輸變電工程鋼構件熱噴涂鋅鋁鎂稀土合金防腐涂層技術經濟性分析

李辛庚+趙芃++張晉梅

摘 要：采用熱噴涂ZnAlMgRe合金制備輸變電鋼構件防腐涂層，可實現(xiàn)40年以上免維護的效果，提高輸變電鋼構件的耐腐蝕性能和抵御自然災害能力，延長防腐維護周期，降低日常運行維護成本。

關鍵詞：國家電網；全壽命周期；鋁鎂稀土合金防腐涂層；技術性；經濟性

1 背景和概況

沿海、濕熱、重工業(yè)污染等重腐蝕條件地區(qū)，采用熱鍍鋅防腐技術的輸變電鋼構件防腐壽命明顯偏短，腐蝕防護性能遠遠不能滿足國家電網公司頒發(fā)的《關于進一步提高工程建設安全質量和工藝水平的決定》（國家電網基建【2011】1515號）[1]文件中規(guī)定，嚴重降低鋼構件的安全可靠度。相對落后的腐蝕防護技術，成為實現(xiàn)“最優(yōu)目標”中的“短板環(huán)節(jié)”之一。

2 輸變電工程鋼構件防腐技術

輸變電工程鋼構件普遍采用熱浸鍍鋅技術一般防腐設計壽命為20年。在普通干燥的大氣環(huán)境條件下，傳統(tǒng)熱浸純鋅鍍層在投運5-10年后防腐性能開始退化。在沿海和重工業(yè)污染地區(qū)，平均首次維護時間僅為4-8年。而鍍層材料合金化和配套涂層設計理念，可大幅度提高鍍層的防腐蝕性能。

3 熱噴涂鋅鋁鎂稀土涂層的技術性分析

3.1 涂層制備工藝分析

采用熱噴涂技術，工藝有表面處理和噴涂施工兩道工序，對于存在的缺陷可按原工藝的要求重新施工，涂層基本性能和防護性能沒有差別。采用熱浸鍍技術，各環(huán)節(jié)需要控制的因素較多，對于漏鍍等缺陷不能按原工藝重新處理，只能采用冷涂鋅技術，長期使用過程中可能會導致涂層局部防腐性能不能滿足設計要求。

3.2 工作效率分析

熱噴涂技術一般以單位時間內噴涂面積核算其工作效率，熱浸鍍技術是以單位時間內浸鍍工件的重量核算。經調研，對于結構較復雜的工件，熱噴涂技術工作效率低于熱浸鍍技術；對于結構較簡單的鋼管桿，如采用生產線進行熱噴涂，其工作效率遠高于熱浸鍍技術。

4 熱噴涂鋅鋁鎂稀土涂層的經濟性分析

熱噴涂鋅鋁鎂稀土合金涂層具有涂層成分準確、孔隙率低、耐蝕性能好等特點。采用熱噴涂鋅鋁鎂稀合金涂層+封閉處理方案制備鋼構件防護涂層，可大大延長鋼構件使用壽命。

4.1 初期投資分析

采用熱噴涂技術制備涂層，有電弧噴涂和火焰噴涂兩種技術。車間施工時，表面處理一般采用噴砂處理，初期投資為十幾萬元。現(xiàn)場修復處理時，用打磨工具進行表面處理，初期投資較低。采用火焰熱噴涂技術噴涂施工，需要氧氣瓶、乙炔氣瓶、壓縮空氣瓶和送絲機，初期投資幾萬元。采用電弧噴涂技術制備涂層，需要噴涂電源、送絲機，其初期投資為幾十萬元。采用熱浸鋅技術制備涂層，需要熱浸鍍鋅鍋、加熱系統(tǒng)、鋅錠、行吊等，處理工藝一般為堿洗、水洗、酸洗、水洗、助鍍處理、烘干等。除廠房外，初期投資需要1000萬元以上。

4.2 經濟效益分析

（1）角鋼塔涂層制備成本分析。ZnAlMgRe合金絲材單價為38元/kg。電弧噴涂過程中絲材的損耗以20%核算，按標準《輸電線路鐵塔制造技術條件》[2]的規(guī)定，電弧噴涂層厚度以與熱浸鍍工藝相同的涂層厚度（選擇86μm）進行防護處理，不考慮其他因素影響，采用算數加權平均的方法核算ZnAlMgRe合金涂層密度為6.2g/cm3，涂層成本按式計算：c=（t×A×ρ×Ρ）/（1+D），式中P-單價，元；C-成本，元；t-涂層厚度，m；A-涂層面積，m2；ρ-涂層密度，g/m3；D-噴涂中絲材損耗，%。噴涂ZnAlMgRe涂層1m2的絲材成本為25元/m2。采用效果最好的棕剛玉砂的市場價格按4400元/噸，對桿塔塔材進行噴砂表面處理，每平方米消耗棕剛玉砂2kg。噴砂消耗棕剛玉的成本按式計算：c=（2A×P）/1000=8.8A，封閉處理采用硝基清漆，市售價15元/kg，每公斤清漆施工面積以12m2計。查閱相關輸變電鋼構件角鋼手冊，在1噸不同規(guī)格輸變電角鋼上制備ZnAlMgRe涂層成本為L63×6型表面積43.2m2/t，合計2741元，L100×10型表面積25.8m2/t，合計1645元，L125×12型表面積21.6m2/t，合計1379元，L160×14型表面積，18.5m2/t，合計1180元。（2）鋼管桿涂層制備成本分析。鋼管桿的規(guī)格參照國家電網公司企業(yè)標準《輸電線路鋼管塔構造設計規(guī)定》（Q/GDW391-2009）[3]。采用相同的計算方法，對在不同規(guī)格鋼管桿表面制備ZnAlMgRe涂層的成本進行計算，如果采用傳統(tǒng)熱浸鍍鋅技術制備鍍層，每噸鋼材的加工價格為1300元/噸。

4.3 耐蝕性能對比分析

重工業(yè)污染或酸雨環(huán)境下，傳統(tǒng)熱鍍鋅層投入運行3～4年后，線路塔出現(xiàn)大量銹點，4-5年便逐步轉變?yōu)檎P蝕。采用熱噴涂ZnAlMgRe合金涂層，不進行封閉處理的情況下，當ZnAlMgRe合金涂層的耐蝕性能為熱浸鍍鋅的15倍以上可滿足全壽命周期免維護的要求。

4.4 ZnAlMgRe合金涂層全壽命周期經濟性分析

（1）重腐蝕地區(qū)ZnAlMgRe合金涂層全壽命周期經濟性分析。重工業(yè)污染區(qū)和沿海地區(qū)，熱浸鍍鋅初次維護的時間取為4年，在全壽命周期內至少維護8次，如維護采用目前常用的冷涂鋅技術，每次費用為1300元/噸，共計10100元/噸，與初次建設投資的費用（僅考慮熱鍍鋅部分）總和為11400元/噸。以銅加速乙酸鹽霧試驗結果核算，ZnAlMgRe合金涂層+封閉處理可以保證40年免維護，用于防腐的全部成本僅為初期建設時的制造成本。取以上計算中最高的2741元/噸。與熱浸鍍鋅相比較，性價比可達到4倍以上。（2）一般腐蝕性地區(qū)ZnAlMgRe合金涂層全壽命周期經濟性分析。一般腐蝕性地區(qū)，熱浸鍍鋅初次維護的時間為10年，在40年的全壽命周期內至少維護3次，如采用目前常用的冷涂鋅技術，每次費用為1300元/噸，共計3900元/噸，與初次建設投資的費用（僅考慮熱鍍鋅部分）總和為5200元/噸。采用熱噴涂ZnAlMgRe合金涂層則具有1.8倍性價比。以上分析可知，在一般腐蝕性地區(qū)，角鋼厚度≥10mm時，采用熱噴涂ZnAlMgRe合金涂層具有較好的經濟效益，如在不同規(guī)格的鋼管桿上制備涂層，則均有非常好的經濟效益。在重工業(yè)污染區(qū)和沿海地區(qū)等重腐蝕地區(qū)，采用ZnAlMgRe合金涂層+封閉處理工藝在角鋼塔材和鋼管桿上制備的合金涂層，與傳統(tǒng)熱浸鍍鋅鍍層相比，均具有更加優(yōu)異的經濟效益。

5 結束語

（1）與熱浸鍍鋅相比，采用規(guī)格為Φ2～Φ3mm的鋅鋁鎂稀土絲材電弧噴涂工藝技術可以提高耐腐蝕性能5倍以上。適合于輸變電工程鋼構件的耐環(huán)境腐蝕防護應用。（2）采用熱噴涂技術可以減少熱浸鍍鋅的污染排放。（3）與傳統(tǒng)熱浸鍍鋅鍍層相比，在一般腐蝕性地區(qū)，角鋼厚度≥10mm時，采用熱噴涂ZnAlMgRe合金涂層具有較好的經濟效益；對于不同規(guī)格鋼管桿，則均有良好經濟效益；而在重工業(yè)污染區(qū)和沿海地區(qū)等重腐蝕地區(qū)，采用ZnAlMgRe合金涂層+封閉處理工藝在角鋼塔材和鋼管桿上制備的合金涂層，均具有更加優(yōu)異的技術經濟效益。

參考文獻

[1]國家電網公司2011年頒發(fā)的《關于進一步提高工程建設安全質量和工藝水平的決定》（國家電網基建【2011】1515號）[Z].

[2]國家電網公司企業(yè)標準.Q/GDW391-2009.輸電線路鋼管塔構造設計規(guī)定[S].

[3]GB/T 2694-2010.輸電線路鐵塔制造技術條件[S].

作者簡介：李辛庚（1962-），男，漢族，河北，博士，教授/高級工程師，材料專業(yè)。

趙 （1989-），女，滿族，北京，碩士，助理工程師，變電專業(yè)。

張晉梅（1971-），女，漢族，天津，工程碩士，高級工程師，土建專業(yè)。