕方案的防腐蝕效果進(jìn)行更細(xì)致的區(qū)分，本文進(jìn)一步對(duì)這兩個(gè)方案試樣進(jìn)行了微觀形態(tài)評(píng)價(jià)。圖3給出了方案1試樣涂層微觀形貌隨鹽霧時(shí)間變化照片，從中看出鹽霧測(cè)試前，涂層較為平整，表面均勻分布直徑10微米左右的小孔。當(dāng)鹽霧實(shí)驗(yàn)進(jìn)行2 000小時(shí)后，發(fā)生破裂現(xiàn)象，表明該方案所用的涂層已經(jīng)失去保護(hù)作用。

圖4給出了方案二微觀形貌隨鹽霧時(shí)間變化照片。從中看出鹽霧試驗(yàn)前后，角鋼涂層的表面平整，有少量微孔，無裂紋，無破損。經(jīng)歷2 000小時(shí)鹽霧加速實(shí)驗(yàn)后，涂層基本保持完好，仍然具有保護(hù)作用。

圖3 方案1涂層微觀形貌隨鹽霧時(shí)間變化照片

圖4 方案2涂層微觀形貌隨鹽霧時(shí)間變化照片

圖5和圖6分別給出了方案3和方案4微觀形貌隨鹽霧時(shí)間變化照片。方案3和方案4的試樣同樣都是角鋼表面熱鍍鋅，但是前者連接羅氏道普電子防銹器進(jìn)行了外加電流陰極保護(hù)措施，后者直接放入鹽霧箱。從中可以看出，兩個(gè)試樣表面熱鍍鋅均為鱗片狀分布，鱗片尺寸從幾十微米到幾百微米不等。經(jīng)鹽霧加速實(shí)驗(yàn)150小時(shí)后，試樣表面均出現(xiàn)白銹，即鍍鋅層發(fā)生腐蝕產(chǎn)生的白色物質(zhì)。兩張實(shí)驗(yàn)照片中的腐蝕產(chǎn)物均為松散的堆積狀態(tài)，表明經(jīng)過鹽霧加速實(shí)驗(yàn)150小時(shí)后熱鍍鋅防護(hù)已經(jīng)被嚴(yán)重腐蝕。

圖5 方案3涂層微觀形貌隨鹽霧時(shí)間變化照片

圖6 方案4涂層微觀形貌隨鹽霧時(shí)間變化照片

通過以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析可以看出，本文所提出的四種防腐蝕方案中，方案1和方案2（新型帶銹涂料和金屬涂層+有機(jī)封閉涂層）相對(duì)于常規(guī)的鐵塔防腐蝕方案3（熱鍍鋅方法）均能有效減緩輸電鐵塔的腐蝕作用，對(duì)輸電鐵塔進(jìn)行有效的防腐蝕保護(hù)。方案4（外加電流的陰極保護(hù)方法）和方案3的防腐蝕效果較為接近。以下針對(duì)方案1和方案2的防腐蝕效果做進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)分析。

圖7和圖8分別是方案1試樣和方案2試樣涂層截面顯微鏡照片。圖7中左側(cè)有大量顆粒狀區(qū)域?yàn)榛祝覀?cè)白色箭頭所對(duì)的帶狀區(qū)域?yàn)橥繉印｛}霧加速實(shí)驗(yàn)前，涂層厚度約為100微米左右，涂層與基底之間結(jié)合較為緊密，間隙很小。經(jīng)過2 000小時(shí)鹽霧加速實(shí)驗(yàn)測(cè)試后，涂層的厚度略有增加，涂層與基底之間出現(xiàn)明顯的裂縫，這對(duì)于涂層的結(jié)合力產(chǎn)生不利影響，將導(dǎo)致結(jié)合力下降。圖8中左側(cè)有大量顆粒狀區(qū)域?yàn)榛祝覀?cè)白色箭頭所對(duì)的帶狀區(qū)域?yàn)橥繉印｛}霧加速實(shí)驗(yàn)前，涂層厚度約為100微米左右，涂層與基底之間結(jié)合較為緊密，間隙很小。經(jīng)過2 000小時(shí)鹽霧加速實(shí)驗(yàn)測(cè)試后，涂層的厚度略有增加，涂層與基底之間出現(xiàn)明顯的裂縫，現(xiàn)象與方案1相似，這將導(dǎo)致涂層結(jié)合力下降。試樣涂層截面顯微鏡照片顯示方案1和方案2的試樣經(jīng)過2 000小時(shí)鹽霧加速試驗(yàn)后涂層結(jié)合力均有所下降。

圖7 方案1試樣涂層截面顯微鏡照片

圖8 方案2試樣涂層截面顯微鏡照片

圖9 方案1試樣隨鹽霧加速實(shí)驗(yàn)時(shí)間變化的電化學(xué)阻抗譜圖

圖10 方案2試樣隨鹽霧加速實(shí)驗(yàn)時(shí)間變化的電化學(xué)阻抗譜圖

圖9和圖10給出了方案1和方案2的電化學(xué)阻抗譜圖。可知，方案2的初始電化學(xué)阻抗值略大于方案1的初始電化學(xué)阻抗值，都接近108 Ω·cm2，其阻抗譜圖響應(yīng)均呈現(xiàn)單容抗弧，僅出現(xiàn)一個(gè)時(shí)間常數(shù)，說明兩個(gè)方案的涂層均具有較好的屏蔽作用，能對(duì)試樣金屬起到較好的保護(hù)作用。隨著在鹽霧環(huán)境中時(shí)間的延長(zhǎng)，容抗弧半徑逐漸減小，阻抗值逐漸降低，這說明涂層的防護(hù)性能逐漸降低，腐蝕介質(zhì)通過微孔、縫隙不斷向涂層內(nèi)部滲透，但是兩種防腐蝕方案仍能避免電解質(zhì)溶液與金屬基體直接接觸。這與腐蝕形貌評(píng)價(jià)一致。同時(shí)也可從阻抗圖譜看到，經(jīng)過2 000小時(shí)的鹽霧加速實(shí)驗(yàn)后，方案1阻抗降低至略小于2.5×107 Ω·cm2，方案2阻抗降低至略大于2.5× 107 Ω·cm2，表明方案2的防腐蝕效果稍優(yōu)于方案1。

4 結(jié)論

本文在對(duì)現(xiàn)有金屬防腐蝕方法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合沿海地區(qū)的環(huán)境特征提出了四個(gè)輸電鐵塔防腐蝕方案，并分別對(duì)其進(jìn)行了鹽霧加速試驗(yàn)。通過對(duì)各個(gè)方案實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行表面宏觀形貌、表面微觀形貌、截面微觀形貌以及電化學(xué)阻抗譜的評(píng)價(jià)和對(duì)比，可以看出文中所提出的帶銹涂料防腐方法和金屬涂層+有機(jī)封閉涂層防腐方法相對(duì)于常規(guī)的熱鍍鋅方法均能有效緩解輸電鐵塔用鋼鐵材料在鹽霧加速實(shí)驗(yàn)中的腐蝕作用。同時(shí)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果也表明帶銹涂料防腐方法的防腐蝕效果略優(yōu)于金屬涂層+有機(jī)封閉涂層防腐方法。

［1］屈祖玉，董玉蘭，李長(zhǎng)榮，等.大氣環(huán)境腐蝕性因素的相關(guān)性［J］.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1999（06）：552-555.

［2］王彩華，吳劍鋒，張麗娜.鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕與防護(hù)［J］.建材技術(shù)與應(yīng)用，2009（02）：17-19.

［3］陳軍君，胡加瑞，謝億，等.典型工業(yè)區(qū)輸電線路金具腐蝕失效分析［J］.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2013（06）：508-513.

［4］劉純，陳軍君，陳紅冬，等.輸電鐵塔的腐蝕特性和防護(hù)［J］.湖南電力，2012（03）：24-26，42.

［5］陳云，強(qiáng)春媚，王國(guó)剛，等.輸電鐵塔的腐蝕與防護(hù)［J］.電力建設(shè)，2010（08）：55-58.

［6］陳彤，談天，洪毅成，等.輸電網(wǎng)鍍鋅金屬部件的腐蝕與防護(hù)［J］.中國(guó)電力，2013（11）：1-7.

［7］陳耀財(cái)，安貞基.輸電鐵塔腐蝕分析與有機(jī)涂料防護(hù)設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代涂料與涂裝，2010（10）：23-27.

［8］陳云，藥寧娜，陳新，等.電化學(xué)阻抗譜評(píng)價(jià)輸電鐵塔防護(hù)涂層配套性能［J］.腐蝕與防護(hù)，2011（09）：735-741.

［9］陳露，徐善華，孔正義，等.輸電塔腐蝕安全評(píng)定的有限元分析［J］.鋼結(jié)構(gòu)，2010（6）：76-78，10.

［10］樊雄偉，彭泉光.廣西輸電鐵塔腐蝕防現(xiàn)狀調(diào)查與防治建議［J］.廣西電力，2012（04）：64-66.

Comparison and Analysis on Anticorrosion Methods of Transmission Tower in Coastal Area

MA Cheng-zhi1，YANG Hong-cang2，YU Qi-yu1，LIANG Wei-zheng1，LIN Yue-ling2
（1.Jiangmen Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corp.，Jiangmen529000，China；2.Jiangmen DGM Electric Power Equipment Factory Co.，Ltd.，Jiangmen529100，China）

With considering environmental characteristics of coastal areas，four anticorrosion schemes were proposed for transmission tower in this paper.These schemes were tested by using salt spray corrosion chamber respectively.Experimental results showed that both of on rust paint scheme and metal+organic coating scheme can reduce the corrosion of steel material more effectively than that of the conventional scheme of hot galvanized.Also，the experimental results showed that on rust paint scheme has better anticorrosion effect than that of metal+organic coating scheme.

transmission tower；anticorrosion method；coastal area；contrastive analysis

TM75

：A

：1009－9492(2014)12－0141－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.12.035

馬承志，男，1985年生，江西東鄉(xiāng)人，碩士研究生，工程師。研究領(lǐng)域：輸變電運(yùn)行管理。已發(fā)表論文6篇。

(編輯：向 飛)

2014－11－05