輸電線路鐵塔腐蝕等級評定規則

,

(國網山東省電力公司 電力科學研究院，濟南 250002)

應用技術

輸電線路鐵塔腐蝕等級評定規則

劉爽,胡新芳

(國網山東省電力公司 電力科學研究院，濟南 250002)

采用熱鍍鋅層剩余厚度和通過人工目視宏觀檢測的鐵塔塔材表面腐蝕形貌作為評判依據，并借鑒鋼材表面腐蝕程度的劃分和涂層老化評級方法等相關標準，制定了輸電線路鐵塔腐蝕等級評定規則，并提出了處理建議。該評定規則易于輸電線路技術監督人員掌握和應用，使其能夠在現場快速準確地對輸電線路鐵塔腐蝕等級進行判定，并以此為依據制定下一步的處理方案。

輸電線路鐵塔；腐蝕；腐蝕等級；熱鍍鋅；評定規則

輸電線路鐵塔長期露天運行，面臨各類氣象條件和大氣腐蝕，運行環境惡劣[1]，由于環境腐蝕引起塔材失效呈逐年上升趨勢。目前,對于鐵塔的腐蝕防護主要采用熱鍍鋅層與涂刷防腐蝕涂料兩種方式[2]。熱鍍鋅層能隔離基體與腐蝕環境并對基體起到電化學保護作用。在內陸空氣干燥、潔凈的環境中，防護時間可達十幾年甚至幾十年[3]。但在沿海、城市或重工業污染地區，大氣中存在SO2、NOx、H2S等腐蝕性氣體以及強吸濕性的NaCl、MgCl2等污染物質，在一定的潤濕條件下，熱鍍鋅層會發生電化學腐蝕[4-7]，導致其對鐵塔的防護時間大大縮短，嚴重危害電網的安全穩定運行。

目前，對于金屬材料腐蝕機理的研究缺乏整體性和系統性，對鐵塔腐蝕程度的評定也沒有統一的參考標準。因此，亟待制定統一、快速、準確且易于現場操作的輸電線路鐵塔腐蝕等級評定標準，以指導運維檢修部門制定相應的監督和維護措施，為電網的安全穩定運行提供有力的技術支持。本工作從現場取樣，從熱鍍鋅層厚度、腐蝕形貌等方面為輸電線鐵塔腐蝕程度判斷提出評定規則。

1 試驗

1.1 試樣

試樣取自實際運行的220 kV線路鐵塔，尺寸為100 mm×10 mm和80 mm×5 mm，材料為表面涂覆熱鍍鋅層的Q235鋼和Q345鋼，取樣線路實際投運時間已達到15 a，運行的環境狀況為重工業環境和城市環境，大氣中SO2、NOx、H2S等腐蝕性氣體含量較高，屬于e級污區(據2011版山東電力系統污區分布圖)。

借鑒GB/T 8923.1-2011《涂覆材料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評定規則 第一部分》標準和GB/T 8923.2-2008《涂覆材料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評定規則 第二部分》標準，根據涂覆熱鍍鋅層鋼材表面銹蝕程度將試樣劃分為輕微腐蝕、部分腐蝕和完全腐蝕試樣，其宏觀腐蝕形貌如圖1～3所示。

圖1 輕微腐蝕試樣的宏觀形貌Fig. 1 Macrograph of a slightly corroded sample

圖2 部分腐蝕試樣宏觀形貌Fig. 2 Macrograph of a locally corroded sample

圖3 完全腐蝕試樣宏觀形貌Fig. 3 Macrograph of a fully corroded sample

(1) 輕微腐蝕試樣：塔材表面熱鍍鋅層基本完整，局部位置存在開裂和小面積剝落，整體表面可能出現單個銹點。

(2) 部分腐蝕試樣：塔材表面熱鍍鋅層存在多處剝落、開裂，局部位置基體已經被腐蝕，整體表面出現不連續的可見銹點和泛銹區域。

(3) 完全腐蝕試樣：塔材表面熱鍍鋅層已基本脫落或被腐蝕，布滿大量可見銹點和大面積紅銹區域，基體已被腐蝕。

另從取樣線路塔材備品中選取同批次、同規格的原始塔材作為對比試樣，如圖4所示。

圖4 對比試樣宏觀形貌Fig. 4 Macrograph of contrast sample

1.2 試驗方法

采用OXFORD CMI233型測厚儀，對試樣表面的熱鍍鋅層厚度和腐蝕產物層厚度進行測量。其中，對于輕微腐蝕試樣和對比試樣，測量其熱鍍鋅層厚度；對于部分腐蝕試樣，既測量其熱鍍鋅層厚度，又測量其腐蝕產物層厚度；對于完全腐蝕試樣，僅需測量其腐蝕產物層厚度。每個試樣表面共測5個點，結果取平均值。

采用美國AMRAY1830/34-J-77掃描電子顯微鏡和能譜儀(EDS)對腐蝕試樣的表面和截面微觀形貌以及組成元素進行分析，加速電壓為20.0 kV。

2 結果與討論

2.1 試樣表面熱鍍鋅層及腐蝕產物層的厚度

由表1可見：對比試樣熱鍍鋅層的厚度約為110 μm，符合GB/T 2694-2010《輸電線路鐵塔制造技術條件》標準對塔材熱鍍鋅層厚度的要求；輕微腐蝕試樣熱鍍鋅層的厚度為36.46 μm，為對比試樣熱鍍鋅層厚度的1/3左右；部分腐蝕試樣熱鍍鋅層的厚度為14.44 μm，只有對比試樣熱鍍鋅層厚度的1/9左右，而其腐蝕產物層厚度為47.9 μm；完全腐蝕試樣的腐蝕產物層厚度為145.8 μm。

2.2 試樣的微觀形貌及化學成分

2.2.1 完全腐蝕試樣

圖5為完全腐蝕試樣表面和截面的微觀形貌。從表面微觀形貌可見，其表面存在大量的孔洞和裂紋，如圖5(a)所示；從截面微觀形貌可見，腐蝕產物中有較大的腐蝕孔洞，基體已經被嚴重腐蝕，如圖5(b)所示。

表2為完全腐蝕試樣表面和截面的能譜檢測結果。由表2可見，完全腐蝕試樣表面和截面的成分基本一致，主要是Fe的腐蝕產物及表面熱鍍鋅層被腐蝕后的腐蝕產物。

表1 試樣表面熱鍍鋅層和腐蝕產物層的厚度Tab. 1 Thicknesses of surface hot dip galvanizing coating and corrosion products on the surface of samples μm

(a) 表面 (b) 截面圖5 完全腐蝕試樣的SEM形貌Fig. 5 SEM morphology of fully corroded sample:(a) surface; (b) cross-section

%

2.2.2 部分腐蝕試樣

圖6為部分腐蝕試樣熱鍍鋅層和腐蝕區域的表面SEM形貌。熱鍍鋅層區域存在網狀微觀裂紋，部分區域有腐蝕孔洞，如圖6(a)所示；腐蝕區域表面存在大量的微觀裂紋和孔隙，如圖6(b)所示。

(a) 熱鍍鋅層 (b) 腐蝕區域圖6 部分腐蝕試樣熱鍍鋅層和腐蝕區域的表面SEM形貌Fig. 6 SEM morphology of locally corroded sample surface:(a) hot dip galvanizing coating; (b) corrosion region

圖7為部分腐蝕試樣熱鍍鋅層區域、腐蝕區域截面的SEM形貌。從熱鍍鋅層截面SEM形貌可見，熱鍍鋅層剩余厚度較低，部分位置基體已經裸露，如圖7(a)所示；從腐蝕區域截面SEM形貌可見，腐蝕區域有較多腐蝕坑，熱鍍鋅層已經消失，基體已經被腐蝕。

(a) 熱鍍鋅層 (b) 腐蝕區域圖7 部分腐蝕試樣熱鍍鋅層和腐蝕區域的截面SEM形貌及EDS檢測位置Fig. 7 SEM morphology of locally corroded sample cross-section and EDS test positions: (a) hot dip galvanizing coating; (b) corrosion region

表3為部分腐蝕試樣表面及截面能譜檢測結果。由表3可見：部分腐蝕試樣熱鍍鋅層區域表面與截面1點處的成分基本一致，主要以熱鍍鋅層的腐蝕產物為主，截面2點處的成分主要為熱鍍鋅層靠近基體形成的ZnFe合金成分，截面3點處為試樣基體；部分腐蝕試樣腐蝕區域表面與截面1、2點處的成分基本一致，主要以基體的腐蝕產物和熱鍍鋅層腐蝕產物為主，截面3點處為試樣基體。S、Cl元素為腐蝕介質，從S、Cl元素在截面上的分布可見，部分腐蝕試樣的熱鍍鋅層和腐蝕區域都有這兩種元素存在。這說明腐蝕介質已經通過表面的裂紋和孔隙滲入到與基體結合的部位，熱鍍鋅層對基體的保護能力有限，在腐蝕區域熱鍍鋅層已失去對基體的保護，基體已經被腐蝕。

表3 部分腐蝕試樣表面及截面EDS分析結果(質量分數)Tab. 3 EDS analysis results of locally corroded sample surface and cross-section (mass) %

2.2.3 輕微腐蝕試樣

圖8為輕微腐蝕試樣表面和截面的SEM形貌。輕微腐蝕試樣表面熱鍍鋅層完整，存在少量的裂紋和孔隙，如圖8(a)所示；從其截面微觀形貌也可見，熱鍍鋅層完整致密，厚度分布不均，如圖8(b)所示。

(a) 表面 (b) 截面圖8 輕微腐蝕試樣的SEM形貌及EDS檢測位置Fig. 8 SEM morphology of slightly corroded sample and EDS test positions: (a) surface; (b) cross-section

表4為輕微腐蝕試樣表面和截面能譜檢測結果。由表4可見，輕微腐蝕試樣表面與截面1點處的成分基本一致，主要以熱鍍鋅層及其腐蝕產物為主，截面2、3點處的成分主要是熱鍍鋅層的成分。在截面上同樣能夠發現S、Cl元素，說明腐蝕介質已經通過表面的裂紋和腐蝕孔隙滲入到輕微腐蝕試樣的熱鍍鋅層內部，但尚未到達與基體結合的位置，熱鍍鋅層仍能夠對基體起到有效保護。

表4 輕微腐蝕試樣表面及截面EDS分析結果(質量分數)Tab. 4 EDS analysis results of slightly corroded sample surface and cross-section (mass) %

2.3 試驗結果分析

綜合上述試驗結果:輕微腐蝕試樣熱鍍鋅層基本完整，平均厚度為36.46 μm，能夠阻擋S、Cl等腐蝕介質對基體的腐蝕，對基體起到有效保護;部分腐蝕試樣熱鍍鋅層區域已不完整，平均厚度為14.44 μm，并且表面存在網狀裂紋和腐蝕孔洞，對S、Cl等腐蝕介質的阻擋能力下降，對基體的保護有限;而部分腐蝕試樣的腐蝕區域和完全腐蝕試樣相同，表面熱鍍鋅層已完全消失，表面主要覆蓋疏松的熱鍍鋅層和基體的腐蝕產物，S、Cl等腐蝕介質能夠直接腐蝕基體，無法對基體進行保護。

3 腐蝕等級評定規則的制定

根據上述對實際運行的輸電線路鐵塔塔材的試驗結果，結合GB/T 2694-2010《輸電線路鐵塔制造技術條件》標準對塔材熱鍍鋅層厚度的規定，制定了腐蝕等級評定規則，并提出處理建議，見表5。同時，附錄了鐵塔塔材腐蝕等級評定規則參照照片，見圖9～11。

表5 輸電線路鐵塔腐蝕等級評定規則Tab. 5 Evaluation rules for corrosion grade of transmission line tower

(a) 低倍 (b) 高倍圖9 腐蝕等級1級(輕微腐蝕)參照照片Fig. 9 Reference photos for corrosion grade 1 (slight corrosion)：(a) low magnification; (b) high magnification

(a) 低倍 (b) 高倍圖10 腐蝕等級2級(部分腐蝕)參照照片Fig. 10 Reference photos for corrosion grade 2 (local corrosion)：(a) low magnification; (b) high magnification

(a) 低倍 (b) 高倍圖11 腐蝕等級3級(完全腐蝕)參照照片Fig. 11 Reference photos for corrosion grade 3 (full corrosion)：(a) low magnification; (b) high magnification

為確保評定規則易于輸電線路技術監督人員掌握和熟練運用，并能在現場準確、快速地對輸電線路鐵塔塔材的腐蝕程度等級進行評定，該評定規則借鑒了GB/T 1766-2008《色漆和清漆涂層老化的評級方法》標準的評級規則表示方法，以0至3的數字等級來評定腐蝕等級：0表示無腐蝕；1表示輕微腐蝕；2表示部分腐蝕，3表示完全腐蝕。同時，在兩個等級間可以采用半級對塔材的腐蝕等級做出更為精確評定。如同一塔材存在腐蝕程度不同的現象，應以腐蝕程度嚴重的級別作為評定結果，并以文字描述其不均勻性。

4 結論

(1) 輕微腐蝕塔材表面呈灰色或深灰色，熱鍍鋅層完整，個別位置存在單個銹點。隨機檢測的熱鍍鋅層剩余厚度平均值不小于35 μm，不低于GB/T 2694-2010《輸電線路鐵塔制造技術條件》標準規定的熱鍍鋅層厚度的30%，能夠對基體起到有效保護。在實際運行條件下，仍然能夠繼續保護基體，進行常規的運行監督；

(2) 部分腐蝕塔材表面呈灰色或暗灰色，熱鍍鋅層已不完整，局部出現腐蝕區域或連續多個銹點。隨機檢測的熱鍍鋅層剩余厚度平均值小于15 μm，低于GB/T 2694-2010《輸電線路鐵塔制造技術條件》標準規定的熱鍍鋅層厚度的10%，熱鍍鋅層能夠對基體的保護有限。在實際運行條件下，基體將被腐蝕，需將腐蝕情況上報并縮短巡視周期并監督運行，列入年度檢修計劃，進行防腐蝕處理；

(3) 完全腐蝕塔材表面呈棕紅色，熱鍍鋅層已基本消失，基體大面積裸露，布滿大量可見銹點或存在大面積紅銹區域。在實際運行條件下，基體將被快速腐蝕，需將腐蝕情況上報并立即進行表面防腐蝕或者更換處理。

[1] 何長華. 輸電線路鐵塔用鋼的發展趨勢[J]. 電力建設,2010,31(1):45-48.

[2] 李金桂，趙閨彥. 腐蝕和腐蝕控制手冊[M]. 北京：國防大學出版社,1988:381-386.

[3] 陳云，強春媚，王國剛，等. 輸電鐵塔的腐蝕與防護[J]. 電力建設.2010，31(8)：55-58.

[4] PAREJA R ROMERO,IBANEG R LOPEZ,MARTIN F,et al. Corrosion behavior of zirconia′s barrier coa-tings on galvanized steel[J]. Surface & Coatings Technology,2006,200:6606-6610.

[5] SHIBLI S M A，JAYALEKSHMI A C，REMYA R. Electrochemical and structural characterization of the mixed oxides-reinforced hot-dip zinc coating[J]. Surface & Coatings Technology,2007,201:7560-7565.

[6] BASTOS A C，FERREIA M U S，SIMOES A M. Comparative electrochemical studies of zinc chromate and zinc phosphate as corrosion inhibitors for zinc[J]. Progress in Organic Coatings，2005,52:339-350.

[7] ARAMAKI K. The Inhibition effects of chromate-free，anion inhibitors on corrosion of zinc in aerated 0.5 M NaCl[J]. Corrosion Science，2001,43:591-604.

EvaluationRulesforCorrosionGradeofTransmissionLineTower

LIU Shuang, HU Xinfang

(Electric Power Research Institute, State Grid Shandong Electric Power Company, Jinan 250002, China)

The estimation rules for corrosion grade of transmission line tower and processing suggestions were proposed, according to the residual thickness of hot dip galvanized coatings and the corrosion morphology of the tower material surface observed by visual inspection, and taking the surface corrosion degree evaluation and coating aging rating method of national standard as references. These rules are easy to be mastered and applied by supervision technician of transmission line, and make them rank corrosion grade of transmission line tower fast and accurately on the spot, and take a further processing scheme.

transmission line tower; corrosion; corrosion grade; hot dip galvanized coating; evaluation rule

10.11973/fsyfh-201712014

TG174

B

1005-748X(2017)12-0969-05

2016-01-29

劉 爽(1982-)，高級工程師，碩士，從事電網金屬材料的檢測、腐蝕與防護及重要金屬部件的失效分析，18660804182， 87946904@qq.com