儲(chǔ)存過(guò)程中導(dǎo)線表面腐蝕現(xiàn)象的分析及對(duì)策

馮愛(ài)軍， 金 榕

(上海中天鋁線有限公司，上海201108)

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)之后，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，電力的需求急劇增長(zhǎng)，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民日常生活的基本要素，輸變電線路則是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主動(dòng)脈，而架空導(dǎo)線正是輸電線路的主體。目前，國(guó)內(nèi)高壓輸配電網(wǎng)架空導(dǎo)線的儲(chǔ)存及運(yùn)行環(huán)境各有不同，包括工業(yè)污染區(qū)、沿海地區(qū)及沿海工業(yè)污染區(qū)等強(qiáng)腐蝕性環(huán)境。若導(dǎo)線在儲(chǔ)存過(guò)程中受到腐蝕，將給工期帶來(lái)影響。

1 鋁腐蝕機(jī)理

鋁腐蝕是鋁金屬在環(huán)境的作用與影響下發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，金屬由單質(zhì)變?yōu)榛衔锏倪^(guò)程。鋁在許多介質(zhì)中，能在表面形成一層致密的連續(xù)的氧化膜，具有相當(dāng)高的穩(wěn)定性。根據(jù)資料介紹，鋁的腐蝕受到環(huán)境的影響，包括大氣(污染物、濕度)、水、土壤、溫度等。腐蝕的基本類(lèi)型有:點(diǎn)腐蝕、接觸腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、剝落腐蝕、疲勞腐蝕等。

架空電力線路上的各種導(dǎo)線，特別是架設(shè)在沿海和工業(yè)地區(qū)的導(dǎo)線，長(zhǎng)期經(jīng)受大氣、風(fēng)雨和鹽霧的侵蝕，很容易受到腐蝕。在沿海地區(qū)，海洋大氣含有大量的鹽分，由于海浪及大風(fēng)將海水帶入大氣，水分經(jīng)過(guò)蒸發(fā)，并由季風(fēng)及臺(tái)風(fēng)吹到遠(yuǎn)方，使低空大氣的含鹽量增加，并且含鹽量與海岸距離有很大關(guān)系?？亢Ｔ浇?，海霧中的氯化物含量越高，在該環(huán)境中的鋁導(dǎo)體的腐蝕也越嚴(yán)重。氯化物可加速鋁的點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕和縫隙腐蝕。這是由于大氣中的氯離子半徑很小，能自由地穿透金屬表面的水膜和鈍化膜(金屬化合物，結(jié)構(gòu)緊密，覆蓋在金屬表面)，排擠氧離子并取而代之，成為可溶性氯化物，使金屬加速腐蝕。同時(shí)，大氣中的SO2、H2S、NH3和NO2以及其他懸浮粒子和灰塵也都能促進(jìn)金屬的腐蝕，使其抗疲勞能力下降，從而大大降低了導(dǎo)線的使用壽命。

2 導(dǎo)線表面腐蝕實(shí)例

2009年某沿海地區(qū)500 kV雙回線路工程中，型號(hào)規(guī)格為JL/LB1A-400/35-48/7的鋁包鋼鋁絞線，6月發(fā)至項(xiàng)目部施工倉(cāng)庫(kù)。經(jīng)一個(gè)多月的現(xiàn)場(chǎng)露天儲(chǔ)存后，7月底，在起吊過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，有多盤(pán)導(dǎo)線出現(xiàn)批量性腐蝕損傷情況，腐蝕現(xiàn)象集中在導(dǎo)線外層。

通過(guò)對(duì)腐蝕表面進(jìn)一步觀察，腐蝕區(qū)域成片狀分布，均集中在與地面泥土接觸部分。腐蝕面呈銀白色，并帶有部分淡黃色斑點(diǎn)，用手觸摸，有少許腐蝕粉末掉落，嚴(yán)重的地方有明顯的腐蝕凹坑，如圖1、圖2所示。

圖1 導(dǎo)線儲(chǔ)存現(xiàn)場(chǎng)

圖2 導(dǎo)線腐蝕表面

3 導(dǎo)線表面腐蝕現(xiàn)象的分析

將廠區(qū)同期生產(chǎn)未發(fā)貨的導(dǎo)線打開(kāi)包裝檢查，未發(fā)現(xiàn)有腐蝕現(xiàn)象。根據(jù)腐蝕現(xiàn)象均集中在與地面接觸的地方這一明顯特征，初步判斷問(wèn)題出在儲(chǔ)存環(huán)境上。該施工現(xiàn)場(chǎng)處于沿海地區(qū)，按國(guó)家規(guī)定距海岸7～10 km即為鹽霧區(qū)，初步認(rèn)定本次導(dǎo)線被腐蝕的主要原因是雨水和當(dāng)?shù)貕A性土壤混合后與導(dǎo)線接觸而產(chǎn)生腐蝕。

為驗(yàn)證上述結(jié)論，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土壤、水、中度和輕度腐蝕導(dǎo)線、未腐蝕鋁線及導(dǎo)線腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行了取樣和記錄，送到相關(guān)有資質(zhì)的權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)。

3.1 未腐蝕鋁線成分分析

GB/T 17048—2009《架空絞線用硬鋁線》規(guī)定:“硬鋁線應(yīng)由要求純度的鋁制成，以達(dá)到規(guī)定的機(jī)械性能和電氣性能，鋁的含量應(yīng)不小于99.5%”。所以委托“國(guó)家有色金屬質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心”檢測(cè)鋁線化學(xué)成分是否合格，根據(jù)其出示的檢驗(yàn)報(bào)告(見(jiàn)表1)，說(shuō)明導(dǎo)線產(chǎn)品化學(xué)成分符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 腐蝕物分析

對(duì)從導(dǎo)線上刮取的鹽狀結(jié)晶物和鋁線上腐蝕部分用SEM掃描電鏡，依據(jù)GB/T 17359—1998《電子探針和掃描電鏡X-射線能譜定量分析通則》，委托“國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心”測(cè)定腐蝕物成分和結(jié)構(gòu)。

根據(jù)其出示的分析測(cè)試報(bào)告:“根據(jù)送樣單位提供的情況，該鋁質(zhì)電纜線存放時(shí)與地面土壤直接接觸。表面腐蝕區(qū)刮下的粉末成分為:Al 51.2%，S 20.9%，Cl 28.0%。從以上分析數(shù)據(jù)可以看到，表面腐蝕區(qū)，無(wú)論刮下的腐蝕產(chǎn)物還是在鋁線表面直接分析，其腐蝕產(chǎn)物中均含有Cl和S。這兩種元素都是腐蝕性元素，在潮濕的氛圍下，極易對(duì)鋁表面產(chǎn)生腐蝕。而土壤中成分很復(fù)雜，可能有殘留的農(nóng)藥、化肥，也不能排除外來(lái)的污染物隨雨水等進(jìn)入土壤，其中都可能包含Cl和S，繼而對(duì)鋁表面產(chǎn)生腐蝕，而鋁表面的氧化鋁薄膜一旦被破壞，腐蝕就不斷往縱深發(fā)展，腐蝕產(chǎn)物疏松而且極易剝落。腐蝕產(chǎn)物經(jīng)X射線分析發(fā)現(xiàn)其為非晶態(tài)，未見(jiàn)有任何衍射峰。”X射線能譜圖見(jiàn)圖3。

表1 導(dǎo)線化學(xué)成分檢驗(yàn)結(jié)果

圖3 X射線能譜圖

3.3 土壤和水分析

委托“中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院”對(duì)土壤和水進(jìn)行分析，報(bào)告結(jié)論為:“送檢土壤樣品和水樣酸堿度均為偏堿性，土壤電導(dǎo)率為1.06 mS/cm，水樣電導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于土壤樣品，為5.66 mS/cm，是土壤樣品的5.36倍，說(shuō)明水樣含鹽量較高。”

說(shuō)明此次導(dǎo)線腐蝕的原因主要是，鋁導(dǎo)線存放時(shí)放置于低洼地與該地區(qū)的鹽堿地長(zhǎng)時(shí)間接觸，加上雨水等的浸泡，使得土壤和水中的鹽分與鋁導(dǎo)線發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。因?yàn)楫?dāng)鋁導(dǎo)線生產(chǎn)出來(lái)時(shí)，在極其短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)在表面形成一層很薄的Al2O3的鈍化膜，保護(hù)鋁本身，使其化學(xué)性質(zhì)不活潑，因此鋁在中性和近中性(pH為4～8)的水及大氣中耐蝕較好，但當(dāng)介質(zhì)中含Cl－(氯離子)時(shí)，且其含量達(dá)到一定程度時(shí)，將加速氧化膜的破壞，最終導(dǎo)致鋁及鋁合金的侵蝕，形成點(diǎn)蝕。隨著時(shí)間的加長(zhǎng)，點(diǎn)蝕的部位與土壤和水中的堿性成分進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)，整個(gè)腐蝕過(guò)程存在以下幾個(gè)步驟:

(1)Cl－在氧化膜表面吸附，且優(yōu)先在氧化膜表面的缺陷(微裂紋、裂隙等)處吸附:

Cl－(介質(zhì)中)→Cl－(吸附在氧化膜上)

(2)Cl－與氧化膜發(fā)生反應(yīng)

1)氧化膜中的Al3+快速水解

Al3++H2O→H++Al(OH)2+

2)水解產(chǎn)物Al(OH)2+與Cl－反應(yīng)

Al(OH)2++Cl－→Al(OH)Cl+

3)Al(OH)Cl+繼續(xù)發(fā)生如下反應(yīng)

Al(OH)Cl++H2O→Al(OH)2Cl+H+

或者Al(OH)Cl++Cl→Al(OH)Cl2

所形成的Al(OH)2Cl、Al(OH)Cl2從反應(yīng)界面向介質(zhì)中擴(kuò)散，導(dǎo)致氧化膜局部變薄。

(3)氧化膜被穿透，金屬Al基體暴露在溶液中，Cl－對(duì)基體造成腐蝕，形成腐蝕麻點(diǎn)。此反應(yīng)即使在室溫下也很容易進(jìn)行，因此在現(xiàn)場(chǎng)留下了白色結(jié)晶狀物質(zhì)，并且腐蝕部分外圍成淡黃色為Cl－(氯離子)的顏色。

4 對(duì)策及解決措施

(1)改進(jìn)產(chǎn)品包裝。行業(yè)間普遍采用內(nèi)包為竹篾，外包為竹片的包裝方法。為防止或減少雨水與導(dǎo)線接觸，可考慮采取導(dǎo)線盤(pán)的芯板和最外層導(dǎo)線上面包覆防水的聚乙烯薄膜。包裝時(shí)注意幾點(diǎn):聚乙烯薄膜禁止刮傷、刮壞;在裁斷內(nèi)包材料時(shí)，保證端面齊平，接頭交叉重疊部分不超過(guò)10 cm，用膠布橫向密封保證雨水不進(jìn)入內(nèi)包中(見(jiàn)圖4)，將封口一律放至盤(pán)具底側(cè)，使雨水淋不到封口;嚴(yán)禁在淋雨情況下包裝。

(2)在施工現(xiàn)場(chǎng)，導(dǎo)線嚴(yán)禁儲(chǔ)存在化工廠區(qū)等類(lèi)似污染的環(huán)境之中，同時(shí)應(yīng)避開(kāi)低洼地及積水地區(qū)，以免長(zhǎng)期放置后，導(dǎo)線被腐蝕，影響使用;應(yīng)采取防雨措施，盡可能保持存放地點(diǎn)清潔和干燥，避免雨淋和暴曬造成盤(pán)具松散，以及導(dǎo)線表面出現(xiàn)無(wú)規(guī)律不均勻的黑膜和斑點(diǎn)。

(3)縮短施工現(xiàn)場(chǎng)的儲(chǔ)存時(shí)間，對(duì)導(dǎo)線的表面質(zhì)量和后期施工比較有利。

圖4 聚乙烯薄膜密封包裝

(4)在線路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮當(dāng)?shù)貧夂蚺c環(huán)境質(zhì)量對(duì)導(dǎo)線的影響。針對(duì)鹽霧區(qū)或者工業(yè)排放物較為嚴(yán)重的地區(qū)，可選用防腐型導(dǎo)線，提高導(dǎo)線的可靠性和使用壽命，這也是防止導(dǎo)線腐蝕的直接辦法。

5 結(jié)束語(yǔ)

在沿海鹽霧區(qū)等強(qiáng)腐蝕性環(huán)境，由于雨水和當(dāng)?shù)貕A性土壤混合后與導(dǎo)線直接接觸會(huì)產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，腐蝕區(qū)域片狀分布，顏色呈現(xiàn)銀白色，并帶有淡黃色斑點(diǎn)。

導(dǎo)線表面腐蝕不同于常見(jiàn)的表面發(fā)黑現(xiàn)象，發(fā)黑現(xiàn)象“不影響使用，僅影響外觀”，而腐蝕現(xiàn)象會(huì)使導(dǎo)線強(qiáng)度大大降低，并可能會(huì)造成導(dǎo)線斷線或斷股。為避免腐蝕可以從產(chǎn)品包裝、儲(chǔ)存條件、儲(chǔ)存時(shí)間和導(dǎo)線設(shè)計(jì)選用等方面著手，防止導(dǎo)線與雨水、鹽堿土壤等腐蝕介質(zhì)接觸?，F(xiàn)在輸電線路腐蝕破壞已受到各個(gè)國(guó)家的關(guān)注和重視，關(guān)于輸電線路的腐蝕機(jī)理、腐蝕評(píng)估、腐蝕控制和防護(hù)都在進(jìn)一步研究，從而指導(dǎo)導(dǎo)線的制造與應(yīng)用。

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