輸電線路鐵塔腐蝕等級評定規(guī)則研究

劉爽，高明德，李圣爭，胡新芳

（國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250003）

輸電線路鐵塔腐蝕等級評定規(guī)則研究

劉爽，高明德，李圣爭，胡新芳

（國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250003）

目前電網(wǎng)企業(yè)對輸電線路鐵塔腐蝕等級沒有統(tǒng)一的評定標(biāo)準(zhǔn)，無法在現(xiàn)場準(zhǔn)確、快速對輸電線路鐵塔腐蝕程度進(jìn)行判斷，評定腐蝕等級。將鐵塔塔材表面腐蝕形貌的宏觀檢測結(jié)果和熱鍍鋅層剩余厚度測量結(jié)果作為評判依據(jù)，并結(jié)合相關(guān)鋼材表面腐蝕程度的劃分和涂層老化評級方法等標(biāo)準(zhǔn)，制定輸電線路鐵塔腐蝕等級評定規(guī)則。該評定規(guī)則易于掌握和應(yīng)用，能夠在現(xiàn)場快速準(zhǔn)確對輸電線路鐵塔腐蝕程度進(jìn)行判定。

輸電線路鐵塔；腐蝕；腐蝕等級；熱鍍鋅；評定規(guī)則

0 引言

輸電線路鐵塔服役條件是長期露天運(yùn)行，面臨各類氣象條件和大氣腐蝕，運(yùn)行環(huán)境惡劣［1］，由于環(huán)境腐蝕引起塔材失效頻率呈逐年上升趨勢。對于鐵塔的腐蝕防護(hù)，目前主要是采用熱鍍鋅與涂刷防腐涂料兩種方式［2］。熱鍍鋅層對基體與腐蝕環(huán)境具有隔離作用和電化學(xué)保護(hù)作用，在內(nèi)陸空氣干燥、潔凈的環(huán)境中，防護(hù)時(shí)間可達(dá)十幾年甚至幾十年［3］。但處于沿海、城市或重工業(yè)污染環(huán)境時(shí)，大氣中的SO2、NOx、H2S等腐蝕性氣體以及強(qiáng)吸濕性NaCl、MgCl2等污染物質(zhì)，在一定的潤濕條件下，能夠使熱鍍鋅層發(fā)生電化學(xué)腐蝕［4－7］，導(dǎo)致熱鍍鋅層對鋼鐵塔的防護(hù)時(shí)間大大縮短，嚴(yán)重危害電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

目前，電網(wǎng)企業(yè)對于金屬材料腐蝕機(jī)理的研究缺乏整體性和系統(tǒng)性，對鐵塔腐蝕程度的評定尚無統(tǒng)一的參考標(biāo)準(zhǔn)。因此，需要制定評定準(zhǔn)確、易于應(yīng)用的輸電線路鐵塔腐蝕等級評級規(guī)則，能在現(xiàn)場準(zhǔn)確地對輸電線路鐵塔腐蝕程度進(jìn)行評定，指導(dǎo)制定相應(yīng)的監(jiān)督和維護(hù)措施，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力的技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)分析

1.1 試樣準(zhǔn)備

試驗(yàn)試樣取自實(shí)際運(yùn)行的220 kV線路鐵塔塔材，規(guī)格為L100×10、L80×5，材質(zhì)為Q235、Q345，取樣線路實(shí)際投運(yùn)時(shí)間已達(dá)到15年，運(yùn)行環(huán)境為重工業(yè)環(huán)境和城市環(huán)境，大氣中SO2、NOx、H2S等腐蝕性氣體污染物含量較高，屬于e級污區(qū)（據(jù)2011版山東電力系統(tǒng)污區(qū)分布圖）。

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區(qū)域，整體表面可能出現(xiàn)單個(gè)銹點(diǎn)，如圖1所示。

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(jīng)被腐蝕，整體表面出現(xiàn)不連續(xù)的可見銹點(diǎn)和泛銹區(qū)域，如圖2所示。

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(diǎn)和大面積紅銹區(qū)域，基體已被腐蝕，如圖3所示。

另從取樣線路塔材備品中選取同批次、同規(guī)格的塔材作為對比試樣，如圖4所示。

圖1 輕微腐蝕試樣宏觀形貌

圖2 部分腐蝕試樣宏觀形貌

圖3 完全腐蝕試樣宏觀形貌

圖4 對比試樣宏觀形貌

1.2 試驗(yàn)方法

采用OXFORD CMI233型熱鍍鋅層測厚儀，對四組試樣表面熱鍍鋅層厚度、表面腐蝕產(chǎn)物層厚度進(jìn)行測量。采用美國AMRAY1830／34-J-77掃描電子顯微鏡和EDS能譜對三組試樣表面和截面的微觀形貌以及組成元素進(jìn)行分析，加速電壓為20.0 kV。

采用無公害綜合防治技術(shù)進(jìn)行病蟲害防治，確保高產(chǎn)、高質(zhì)、高環(huán)保效應(yīng)。對印度紫檀和金花茶病害主要用波爾多液及其他銅制劑等低毒無殘留無公害的藥液噴灑防治，并做好田間清潔，消除病原菌；對蟲害防治主要用Bt、殺蟲雙等低毒無殘留無公害農(nóng)藥，兼顧使用殺蟲燈、黃板進(jìn)行誘殺害蟲。盡量減少農(nóng)藥使用量和次數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 試樣表面熱鍍鋅層及腐蝕產(chǎn)物厚度

三組試樣表面熱鍍鋅層及腐蝕產(chǎn)物厚度測量結(jié)果見表1，每個(gè)試樣表面共測5點(diǎn)，計(jì)算平均值。

表1 試樣表面熱鍍鋅層、腐蝕產(chǎn)物厚度μm

從表1的測量結(jié)果中可以看出，原始塔材熱鍍鋅層厚度平均值在110 μm左右，符合GB／T 2694—2010《輸電線路鐵塔制造技術(shù)條件》對塔材熱鍍鋅層厚度的要求。輕微腐蝕試樣的平均熱鍍鋅層厚度為36.46 μm，為原始熱鍍鋅層厚度的1／3左右；部分腐蝕試樣熱鍍鋅層的厚度為14.44 μm，只有原始熱鍍鋅層厚度的1／9左右，而腐蝕區(qū)域的腐蝕產(chǎn)物厚度為47.9 μm；完全腐蝕試樣的腐蝕產(chǎn)物厚度為145.8 μm。

2.2 完全腐蝕表面、截面微觀形貌及成分分析

圖5為完全腐蝕試樣表面的微觀形貌，存在大量的孔洞和裂紋；圖6為完全腐蝕試樣截面的微觀形貌，腐蝕產(chǎn)物中有較大的腐蝕孔洞，基體已經(jīng)被嚴(yán)重腐蝕。表2為完全腐蝕試樣表面和截面的能譜檢測結(jié)果。

圖5 完全腐蝕試樣表面SEM形貌

圖6 完全腐蝕試樣截面SEM形貌

表2 完全腐蝕表面及截面EDS能譜分析結(jié)果%

根據(jù)表2，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(chǎn)物及表面熱鍍鋅層被腐蝕后的腐蝕產(chǎn)物。

2.3 部分腐蝕表面、截面微觀形貌及成分分析

圖7為部分腐蝕試樣熱鍍鋅層區(qū)域表面微觀形貌，熱鍍鋅層區(qū)域存在網(wǎng)狀微觀裂紋，部分區(qū)域有腐蝕孔洞。圖8為部分腐蝕試樣表面腐蝕區(qū)域微觀形貌，腐蝕區(qū)域表面存在大量的微觀裂紋和孔隙。

圖7 部分腐蝕試樣熱鍍鋅層表面SEM形貌

圖8 部分腐蝕試樣腐蝕區(qū)域表面SEM形貌

圖9、圖10分別為部分腐蝕試樣熱鍍鋅層區(qū)域、腐蝕區(qū)域截面的微觀形貌。圖9熱鍍鋅層區(qū)域截面形貌，熱鍍鋅層剩余厚度較低，部分位置基體已經(jīng)裸露；圖10部分腐蝕試樣腐蝕區(qū)域截面有較多腐蝕坑，熱鍍鋅層已經(jīng)消失，基體已經(jīng)被腐蝕。表3為部分腐蝕表面及截面能譜檢測結(jié)果。

圖9 部分腐蝕試樣熱鍍鋅層截面SEM形貌及EDS檢測位置

圖10 部分腐蝕試樣銹蝕區(qū)域截面SEM形貌及EDS檢測位置

根據(jù)表3能譜檢測結(jié)果，部分腐蝕試樣熱鍍鋅層區(qū)域表面與截面1點(diǎn)處的成分基本一致，主要以熱鍍鋅層的腐蝕產(chǎn)物為主，截面2點(diǎn)處的成分主要熱鍍鋅層靠近基體形成的ZnFe合金成分，截面3點(diǎn)處為試樣基體。部分腐蝕試樣腐蝕區(qū)域表面與截面1、2點(diǎn)處的成分基本一致，主要以基體的腐蝕產(chǎn)物和熱鍍鋅層腐蝕產(chǎn)物為主，截面3點(diǎn)處為試樣基體。S、Cl元素為腐蝕介質(zhì)，從S、Cl元素在截面上的分布看，部分腐蝕試樣熱鍍鋅層區(qū)域和腐蝕區(qū)域都存在，說明腐蝕介質(zhì)已經(jīng)通過表面的裂紋和孔隙滲入到與基體結(jié)合的部位，熱鍍鋅層區(qū)域?qū)w的保護(hù)能力有限，而腐蝕區(qū)域已失去對基體的保護(hù)，基體已經(jīng)被腐蝕。

表3 部分腐蝕表面及截面EDS能譜檢測結(jié)果%

2.4 輕微腐蝕表面、截面微觀形貌及成分分析

圖11為輕微腐蝕試樣表面微觀形貌，熱鍍鋅層完整，存在少量的裂紋和孔隙。圖12為輕微腐蝕試樣截面微觀形貌，熱鍍鋅層完整致密，厚度分布不均。表4為輕微腐蝕試樣表面和截面能譜檢測結(jié)果。

圖11 輕微腐蝕試樣表面SEM形貌

圖12 輕微腐蝕試樣截面能譜檢測圖

根據(jù)表4，輕微腐蝕試樣表面與截面1點(diǎn)處的成分基本一致，主要以熱鍍鋅層及其腐蝕產(chǎn)物為主，截面2、3點(diǎn)處的成分主要是熱鍍鋅層的成分。截面1、2點(diǎn)處與部分腐蝕試樣熱鍍鋅區(qū)域截面2點(diǎn)處的成分類似，在截面上同樣能夠發(fā)現(xiàn)S、Cl元素，說明腐蝕介質(zhì)已經(jīng)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(nèi)部，但尚未到達(dá)與基體結(jié)合的位置，熱鍍鋅層仍能夠?qū)w形成有效保護(hù)。

表4 輕微腐蝕表面及截面EDS能譜檢測結(jié)果%

2.5 試驗(yàn)結(jié)果分析

綜合上述試驗(yàn)結(jié)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(zhì)對基體的腐蝕，對基體形成有效保護(hù)；部分腐蝕試樣熱鍍鋅層區(qū)域已不完整，平均厚度為14.44 μm，并且表面存在網(wǎng)狀裂紋和腐蝕孔洞，對S、Cl等腐蝕介質(zhì)的阻擋能力下降，對基體的保護(hù)有限。而部分腐蝕試樣的腐蝕區(qū)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(chǎn)物，S、Cl等腐蝕介質(zhì)能夠直接腐蝕基體，無法對基體進(jìn)行保護(hù)。

3 腐蝕等級評定規(guī)則的制定

根據(jù)上述對實(shí)際運(yùn)行的輸電線路鐵塔塔材的試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合GB／T 2694—2010《輸電線路鐵塔制造技術(shù)條件》對塔材熱鍍鋅層厚度的規(guī)定，制定腐蝕等級評定規(guī)則，見表5。

為確保評定規(guī)則易于掌握和熟練運(yùn)用，借鑒標(biāo)準(zhǔn)GB／T 1766—2008《色漆和清漆涂層老化的評級方法》的評級規(guī)則的表示方法，以0至3的數(shù)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(shí)，可以采用中間的半級來對所觀察到的腐蝕等級進(jìn)行更準(zhǔn)確的評定，如存在腐蝕程度不同的現(xiàn)象，應(yīng)以腐蝕程度嚴(yán)重的級別為評定結(jié)果，以文字表述其不均勻性。

表5 輸電線路鐵塔腐蝕等級評定規(guī)則

4 結(jié)語

制定腐蝕等級評定規(guī)則，將腐蝕等級劃分為無腐蝕、輕微腐蝕、部分腐蝕和完全腐蝕。

輕微腐蝕塔材表面呈灰色或深灰色，熱鍍鋅層完整，個(gè)別位置存在單個(gè)銹點(diǎn)。隨機(jī)檢測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(shù)條件》對熱鍍鋅層厚度規(guī)定值的30%，能夠?qū)w形成有效保護(hù)。在實(shí)際運(yùn)行條件下，仍然能夠繼續(xù)保護(hù)基體，進(jìn)行常規(guī)的運(yùn)行監(jiān)督。

部分腐蝕塔材表面呈灰色或暗灰色，熱鍍鋅層部已不完整，局部出現(xiàn)腐蝕區(qū)域或連續(xù)多個(gè)銹點(diǎn)。隨機(jī)檢測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(shù)條件》對熱鍍鋅層厚度規(guī)定值的10%，熱鍍鋅層能夠?qū)w已經(jīng)無法形成有效保護(hù)。在實(shí)際運(yùn)行條件下，基體將被腐蝕，需將腐蝕情況上報(bào)并縮短巡視周期并監(jiān)督運(yùn)行，列入年度檢修計(jì)劃，進(jìn)行防腐處理。

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(diǎn)或存在大面積紅銹區(qū)域。在實(shí)際運(yùn)行條件下，基體將被快速腐蝕，需將腐蝕情況上報(bào)并立即進(jìn)行表面防腐或者更換處理。

［1］何長華.輸電線路鐵塔用鋼的發(fā)展趨勢［J］.電力建設(shè)，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(xué)出版社，1988.

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Evaluation Rule Study on Corrosion Degree of Transmission Towers

LIU Shuang，GAO Mingde，LI Shengzheng，HU Xinfang
（State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

At present，a uniform assessment standard of transmission towers corrosion degree in power enterprises is not exist，which results in corrosion level not to be judged accurately and quickly at the scene.Taking the tower material surface corrosion morphology and hot dip galvanized layer remaining thickness as basis，and combined with correlation standards such as the assessment of corrosion degree of steel surface and the ranking method of the coating aging，the evaluation rule of corrosion degree for transmission line towers is formulated，which is grasped and applied easily，and can determine the corrosion degree fast and accurately.

transmission line tower；corrosion；degree of corrosion；hot dip galvanized coating；evaluation rule

TG179；G307

A

1007－9904（2016）11－0028－04

2016-05-29

劉爽（1982），男，高級工程師，從事電力金屬材料監(jiān)督檢驗(yàn)、電站和電網(wǎng)重要金屬部件失效分析、電網(wǎng)材料腐蝕與防護(hù)、電力金屬材料檢測等方面的工作。