輸電鐵塔的腐蝕特性和防護(hù)

劉純，陳軍君，陳紅冬，彭繼文

(湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙 410007)

隨著電力的發(fā)展以及局部地區(qū)大氣污染加劇，電力設(shè)備腐蝕引起結(jié)構(gòu)失效問(wèn)題越來(lái)越值得重視〔1-3〕。特別在重污染和酸雨地區(qū)，輸電鐵塔及其金具、導(dǎo)線化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕縮短了其使用周期，每隔2～3年就需要對(duì)桿塔進(jìn)行防腐涂裝處理，有的甚至需要整體更換，不僅浪費(fèi)大量財(cái)力物力，也有引發(fā)安全事故之憂。

湖南省株洲市銅清地區(qū)南臨湘江，東西兩側(cè)多為山陵，周圍植被茂盛，氣候濕潤(rùn)。該區(qū)域有化工廠礦企業(yè)100余家。2007年清水塘區(qū)工業(yè)廢氣污染物按等標(biāo)污染負(fù)荷大小排序?yàn)镾O2、煙塵、粉塵，其中SO2等標(biāo)污染負(fù)荷分別占全市工業(yè)廢氣污染物負(fù)荷總和的67%，屬于典型的E級(jí)污穢區(qū)。該區(qū)域內(nèi)電力設(shè)備密集，有110 kV及以上變電站8座、輸電線路22條，10 kV配電線路30余條。該地區(qū)絕大部分輸電線路鐵塔都做過(guò)防腐處理，但不足5年鐵塔就腐蝕嚴(yán)重。

1 腐蝕特征分析

1.1 鐵塔的腐蝕是局部的、不均勻的

在株洲市銅清地區(qū)并不是所有的鐵塔都存在腐蝕，而且腐蝕程度也不一樣。有的輸電線路鐵塔腐蝕較嚴(yán)重，有的僅輕微腐蝕。對(duì)于存在腐蝕的鐵塔，大部分塔材未見明顯腐蝕，只有小部分塔材存在嚴(yán)重腐蝕;腐蝕嚴(yán)重的塔材僅為局部腐蝕。另外，鐵塔上部塔材腐蝕程度較下部塔材更嚴(yán)重，在鐵塔橫擔(dān)部位存在斜材腐蝕斷裂現(xiàn)象。

1.2 鐵塔的腐蝕主要發(fā)生在輔材、斜材和聯(lián)板

鐵塔主材的材質(zhì)為Q345，斜材和輔材材質(zhì)為Q235，主材的規(guī)格較斜材和輔材的規(guī)格大。通常，主材腐蝕現(xiàn)象并不多見，即便是有些主材防腐涂料剝落，由于其鍍鋅層較完好，并沒(méi)有發(fā)生腐蝕。而少數(shù)的斜材、輔材和聯(lián)板并無(wú)涂料脫落，卻存在嚴(yán)重腐蝕，且腐蝕擴(kuò)展區(qū)域較大，造成塔材銹蝕減薄、缺口、穿孔等。

1.3 腐蝕主要從部件邊角、防腐涂層孔隙處開始

鐵塔的斜材、輔材最初腐蝕的部位一般是角鋼的邊角部位，一方面邊角處防腐涂層和鍍鋅層均較薄弱，另一方面防腐涂層在涂刷時(shí)因厚度控制不當(dāng)易在邊角處產(chǎn)生應(yīng)力收縮而出現(xiàn)裂紋等缺陷，再者塔材的下緣邊角和連接邊角處容易滯留水分，如圖1，2。

圖1 鐵塔輔材、斜材和聯(lián)板腐蝕圖

圖2 鐵塔輔材、斜材邊角腐蝕圖

螺栓和踏腳釘也易腐蝕。螺栓的腐蝕一般發(fā)生在兩端面和螺紋部位。踏腳釘?shù)母g較均勻。但是若螺栓防腐處理時(shí)涂刷密封好就沒(méi)有腐蝕發(fā)生，如圖3。

圖3 螺栓、踏腳釘腐蝕圖

在鐵塔塔材運(yùn)輸、施工過(guò)程中，容易造成局部表面鍍鋅層破壞，這些地方也是腐蝕易產(chǎn)生部位。

1.4 防腐涂料選用不當(dāng)或涂裝不良易造成缺陷

由于以前防腐涂裝不夠規(guī)范，缺乏有效的質(zhì)量控制，產(chǎn)生了許多涂層缺陷，沒(méi)有起到應(yīng)用的防腐效果，如圖4。

目前輸變電設(shè)備常用防腐涂料為紅丹漆、醇酸磁粉漆、環(huán)氧樹脂、鐵紅防銹漆等，這些涂料有很好的耐蝕性，但應(yīng)考慮與鍍鋅件的相容性。紅丹漆屬油性涂料，會(huì)與鍍鋅層白銹 (堿性氧化物)發(fā)生皂化反應(yīng)，降低附著性而剝落。另外由于涂裝厚度沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致涂層厚薄不均，局部厚度超過(guò)400μm，極易開裂。另外涂裝過(guò)程缺乏有效的質(zhì)量控制，導(dǎo)致涂料成膜后產(chǎn)生較多缺陷，常見的有橘皮、起泡、流掛、龜裂等缺陷。

圖4 防腐涂層缺陷圖

1.5 輸電設(shè)備的腐蝕為酸性腐蝕

對(duì)銅清地區(qū)智成化工廠、葉子沖變電站、銅塘灣變電站和清水塘變電站等4個(gè)有代表性地點(diǎn)附近的大氣成份進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果如表1。

表1 大氣成份取樣檢測(cè)結(jié)果

按照國(guó)家GB3095《大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，日平均濃度的限值為:二氧化硫0.15 mg/m3，氮氧化物0.10 mg/m3。上述測(cè)點(diǎn)二氧化硫嚴(yán)重超標(biāo)，智成化工廠、葉子沖變電站測(cè)點(diǎn)二氧化氮在不同的時(shí)段超標(biāo)。二氧化硫、二氧化氮均屬于酸性污染源，一方面易形成水溶性酸為腐蝕提供電解質(zhì)環(huán)境，另一方面與鍍鋅層保護(hù)膜生成可溶性鹽而致保護(hù)膜流失，從而加快腐蝕速率。

2 腐蝕原因分析

2.1 大氣中酸性氣體是造成腐蝕的主要因素

該地區(qū)由于工礦企業(yè)多，大氣中含有較多的腐蝕性氣體，最主要的是SO2。輸變電設(shè)備金屬構(gòu)件的腐蝕是大氣條件下的電化學(xué)腐蝕，SO2起到雙重作用:其一，易形成水溶性硫酸鹽，為腐蝕的發(fā)生提供電解液;其二，與鋅的氧化保護(hù)膜反應(yīng)，加速鍍鋅層的腐蝕溶解。

反應(yīng)式如下:

首先鍍鋅層與空氣中的氧反應(yīng)生成氧化膜;然后鋅氧化膜與空氣中的水反應(yīng)生成氫氧化物 (白銹);鋅的氫氧化物與空氣中的二氧化碳進(jìn)一步反應(yīng)生成堿式碳酸鋅，該物質(zhì)屬于微溶物質(zhì)，且較致密，減緩了腐蝕的速度，起到了腐蝕防護(hù)作用。但由于二氧化硫等酸性氣體的存在，與堿式碳酸鋅生成可溶性的硫酸鹽，破壞了鍍鋅層的保護(hù)膜。

2.2 鍍鋅層損壞處和塔材邊角部位是腐蝕起源點(diǎn)

腐蝕的發(fā)生是由點(diǎn)及面的形式，一旦出現(xiàn)銹蝕產(chǎn)物，將更容易吸收水分，形成有利于腐蝕的電解液環(huán)境，如此構(gòu)成了惡性循環(huán)。金屬構(gòu)件上的鍍鋅層如果存在熱鍍?nèi)毕?，或者在運(yùn)輸安裝過(guò)程中碰撞摩擦而損壞，又沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，將成為腐蝕源，引起周圍部位的腐蝕。

塔材邊角部位一方面鍍鋅層易破壞，另一方面涂料層由于應(yīng)力收縮在此處最薄弱，而且容易吸濕，水分滯留較長(zhǎng)，腐蝕的環(huán)境條件更充分。邊角越銳利，上述缺陷越明顯。

螺栓受多重原因的協(xié)同作用:有銳利的邊角，鍍鋅層比塔材薄，易吸納水分、灰塵，小縫隙較多，引發(fā)金屬最常見的縫隙腐蝕，所以螺栓往往腐蝕得較快。

2.3 防腐涂料選用不當(dāng)、涂刷工藝不良加速腐蝕

涂料的選擇和施工工藝控制是確保涂料防腐蝕性能的關(guān)鍵因素。防腐涂料選用不當(dāng)會(huì)與鍍鋅層中的堿性物質(zhì)會(huì)發(fā)生皂化反應(yīng)，影響附著性而剝落。涂裝過(guò)程中表面處理不到位，涂刷工藝粗糙，會(huì)在成膜后產(chǎn)生橘皮、起泡等缺陷。水汽透過(guò)這些缺陷引發(fā)膜下腐蝕，腐蝕產(chǎn)物膨脹會(huì)進(jìn)一步造成涂層的破壞。當(dāng)涂層開裂形成孔隙后，將以縫隙腐蝕的形式加速擴(kuò)展，形成嚴(yán)重腐蝕。

3 腐蝕防護(hù)

3.1 通用要求

1)輸電鐵塔防腐蝕工作流程為先開展腐蝕評(píng)判，再根據(jù)評(píng)判結(jié)果制定改造和防腐蝕技術(shù)方案。

2)對(duì)腐蝕防護(hù)外委單位須進(jìn)行技術(shù)監(jiān)督。在招標(biāo)時(shí)須對(duì)技術(shù)協(xié)議進(jìn)行專業(yè)審查，在施工中應(yīng)對(duì)表面處理、涂料涂刷和施工安全進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)督，對(duì)涂層厚度、附著力進(jìn)行檢測(cè)。

3)做好輸電設(shè)備防腐蝕的維護(hù)工作。設(shè)備的腐蝕為局部腐蝕，且大部分涂層狀況良好，為節(jié)省成本、減少工作量，在設(shè)備維護(hù)時(shí)應(yīng)針對(duì)不符合要求的部位重點(diǎn)進(jìn)行局部維護(hù)。在鐵塔安裝或更換過(guò)程中應(yīng)對(duì)鍍鋅層破損的塔材進(jìn)行涂料防護(hù)處理。

4)腐蝕防護(hù)用涂料應(yīng)有耐腐蝕試驗(yàn)報(bào)告。

5)腐蝕防護(hù)施工單位應(yīng)具備輸變電設(shè)備涂料施工資質(zhì)，并有相關(guān)業(yè)績(jī)，施工技術(shù)人員須持帶電作業(yè)證。

6)做好腐蝕防護(hù)的檔案管理工作。腐蝕防護(hù)的技術(shù)資料要收集歸檔，資料應(yīng)包括輸電線路名稱、桿塔段、涂料檢測(cè)報(bào)告、施工單位資質(zhì)等。

3.2 腐蝕評(píng)判準(zhǔn)則

為了評(píng)判輸電鐵塔腐蝕程度，特制定準(zhǔn)則，規(guī)范鐵塔的維護(hù)改造，如表2所示。

表2 輸電鐵塔腐蝕評(píng)判準(zhǔn)則

3.3 輸電鐵塔改造技術(shù)要求

針對(duì)輸電鐵塔的整體改造和局部改造分別提出技術(shù)要求如表3。

3.4 防腐涂料選擇 (針對(duì)塔材、螺栓等部位)

底漆:環(huán)氧磷酸鋅底漆或純環(huán)氧底漆，厚度不低于40μm;中間漆:環(huán)氧云鐵中間漆，厚度不低于80μm;面漆:丙烯酸聚氨酯面漆，厚度不低于40μm。

表3 輸電鐵塔改造技術(shù)要求

對(duì)于有舊涂層的鐵塔，應(yīng)先對(duì)舊涂層進(jìn)行溶劑擦洗試驗(yàn)，驗(yàn)證底漆的配套性后才能涂裝。涂料成膜后應(yīng)進(jìn)行缺陷、厚度和附著力檢測(cè)。

螺栓涂刷完后，再補(bǔ)涂一道厚漿型的環(huán)氧漆或氯化橡膠漆，封住縫隙和邊角，也可用彈性密封膠進(jìn)行封裝。

〔1〕郭軍科，盧立秋，宋卓，等.高壓輸電線路鐵塔的全化學(xué)防腐處理〔J〕.華北電力技術(shù)，2007(A01):153-156，166.

〔2〕張珣，熊惠萍，何美清.高壓輸電線路鐵塔電化學(xué)腐蝕特性研究〔J〕.合肥學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006，16(B10):13-16，35.

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