鋼結構腐蝕防護新技術在輸電工程中的應用

陳奕燊

摘要：輸電工程在國民經濟的建設中具有重要作用，各行各業的生存與發展均離不開能源、電力的支持，個人的衣食住行也與輸變電工程息息相關。鋼結構防護是輸變電工程中的重點工作，而輸電工程長期暴露在自然的環境中，這就決定了鋼防護對技術性、專業性的要求較高。文章對鋼結構腐蝕防護新技術在輸電工程中的應用進行了探討。

關鍵詞：輸電工程；鋼結構防護；腐蝕防護新技術；電力行業；輸電線；發電廠房 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG174 文章編號：1009-2374（2016）12-0037-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.017

近年來，各行各業的蓬勃發展對科技不斷提出了新要求，在此之下，也催生出了對鋼結構研發的巨大的市場需求量，電力行業更為凸顯。不論是發電廠房還是輸電線的塔架，再或者是輸電基礎設施，鋼結構可謂“無孔不入”，是主要的建筑材料。原因有二：第一，鋼材自身具備其他材料所不能比擬的優越；第二，輸電工程所處自然環境的特殊性正好與鋼材及其成品構件所具備的長處相迎合。長期暴露于自然環境中，風吹日曬之下，防火、防腐蝕是首要克服的難關。為了適應時代發展的要求，鋼結構的設計與應用技術雖然已取得了卓越的進步，但是再接再厲是大勢所趨，也是輸電工程永葆生命活力、立于不敗之地的力量源泉。

1 鋼結構防護新技術在輸電工程中的重要作用

輸電鋼件易遭受腐蝕的原因是其長期暴露在自然環境中。鋼結構防護技術于輸電工程而言，關系到其壽命的長短，更關系到一個國家經濟實力的強弱。鋼結構的防火、防腐蝕等問題隨著鋼材及其構件的大肆應用而鋪天蓋地地襲來，給人民的日常生活帶來了諸多不便，也束縛住了國家經濟建設的腳步。輸電工程的安全生產，后續一系列的維護工作都是圍繞著鋼結構的防腐蝕等防護能力展開的，鋼結構的防護能力強，則輸電工程興盛繁榮，鋼結構的防護能力弱，導致事故多發，影響各行各業的安全與生產，則不僅人民的生活深受其害，縱觀整個經濟發展全局，牽一發而動全身。

有不少統計材料顯示，輸電工程中鋼結構的防腐維護成本所占整個鋼結構防腐技術的50%左右，比例頗高，導致電網運營的成本較高，而且安全性也有待考究，尤其在一些環境條件尤其惡劣的地方，防腐的成本投入更高，然而倒塌事故發生的頻率卻并沒有降低多少。近年來，國家電網公司致力于加強基建設計和技術管理積極應用新技術、新材料，不斷致力于鋼結構防護新技術的研發，著力延長項目工程的壽命。以合理的成本實現輸電鋼構件的防腐等維護工作是當前防腐技術研發工作人員的熱點研究題材，也是“堅強智能電網”建設進程有效推進的重要舉措。

2 輸電工程的鋼結構防護技術的現狀

建筑的腐蝕介質有五大分類，如氣態、腐蝕性水等。按照腐蝕性的強度，不同的介質的腐蝕作用又分為強、中、弱、無四個級別。就目前而言，鋼結構大量使用的防腐性措施主要針對腐蝕性介質物理狀態和其對建筑材料的不同的腐蝕性等級，采用不同的措施與方法。簡單概括為三類：第一，為了增強抗銹能力，革新金屬結構的要素組成，將銅、鉻、鎳等合金元素于冶煉過程中加入鋼材；第二，鍍金屬保護層于鋼材表面也是防腐工作中的一大特色，如電鍍、熱浸鍍鋅等金屬保護層防腐蝕體系的構建等；第三，鋼材表面用涂料等非金屬將鋼材表面保護起來，從而隔絕大氣層中的有害介質的腐蝕。鑒于電力行業經濟全局中的紐帶作用，電力設施在正式投入使用后，一旦遇到停運檢修的情況，其影響極其惡劣，有導致社會各部門配合失調、整個經濟體系陷入癱瘓的可能。而且輸電結構中的主要材料鋼結構因為長期受大氣溫度冷熱交替的影響以及其他不同種介質的水的侵蝕等因素的影響，對鋼結構的防腐要求也頗高。鋼結構防護新技術在輸電工程中運用最為廣泛的是鍍金屬保護層，該金屬層選用比鐵更加活躍的金屬元素，如鋅，當外界環境發生化學腐蝕變化時，電極電位低的陽極首當其沖，先遭受腐蝕，而保護層內的金屬元素則因受到由此形成的電化學保護而免受侵蝕。

因此，充分研究和分析輸電工程所處的環境，包括地質因素和氣候因素，將氣溫的高低、冷熱變化的幅度以及大氣降水的酸堿度、風向等因素全部囊括在內，兼顧考慮鋼材或者是鋼構件自身的抗腐蝕能力的最重承載負荷，選取一種合適的金屬元素作為保護層，力求達到輸電工程在投放運用過程中免維護、無停運的要求是輸電工程鋼結構防腐技術的完美運用。

3 影響鍍鋅保護層質量的主要因素

在鍍金形成金屬防護措施中的金屬元素一般首選鋅，這是由鋅的氧化活性強這一特點所決定的，除此之外，鋅所形成金屬保護層的抗腐蝕質量還受其他因素的影響。

3.1 自然環境

自然環境始終是影響金屬保護層質量的主要因素，輸電工程一般都是直接與自然接觸的，氣候溫度、大氣濕度以及降雨量、酸堿度等因素每時每刻都對鍍鋅所形成的防護層產生重大的影響。倘若對這些影響因素置之不理或者處理不當，可能會加快鋼結構的腐蝕速度。

3.2 鋼材自身性能

鋼材自身性能是決定金屬保護層質量高低的基礎。電力結構所采用的大多是以碳素結構為基本組成要素的鋼材，內腐蝕性差是不容忽視的弊端。而且在冶煉過程中高溫所產生的熱殘余應力易導致電焊縫隙以及鋼件結構的縫隙處發生腐蝕的幾率增大。

3.3 鋅的密度

金屬鋅含量的高低及分布的致密性的稀疏決定了含鋅類金屬防護體系防護能力的強弱，而60%的鋅含量是其發揮防腐防護作用的基準數，否則很難發揮作用。

3.4 工作應力變形的影響

鋼結構腐蝕和鋼結構自身所受到的應力緊密相關。鋼結構在工作時所受到的可變荷載尤其是循環（沖擊）交變荷載是影響的主力軍，倘若其受力不均，應力會隨之發生相應的改變，主要表現為應力的集中和變形。而且腐蝕性與兩者之間的關系呈正相關，應力越大，變形越嚴重，腐蝕現象越嚴重。

4 當前輸電工程中鋼結構鍍鋅防腐防護技術的對比

4.1 鍍鋅工藝對比

鋅作為鋼結構防腐技術的首選元素，其發揮保護作用的方式有很多種，比如金屬涂料體系、電鍍、冷噴等體系。

據統計數據顯示，電鍍鋅以高達60%的比例運用于鋼結構的表面處理，其防腐性能也得到了業內外人士的認可。但是高污染、高能耗等負面弊端伴隨著良好防護性能作用的發揮而來，代價頗重。此外，熱鍍鋅是在高溫的環境下完成的，灼熱的溫度會使鋼材熱化變形，增大了鋼材構件的熱殘余應力，為腐蝕的發生埋下了隱患。另外，電化鍍鋅在施工過程中，操作繁雜靈活性差，一旦出錯，可修復性難度大。因此，電化鍍鋅的技工專業度要求更高。從鋼結構構件的使用周期來看，重復性操作的成本費用花費較高，不夠經濟。

冷噴鋅工藝的問世解決了熱鍍鋅的不足。冷噴鋅工藝可讓保護層的鋅含量高達96%，接近100%的極密的超強防護性能保護層。其本身的活性氧化性能及其致密性讓保護層內的鐵得到雙重防護而不被氧化，從而提高了鋼結構的防護性能。冷噴鋅摒棄以往電化的高溫條件，恒常的溫度讓鋼結構不易熱化變形，氧化率和縫隙都將減少，也大大降低了熱殘余應力。此外，冷噴鋅工藝的節能環保性能大大增強，在施工過程中產生極少的廢液，污染小，環保效果非常可觀。

4.2 鍍鋅成本比較

將冷噴鋅與電化鍍鋅的工藝過程相比較可知，冷噴的工藝不需要高溫加熱這一環節，從而節省了傳統鍍鋅所消耗的能源損耗，也省去了此環節其他的一系列費用，經濟實惠又環保。綜上所述，拋開鋼材自身的厚度因素，冷噴技藝的造價極有可能低于熱鍍鋅的成本。

4.3 防腐能力比較

金屬鋅含量的高低及分布的致密性的稀疏決定了含鋅類金屬防護體系防護能力的強弱，而60%的鋅含量是其發揮防腐防護作用的基準數，否則很難發揮作用。不論是電鍍，還是冷噴，鋅元素都是兩大過程中的重要角色。

在電鍍過程中，因為電解液造成的腐蝕電流密度低等因素，導致電鍍層緊密度稀疏、鋅粉顆粒大，遇到氧化反應的陰極防護能力就會大大減弱。冷噴和電鍍技藝所運用的原理一樣，都是基于陰極保護電化學原理而成，兩者較為突出的差別在于所形成的防護膜的鋅的含量不同。冷噴技術可使鋅的含量高達96%，致密度是電鍍技術所無法超越的水平，陰極防護極強的能力由此形成。與此同時，冷噴鍍層自身的緊固性極強，密不透氣，形成極好的屏障。優異的雙重防護功能大大延長了被保護的鋼結構的壽命。

除此之外，電鍍和冷噴的適用范圍也存在差異。因為熱鍍鋅鋼耐腐蝕性能受氣候、大氣濕度等因素影響的可能性更大，在實際的作業中，冷噴技藝所受的限制更小，適用的范圍更大。

5 結語

本文通過對鋼結構在輸電工程中的重要性的闡述，來分析增強和維護鋼結構防護能力的重要性。立足于輸電工程中鋼結構的防腐技術的現狀分析，了解到業內人士主要采用的防護措施以及影響防護體系防腐能力質量高低的主要影響因素，并在討論分析的基礎之上，比較鋅元素在不同的工藝中所起的防護能力的高低、造價成本以及所產生的副作用的迥異，從而了解到在日后的工作過程中，輸電工程對鋼結構防護新技術的研究所應當規避的風險、注意的問題以及可以用來借鑒并且能在日后的施工過程中發揚光大的經驗。總而言之，鋼結構的防腐防護工作是輸電項目工程的重中之重，必須高度重視，不斷創新技術，以較低的成本實現經濟、安全、高效的目的，創造出巨大的利潤。

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（責任編輯：蔣建華）