變電站鋼結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計研究與應(yīng)用

池翔

摘 要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進(jìn)步，我國變電站中的支架多采用鋼結(jié)構(gòu)，這是因為我國的變電站多設(shè)于戶外，自然環(huán)境較為惡劣，因此，鋼結(jié)構(gòu)的抗腐蝕性能必須得到有力加強。本文通過對變電站鋼結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計研究及應(yīng)用的分析，對變電站鋼結(jié)構(gòu)的防腐設(shè)計、防腐原理及具體的防腐方法進(jìn)行了研究與探討。

關(guān)鍵詞：變電站；鋼結(jié)構(gòu)；防腐；研究；應(yīng)用

中圖分類號：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著人們對電能需求量的迅猛增長，作為電力系統(tǒng)輸電運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，變電站的建立工程也就顯得尤為重要。目前，我國變電站多設(shè)于戶外，變電站往往需要經(jīng)受酷暑寒冬、風(fēng)霜雨雪，其所處的自然環(huán)境較為惡劣，這就對變電站鋼結(jié)構(gòu)的防腐性提出了較高水平的要求。因此，變電站鋼結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計、方法及應(yīng)用是本文主要研究的對象。首先，我們需要對鋼結(jié)構(gòu)腐蝕原理進(jìn)行初步了解。

1.鋼結(jié)構(gòu)腐蝕原理

鋼的銹蝕需要4個條件，即陰極、陽極、金屬接觸與氧氣和電解質(zhì)，這是一個完整的電化學(xué)的發(fā)生過程，當(dāng)以上4個條件滿足同時存在的條件時，鋼就會出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。這是因為在鋼鐵的陽極部分，鐵通過釋放電子從而形成Fe2+；在它的陰極部分，由于水中所溶解的氧氣對陽極產(chǎn)生的氫氧根OH-離子進(jìn)行了吸收，使得電子從陽極向陰極不斷流動，從而形成了腐蝕電流，因此，就會在鋼結(jié)構(gòu)的表面區(qū)域生成氫氧化鐵的薄膜。具體的化學(xué)方程式如下所示：

2Fe+2H2O+O2=2Fe（OH）2

氫氧化鐵Fe（OH）2再同水和氧氣進(jìn)行結(jié)合形成銹蝕，過程如下：

4Fe（OH）2+2H2O+O2=4Fe（OH）3

以上就是鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)銹蝕的化學(xué)原理。

2.變電站鋼結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計研究

2.1變電站鋼結(jié)構(gòu)的防腐需求

首先，長效性。這是因為我國變電站通常設(shè)于戶外，尤其是變電站的支架結(jié)構(gòu)常年處于帶電運行的狀態(tài)，無法做到經(jīng)常性的停電維修，這就使得鋼結(jié)構(gòu)支架的檢修異常困難。因此，變電站鋼結(jié)構(gòu)的防腐方案必須具備防腐長效性；其次，適應(yīng)性。這是因為鋼結(jié)構(gòu)支架所處的戶外環(huán)境需要經(jīng)歷雨雪風(fēng)霜和陽光照射等多變的自然氣候條件，這就要求防腐方案對鋼結(jié)構(gòu)支架所處的環(huán)境以及氣候條件進(jìn)行綜合考量，使方案具備優(yōu)良的適應(yīng)性；然后，防止變形。在變電站的工程建設(shè)中，由于變電站的構(gòu)件在進(jìn)行組合時通常采用螺栓進(jìn)行連接工作，這就使得變電站的構(gòu)件在防腐的施工作業(yè)中極易產(chǎn)生變形的情況，給變電站的安全穩(wěn)定性造成隱患。因此，防腐方案必須防止變電站其他構(gòu)件出現(xiàn)變性狀況；最后，節(jié)能環(huán)保、成本低、壽命高。這就對防腐方案提出了更加全面的要求，使得其在進(jìn)行設(shè)計研究過程中，必須從經(jīng)濟、使用壽命、節(jié)能環(huán)保性等多方面進(jìn)行考量。

2.2鋼結(jié)構(gòu)常用防腐方法及防腐激原理

第一，犧牲陽極以保護(hù)陰極的方法。這種方法主要是通過對鋼結(jié)構(gòu)的表面區(qū)域進(jìn)行鋅粉的涂抹覆蓋作業(yè)，從而使鋅涂層成為陽極，以此進(jìn)行對鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)。鋼結(jié)構(gòu)的陰極保護(hù)電化學(xué)方程式具體如下所示：

2Zn-4e=2Zn2+

2H2O+O2+4e=4OH-

2H2O+O2+2Zn=4Zn（OH）2

第二，隔絕防護(hù)法。

這種方法主要是通過涂料來防止鋼結(jié)構(gòu)的表面區(qū)域與外界的氧氣進(jìn)行接觸，從而防范鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)銹蝕，達(dá)到對鋼結(jié)構(gòu)的有效保護(hù)。

第三，緩蝕防護(hù)法。

這種方法中，在對鋼結(jié)構(gòu)的表層所進(jìn)行涂抹的涂料中含有能夠有效減緩鋼結(jié)構(gòu)腐蝕過程的一些緩腐蝕填料，它能夠在鋼結(jié)構(gòu)的表層區(qū)域構(gòu)成保護(hù)的氧化層，從而降低濕氣對鋼結(jié)構(gòu)的滲透性，提高鋼結(jié)構(gòu)支架的使用時長。

2.3防腐方法綜述

從當(dāng)前情況來講，在鋼結(jié)構(gòu)中較為常用的防腐方法有以下幾種：金屬覆蓋層的防腐方法、有機涂層的防腐方法和無機非金屬涂層的防腐方法。首先，有機涂層的防腐方法通常會受到涂料自身防護(hù)原理的限制，其對鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)期限在5～10年，如果在涂抹過程中出現(xiàn)失誤狀況，就會致使該薄弱區(qū)域在1年～2年后就會發(fā)生銹蝕。變電站的使用壽命通常為50年，為了確保變電站的高效運行，就必須避免進(jìn)行斷電檢修作業(yè)，因此，有機涂層的防腐方法對變電站鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用存在局限性；其次，無機非金屬涂層的防腐方法雖然具備耐腐蝕、耐熱性良好以及高度絕緣性的優(yōu)勢，然而，它的韌性弱、脆性大，這就使得其在變電站鋼結(jié)構(gòu)的防腐應(yīng)用中受到限制。但是，隨著重防腐涂料的出現(xiàn)，這一狀況得到了有效改善；最后，金屬覆蓋層的防腐方法。從目前來看，金屬覆蓋層方法中較為常用的是熱鍍鋅和熱噴鋅的防腐方法，而在變電站支架鋼結(jié)構(gòu)的防腐作業(yè)中，熱鍍鋅的應(yīng)用更為廣泛。近些年來，隨著科技水平的不斷進(jìn)步，冷噴鋅的技術(shù)方法已經(jīng)在國外得到了普遍應(yīng)用，我國也開始進(jìn)行冷噴鋅防腐方法的嘗試與推廣。

3.變電站鋼結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計應(yīng)用

3.1鋼結(jié)構(gòu)的表面處理

在對變電站鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐作業(yè)前，必須對鋼結(jié)構(gòu)的表層進(jìn)行清理作業(yè)。這是因為鋼結(jié)構(gòu)的表面由于暴露在室外環(huán)境中，其表面通常會附著各種灰塵、泥土、銹跡、殘渣等需要清理的污物殘留，這些都會對鋼結(jié)構(gòu)防腐作業(yè)產(chǎn)生影響，因此，無論是進(jìn)行重防腐涂裝還是熱鍍鋅與冷噴鋅的防腐方法作業(yè)，都需要將鋼結(jié)構(gòu)的表面清理干凈。在整個清理過程中，施工人員首先需要對鋼結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行仔細(xì)清理，確保鋼結(jié)構(gòu)表面無粘附雜質(zhì)、酸堿殘留、氧化物及銹跡等污物，且要確保鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件表面具有一定程度的粗糙度，確保在進(jìn)行重防腐涂裝或鍍鋅等防腐方法施工作業(yè)時不會出現(xiàn)涂料脫皮的現(xiàn)象。

3.2重防腐涂裝應(yīng)用

重防腐油漆對鋼結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)行10年～15年的保護(hù)，從而節(jié)省了電力設(shè)施的檢修費用，但是，在進(jìn)行重防腐涂料的涂裝工作時，需要對鋼板的表面情況、周圍的大氣環(huán)境、鋼板溫度等客觀環(huán)境因素進(jìn)行注意，在雨雪等濕度高于85%的氣候條件下，不能進(jìn)行重防腐涂裝的施工作業(yè)。此外，在進(jìn)行涂裝作業(yè)前，需對鋼板的表面溫度進(jìn)行溫度計測量，同時，在施工操作時需要將噴頭與鋼板表面盡量近距離進(jìn)行施工作業(yè)，避免干噴現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3.3熱鍍鋅與冷噴鋅應(yīng)用

首先，我們需要對熱鍍鋅與冷噴鋅這兩種鋼結(jié)構(gòu)的防腐方法進(jìn)行比較。熱鍍鋅主要是利用金屬高溫熔化和霧化后在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面所形成的金屬表層來發(fā)揮防腐效用的。在實際的施工作業(yè)中，通常是將鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件浸入金屬鋅的熱熔溶液中，使得鋼結(jié)構(gòu)表層被金屬鋅牢牢覆蓋，以此達(dá)到最終的防腐目的；冷噴鋅則是運用涂裝的手段使得鋼構(gòu)件表層形成金屬鋅的保護(hù)盾牌，充分發(fā)揮犧牲陽極以保護(hù)陰極的化學(xué)原理來對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效保護(hù)，在經(jīng)過鋅盾的常溫噴涂作業(yè)后，鋼結(jié)構(gòu)表面鋅鍍層中鋅的含量高于96%；其次，從施工作業(yè)難度來講，冷噴鋅的方法較之熱鍍鋅更為簡單；最后，從經(jīng)濟方面來講，冷噴鋅更為節(jié)能環(huán)保，且成本較低。因此，在對變電站鋼架構(gòu)進(jìn)行防腐作業(yè)時，采用冷噴鋅方法是最佳方案。

結(jié)語

綜上所述，本文通過對現(xiàn)階段我國變電站鋼結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計、防腐原理及防腐方法的分析與研究，對變電站鋼結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計的應(yīng)用進(jìn)行了進(jìn)一步解析，從而對變電站鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行更加高效地防腐處理，確保變電站鋼結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性，更好地為變電站電力系統(tǒng)的工作運行提供服務(wù)。

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