淺談海涂地區(qū)輸電線路防腐措施

臺州電業(yè)局 姜天煥

浙江省電力公司電力經(jīng)濟技術(shù)研究院 劉燕平

1.前言

臺州市位于浙江省沿海中部，全市陸地面積9411平方公里，淺海面積8萬平方公里，大陸海岸線745公里，占浙江省的三分之一。半個多世紀里，全市已圍墾1000畝以上項目100多項，約占沿海6個縣（市、區(qū)）土地面積的7.7%。至目前，全市開工在建萬畝以上灘涂圍墾工程9項、計25萬畝，建設(shè)規(guī)模為歷史之最。

海涂土壤、地下水、空氣氯離子等會對輸電線路中的鐵塔、基礎(chǔ)、接地體、導(dǎo)地線、絕緣子等造成極為嚴重的腐蝕，腐蝕破壞使得輸電導(dǎo)線的壽命大大縮短，尤其對處于腐蝕環(huán)境下的輸電線路，往往不能達到其預(yù)期設(shè)計壽命，需采取切實有效的防腐蝕措施，減低或阻止腐蝕的產(chǎn)生，保證輸電線路長期安全、穩(wěn)定地運行。目前臺州電力基建工程約7成位于海涂圍墾開發(fā)區(qū)，在輸電線路工程中做好防腐工作已迫在眉睫。

2.腐蝕機理

2.1 金屬腐蝕

大多數(shù)金屬在海水及含鹽土壤中的腐蝕均屬于氧去極化的電化學(xué)腐蝕，即溶解在其中的氧氣得到電子成為OH負離子，金屬失去電子成為金屬離子，金屬離子與OH結(jié)合氧化成為金屬氧化物。當(dāng)金屬被放置在潮濕的大氣中，金屬表面會形成一種微電池，也稱腐蝕電池。陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，使陽極發(fā)生溶解，陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，一般只起傳遞電子的作用。腐蝕電池的形成原因主要是由于金屬表面吸附了空氣中的水分，形成一層水膜，因而使空氣中CO2，SO2，NO2等溶解在這層水膜中，形成電解質(zhì)溶液，而浸泡在這層溶液中的金屬又總是不純的[1]，如電力線路鐵塔所用的鋼鐵，實際上是合金，即除鐵之外，還含有石墨、滲碳體以及其它金屬和雜質(zhì)，它們大多數(shù)沒有鐵活潑。這樣形成的腐蝕電池的陽極為鐵，而陰極為雜質(zhì)，又由于鐵與雜質(zhì)緊密接觸，使得腐蝕不斷進行。

2.2 大氣腐蝕

空氣中的氧氣是電化學(xué)腐蝕陰極過程中的去極化劑，水膜的厚度及干濕交變頻率、氧的擴散速度，直接影響大氣腐蝕的過程。金屬腐蝕破壞程度隨所處環(huán)境的不同有很大的差別，在海洋大氣環(huán)境中，隨距海岸的遠近、高度，海鹽粒子濃度變化，金屬構(gòu)件腐蝕程度也不同。

海洋大氣主要是以大氣中含有海鹽粒子為特征，在這種大氣環(huán)境中，海鹽粒子被風(fēng)攜帶并沉降在暴露的金屬表面上，它具有很強的吸濕性，并溶于水膜中形成很強腐蝕性介質(zhì)，加速腐蝕過程。

2.3 鹽風(fēng)化

鹽風(fēng)化是由于混凝土表面鹽溶液結(jié)晶膨脹導(dǎo)致混凝土破壞的一種現(xiàn)象。由下列兩種方式形成鹽結(jié)晶：第一種，處于海涂地下水中的混凝土，當(dāng)其中有一表面暴露于空氣中時，滲入到混凝土內(nèi)部的含鹽水會通過毛細作用向暴露面移動，在暴露面蒸發(fā)，使鹽集聚在這一區(qū)域；第二種，處于海水中的混凝土，混凝土承受鹽水交替的浸潤和干燥作用，鹽水被吸收并干燥，使混凝土內(nèi)的含鹽量增大。在這些情況下，孔隙中的鹽結(jié)晶，產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，一定程度時導(dǎo)致混凝土成塊剝落。海涂地線路混凝土基礎(chǔ)由于鹽風(fēng)化使混凝土膨脹破壞是比較嚴重而且是重要的問題。

2.4 硫酸鹽腐蝕

硫酸鹽對水泥石有顯著的侵蝕作用，它能與水泥石中的氫氧化鈣及水化鋁酸鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成石膏和硫鋁酸鈣，產(chǎn)生體積膨脹，使混凝土成為一種易碎的，甚至松散的狀態(tài)。硫酸鹽侵蝕的速度隨其濃度的增加而加快，當(dāng)水溶液中SO4-的含量達到1g/L，土壤中SO4-的含量達到2g/L時，對混凝土侵蝕作用就非常嚴重[2]。全國土壤腐蝕試驗網(wǎng)站資料表明，在土壤中埋設(shè)28年后，硅酸鹽混凝土的強度下降了40%，個別試件膠結(jié)料變成粉狀。海水中含有2.7g/L硫酸鹽，海涂圍墾中，水溶液中硫酸鹽含量將不斷增加，土壤中的SO4-的含量也由于不斷滲透而變高，且混凝土基礎(chǔ)還存在干濕循環(huán)，當(dāng)硫酸鹽腐蝕配合以干縮濕脹時，則會導(dǎo)致混凝土迅速崩解。

3.防腐措施

3.1 鐵塔

國內(nèi)相關(guān)研究結(jié)果表明，海洋大氣中鋼結(jié)構(gòu)的平均腐蝕速度是內(nèi)陸鄉(xiāng)間大氣鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕速度的4-5倍。為保證其具有足夠的耐久性，鐵塔需采用熱浸鍍鋁或鋁鋅合金(并加少量稀土元素)、刷防腐涂料等措施以提高塔材的耐腐性能。并適當(dāng)提高基礎(chǔ)頂面，防止海潮對鐵塔下部材料的直接影響。目前輸電線路用鐵塔一般采用熱鍍鋅加工，配合鍍鋅層外定期噴防護漆，可以滿足海涂地區(qū)立塔要求。

3.2 基礎(chǔ)

防止埋設(shè)于含鹽土壤中的混凝土或鋼筋混凝土基礎(chǔ)產(chǎn)生化學(xué)和物理化學(xué)的破壞，是確保輸電線路長期安全運行的重點?；A(chǔ)防腐可采用以下各項措施：

(1)基礎(chǔ)混凝土四周(包括底版)設(shè)置隔離層，以防止土壤中的水、氧化物、硫酸鹽、二氧化碳等有害侵蝕介質(zhì)滲入混凝土。隔離層可采用塊石和丙烯酸共聚乳液水泥砂漿砌筑，或用具有陰極保護的鋼板焊接成鋼板護套。

(2)根據(jù)海涂土壤及地下水化學(xué)分析結(jié)果，應(yīng)選用合適的水泥品種，以提高混凝土的抗防腐性能。

(3)在混凝土攪拌時，摻加具有高效減水、保塑、調(diào)凝和引氣等復(fù)合功能的高性能外加劑，降低混凝土的水灰比(0.4以下)，提高混凝土的密實度和抗?jié)B性能。

(4)提高混凝土級別，加大鋼筋保護層厚度。

3.3 接地體

接地體可采用加大截面的鍍鋅圓鋼，必要時可采用犧牲陽極的陰極保護，或采用防鹽堿性能較好的材料。臺州灘涂線路接地一般做法是在鍍鋅圓鋼上涂導(dǎo)電防腐涂料。此法有諸多優(yōu)點：防腐性能好、導(dǎo)電性能好、不污染土壤和周圍環(huán)境、經(jīng)久耐用、經(jīng)濟合理。如果鐵塔基礎(chǔ)采用鋼板隔離方式，可不敷設(shè)接地體。另外還可以采用防腐降阻劑，如原土壤PH≈6，為弱酸性，這種降阻劑PH≈10，為弱堿性，即堿離子OH比原土壤濃度高。同時，它與標(biāo)準(zhǔn)電極電位差減小，抑制鐵失去電子，使得氫反應(yīng)和氧化反應(yīng)減緩或停止，達到保護接地體的目的。

3.4 導(dǎo)地線

海涂上空的大氣環(huán)境即海洋大氣，其對導(dǎo)地線、金具、絕緣子等的腐蝕可沿用沿海地區(qū)的常規(guī)防腐蝕措施。導(dǎo)線可采用防腐性能良好的涂防腐油的中防腐導(dǎo)線，地線可采用防腐性能較好的鋁包鋼線。

3.5 絕緣子

海涂地區(qū)鹽密值大，空氣污穢嚴重，泄漏比距大于3.8cm/kV，且空氣潮濕，在工作電壓長時間作用下絕緣子可能因表明污穢不均勻發(fā)熱、局部烘干后烘干帶被擊穿、泄漏電流加大導(dǎo)致熱游離而發(fā)生污閃。絕緣子應(yīng)選用防污能力強、憎水性能好、爬電距離大的品種，如合成絕緣子或者增加絕緣子片數(shù)等。

4.結(jié)論

通過對鐵塔采用熱鍍鋅并刷防腐涂料、基礎(chǔ)選用適宜防腐施工處理、導(dǎo)線采用防腐型、地線采用鋁包鋼型、接地體采用鍍鋅鋼材料、絕緣子采用防污、防腐性能好的合成絕緣子、金具加厚鍍層厚度等多種復(fù)合措施，是能夠保證輸電線路設(shè)備在海涂環(huán)境長期安全運行的。

[1]田惠文,李偉華,宗成中,侯保榮.海洋環(huán)境鋼筋混凝土腐蝕機理和防腐涂料研究進展[J].涂料工業(yè),2008,8:62-67.

[2]梁詠寧,黃君一,林旭健,季韜.氯鹽對受硫酸鹽腐蝕混凝土性能的影響[J].福州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011,39(6):947-951.