輸電線路桿塔主材與基礎(chǔ)接觸部的腐蝕及防護(hù)研究

李曉斌，陳 亦

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局，廣東 江門 529099）

引言

環(huán)境污染是輸電線路桿塔裸露在外的金屬部件產(chǎn)生腐蝕的重要影響因素，主要表現(xiàn)在塔身銹蝕、接地網(wǎng)銹蝕和對(duì)地導(dǎo)線銹蝕等。圖1是嶺南沿海某輸電線路部分桿塔主材與保護(hù)帽（基礎(chǔ)）接觸部分的圖片，從圖中可以看出主材被腐蝕成內(nèi)外兩層，腐蝕相對(duì)嚴(yán)重，明顯降低了其與基礎(chǔ)的接觸面積和桿塔的穩(wěn)定性，增大了倒塔斷線的風(fēng)險(xiǎn)。因此，要使電網(wǎng)能夠安全運(yùn)行，輸電桿塔的防腐蝕成為必須考慮的突出問(wèn)題。

圖1 嶺南沿海某輸電線路桿塔主材與基礎(chǔ)接觸部

本課題將以嶺南沿海某段輸電線路桿塔主材與保護(hù)帽（基礎(chǔ)）接觸部分為研究對(duì)象，首先對(duì)其腐蝕規(guī)律、腐蝕機(jī)理進(jìn)行研究，然后在此基礎(chǔ)上有針對(duì)性地開(kāi)發(fā)有效的防護(hù)技術(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)方法和過(guò)程

為研究輸電線路桿塔主材與基礎(chǔ)接觸部的腐蝕機(jī)理，首先采用Bruker AXS D8-Advance X射線衍射儀（Cu 靶，K，λ=0.15456 nm)對(duì)接觸部?jī)?nèi)、外兩側(cè)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行物相分析。其次，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地下500 mm左右處土壤取樣。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，清除土壤中雜物，自然風(fēng)干，粉碎研磨后通過(guò)20目篩。用除鹽水按照水土比5：1的方法溶解、振蕩，過(guò)濾出浸出液。靜置后，分別采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法和電極法對(duì)土壤樣品中的金屬陽(yáng)離子和非金屬陰離子進(jìn)行分析。

針對(duì)輸電線路鐵塔塔腳與基座連接部的腐蝕嚴(yán)重情況，采用保護(hù)帽涂層對(duì)其保護(hù)，其中涂層有內(nèi)向外依次為丙烯酸樹(shù)脂+羅曼哈斯膠+Megum538膠+改性環(huán)氧樹(shù)脂砂漿+防水防滲涂料，如圖2所示。另外，為了避免由于長(zhǎng)時(shí)間受雨水侵蝕而導(dǎo)致防水防滲涂層起泡的現(xiàn)象，將保護(hù)帽涂層外層設(shè)計(jì)成倒水棱，如圖3所示。配置硝酸鈣質(zhì)量濃度為8.01 g/L、硝酸鉀質(zhì)量濃度為10.14 g/L、無(wú)水硫酸鈉質(zhì)量濃度為13.5 g/L、氯化鈉質(zhì)量濃度為5.58 g/L和磷酸三鈉質(zhì)量濃度為15.6g/L的溶液，采用南京環(huán)科YWX-250型鹽霧試驗(yàn)箱對(duì)保護(hù)帽進(jìn)行進(jìn)行鹽霧實(shí)驗(yàn)。

圖2 防護(hù)涂層示意圖

圖3 保護(hù)帽涂層示意圖

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

圖4是輸電線路桿塔主材與基礎(chǔ)接觸部?jī)?nèi)、外兩層腐蝕產(chǎn)物的XRD衍射圖。從圖4可以看出各腐蝕產(chǎn)物中的組成大致類似，均為FeO、Fe2O3、Fe3O4、FeOOH以及少量微晶和非晶物質(zhì)，但外層晶態(tài)的FeO、Fe2O3、Fe3O4和FeOOH均較多，其衍射峰相對(duì)明顯，說(shuō)明其穩(wěn)定性較高。內(nèi)層晶態(tài)物質(zhì)的峰強(qiáng)較弱，說(shuō)明其腐蝕產(chǎn)物中含有大量的微晶和非晶，這表明其腐蝕產(chǎn)物的穩(wěn)定性較差，大量物質(zhì)處于腐蝕過(guò)程的中間狀態(tài)，在環(huán)境條件合適時(shí)，其腐蝕轉(zhuǎn)變將會(huì)繼續(xù)發(fā)生。

圖4 桿塔主材與基礎(chǔ)接觸部?jī)?nèi)外銹層的X射線衍射譜

表1是土壤樣品檢測(cè)結(jié)果，從表1可以看出除金屬 K+、Na+、Ca2+離子外，含有一定量的 SO42-、NO3-、PO43-、及Cl-，特別是Cl-含量相對(duì)較高。桿塔主材一般采用鍍鋅鋼材，通常鋅與鋼鐵之間發(fā)生擴(kuò)散形成鋅鐵合金層，比一般涂料結(jié)合更牢固，暴露在大氣環(huán)境中的鋅層數(shù)十年不會(huì)脫落，但鍍鋅層在接觸空氣和水時(shí)，可產(chǎn)生輕微的電化學(xué)腐蝕。與內(nèi)陸地區(qū)相比，嶺南沿海地區(qū)位于亞熱帶低緯度地區(qū)，電網(wǎng)金屬結(jié)構(gòu)所處的運(yùn)行環(huán)境十分復(fù)雜，南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候的特點(diǎn)，使得大氣濕度很大，水蒸氣易在毛細(xì)管作用、吸附作用、化學(xué)凝結(jié)作用的影響下，附著在鋼材表面上形成一層水膜。補(bǔ)充嶺南沿海地區(qū)氣態(tài)污染情況（沿海地區(qū)鹽密大），這樣部分二氧化硫和氮氧化物溶解在鋼材表面的水膜中形成導(dǎo)電性較強(qiáng)的電解質(zhì)溶液，電解液溶液與金屬氧化膜發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生孔蝕，加速了輸電桿塔腐蝕。在另一方面，可以看出土壤中Cl-含量較高，工廠所排出的的Cl2形成 HCl，HCl+Fe→H2+FeCl3，而 FeCl3溶于水，于是進(jìn)一步增加了桿塔主材與基礎(chǔ)接觸部的銹蝕。

為了對(duì)比腐蝕情況，在Q420角鋼上，設(shè)計(jì)了六種耐腐蝕方案，如圖5所示。其中1號(hào)為丙烯酸樹(shù)脂，2號(hào)為丙烯酸樹(shù)脂+羅曼哈斯膠+Megum538膠，3號(hào)為丙烯酸樹(shù)脂+羅曼哈斯膠+Megum538膠+改性環(huán)氧樹(shù)脂砂漿，4號(hào)為丙烯酸樹(shù)脂+羅曼哈斯膠+Megum538膠+改性環(huán)氧樹(shù)脂砂漿+防水防滲涂料，5號(hào)為無(wú)鍍鋅層的鋼板，6號(hào)為有鍍鋅層的鋼板。

表1 土壤樣品檢測(cè)結(jié)果（均值）μg/g

圖5 角鋼的耐腐蝕方案

下頁(yè)表 2是不同方案在 24 h、72 h、144 h和240 h后其表面變化情況。從表2可以看出，5號(hào)和6號(hào)試樣在鹽霧腐蝕144 h后，試樣側(cè)邊出現(xiàn)了腐蝕現(xiàn)象，尤其240 h后5號(hào)試樣表面腐蝕明顯。1號(hào)試樣過(guò)渡層表面在鹽霧腐蝕144 h后，無(wú)過(guò)渡層的鍍鋅鋼板表面出現(xiàn)腐蝕，240 h后腐蝕明顯，同時(shí)丙烯酸樹(shù)脂膠表面殘留相對(duì)較多的鹽分，但過(guò)渡層表面沒(méi)有出現(xiàn)裂紋、起泡、銹蝕等現(xiàn)象。2號(hào)試樣在240 h表面鹽分殘留相對(duì)很少，說(shuō)明在丙烯酸樹(shù)脂膠表面涂覆羅曼哈斯膠和Megum538膠的過(guò)渡層，使得試樣的抗鹽霧腐蝕的能力得到顯著提高。3號(hào)和4號(hào)試樣經(jīng)過(guò)240 h腐蝕后表面無(wú)點(diǎn)蝕、裂紋、起泡和銹蝕等現(xiàn)象，將3號(hào)和4號(hào)試樣的保護(hù)帽剖開(kāi)后，被保護(hù)的基材表面沒(méi)有滲水、銹蝕現(xiàn)象，如下頁(yè)圖6所示，說(shuō)明其防護(hù)效果較佳。

3 結(jié)論

1）嶺南沿海某輸電鐵塔主材腐蝕的主要原因是環(huán)境介質(zhì)對(duì)其進(jìn)行的腐蝕，其中主要以化學(xué)腐蝕為主，工業(yè)廢氣中的二氧化硫、氮氧氮氧化物及氯氣溶解在鋼材表面的水膜中形成導(dǎo)電性較強(qiáng)的電解質(zhì)溶液是其腐蝕的關(guān)鍵因素。

2）采用丙烯酸樹(shù)脂+羅曼哈斯膠+Megum538膠+改性環(huán)氧樹(shù)脂砂漿+防水防滲涂料的保護(hù)方案，可以很好的對(duì)塔腳基材進(jìn)行保護(hù)；丙烯酸樹(shù)脂+羅曼哈斯膠+Megum538膠過(guò)渡層提高了保護(hù)帽與塔腳基材的結(jié)合強(qiáng)度；保護(hù)帽外形倒水棱的設(shè)計(jì)能有效地避免雨水在保護(hù)帽上的沉積，避免了由于長(zhǎng)時(shí)間受雨水侵蝕而導(dǎo)致保護(hù)帽外層防水防滲涂層起泡的現(xiàn)象。

表2 不用腐蝕時(shí)間的試樣表面形貌

圖6 3號(hào)和4號(hào)試樣保護(hù)帽剖開(kāi)后基材表面形貌

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