廣東沿海地區(qū)輸電鐵塔銹蝕現(xiàn)狀及其銹蝕因素分析

譚健聰，龍紫筠，陳劍平，黃練棟，林彩麟

（1.廣東電網(wǎng)公司江門供電局，廣東江門 529000；2.江門市大光明電力設(shè)備廠有限公司，廣東江門 529000）

廣東沿海地區(qū)輸電鐵塔銹蝕現(xiàn)狀及其銹蝕因素分析

譚健聰1，龍紫筠2，陳劍平1，黃練棟1，林彩麟2

（1.廣東電網(wǎng)公司江門供電局，廣東江門 529000；2.江門市大光明電力設(shè)備廠有限公司，廣東江門 529000）

銹蝕現(xiàn)象是輸電鐵塔服役過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題。結(jié)合廣東沿海地區(qū)的環(huán)境特征對(duì)該地區(qū)輸電鐵塔的銹蝕現(xiàn)狀和鐵塔主要銹蝕現(xiàn)象的銹蝕機(jī)理進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，從相關(guān)環(huán)境因素和相關(guān)管理因素兩個(gè)方面對(duì)主要銹蝕因素進(jìn)行了進(jìn)一步分析，從而對(duì)進(jìn)一步提高該區(qū)域輸電鐵塔的防銹蝕工作提供一定的參考。

輸電鐵塔；銹蝕；沿海地區(qū)；銹蝕因素

輸電鐵塔是輸電系統(tǒng)的重要結(jié)構(gòu)裝置，其可靠性對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)的安全有著重要的影響。國內(nèi)現(xiàn)有的輸電塔大多采用鋼結(jié)構(gòu)，主要采用熱鍍鋅方式防銹蝕，在一般大氣環(huán)境中可維持多年，基本滿足輸電鐵塔的運(yùn)行要求。然而，輸電鐵塔在其服役期間，所處的環(huán)境復(fù)雜多樣，尤其是在沿海地區(qū)或者環(huán)境惡劣的工業(yè)區(qū)，由于氣象因素與環(huán)境因素的影響常常對(duì)輸電鐵塔產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象，使輸電鐵塔的耐用年限明顯縮短，同時(shí)增加了相關(guān)部門的維護(hù)工作量，從而影響輸電線路的可靠運(yùn)行。因此，輸電鐵塔的銹蝕現(xiàn)象和防銹蝕技術(shù)方面的研究已經(jīng)成為電力部門的研究問題之一。

國內(nèi)許多科研機(jī)構(gòu)和電力部門都在輸電鐵塔的銹蝕問題和防銹蝕技術(shù)、金屬的腐蝕和防護(hù)技術(shù)等相關(guān)方面上進(jìn)行了許多調(diào)查和研究工作[1-8]。文獻(xiàn)[1]對(duì)大氣環(huán)境的各個(gè)腐蝕因素相關(guān)性進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[2]對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕因素以及相關(guān)防護(hù)技術(shù)進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)[3-6]對(duì)輸電鐵塔以及輸電鐵塔的相關(guān)金屬部件的腐蝕和防護(hù)等相關(guān)問題進(jìn)行了調(diào)查研究。文獻(xiàn)[7-8]結(jié)合地域的環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)特定地域輸電鐵塔的銹蝕問題以及防護(hù)方法進(jìn)行了分析和討論。本文主要針對(duì)廣東省沿海地區(qū)輸電鐵塔的銹蝕現(xiàn)狀和銹蝕機(jī)理進(jìn)行分析，并從相關(guān)環(huán)境因素和管理因素兩個(gè)方面對(duì)輸電鐵塔的主要銹蝕因素進(jìn)行分析和討論。

本文在首先基于廣東沿海地區(qū)的環(huán)境特征對(duì)該區(qū)域輸電鐵塔銹蝕現(xiàn)狀和主要銹蝕機(jī)理進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，論文對(duì)輸電鐵塔的主要銹蝕因素進(jìn)行了分析。

1 廣東沿海地區(qū)環(huán)境及鐵塔銹蝕現(xiàn)狀

1.1 廣東沿海地區(qū)環(huán)境特征

廣東沿海地區(qū)大多屬于海洋大氣環(huán)境。由于海水的蒸發(fā)，致使大氣相對(duì)濕度大且中含有大量鹽分。廣東省的緯度相對(duì)較低，全年日照時(shí)間長，氣溫較高?？偟膩碚f，廣東省沿海地區(qū)的地區(qū)氣候環(huán)境特征具有高溫、高濕、高鹽分的特點(diǎn)。尤其是3-4月份相對(duì)濕度較大，鐵塔表面易積水，并形成較厚的水膜，銹蝕速度會(huì)明顯加快。表1是廣東省各地區(qū)氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表。

表1 廣東省各地氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

從以上數(shù)據(jù)可以看出，廣東沿海地區(qū)全年相對(duì)濕度在75%左右，其中廣州、汕尾、陽江等地相對(duì)濕度超過80%，各地的平均溫度大多在21℃左右，日降水量平均200 mm左右。

珠江三角洲作為改革開放的門戶地區(qū)，工業(yè)增長速度迅速。該地區(qū)工業(yè)生產(chǎn)、城市交通和日常生活所造成的廢氣排放使廣東面臨著較為嚴(yán)重的空氣污染問題，空氣中含有一定二氧化硫、煙塵和粉塵。表2是廣東省各地區(qū)大氣污染物濃度統(tǒng)計(jì)表。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，近年來廣東各地SO2的排放量均在0.015 mg/m3以上，佛山地區(qū)的SO2排量在表中地區(qū)的排量最大，達(dá)到0.04 mg/m3以上。同時(shí)可看到，各地污染物的排量在時(shí)間上有所上升。

表2 2011-2013年廣東省各地廢氣粉塵濃度統(tǒng)計(jì)表毫克/立方米

1.2 輸電鐵塔銹蝕現(xiàn)狀

輸電鐵塔是輸電工程建設(shè)和安裝中重要的配套構(gòu)件。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電需求的逐步增加，近二十多年以來國內(nèi)輸電鐵塔的使用量也在逐漸增加。我國輸電鐵塔主材為16Mn、輔材為Q235，防銹蝕方式主要采用熱鍍鋅方式。一般來說，在沿海地區(qū)鐵塔熱鍍鋅防銹蝕效果一般為多年，隨后鐵塔開始局部銹蝕，局部銹蝕會(huì)帶動(dòng)整塔銹蝕使銹蝕速度呈比例增長。目前，鐵塔銹蝕后維護(hù)方式為刷油漆，常用油漆為冷涂鋅漆，油漆的防銹蝕壽命為2-3年，維護(hù)頻繁，且工程量大。輸電鐵塔建設(shè)的時(shí)間不同，不同時(shí)期輸電鐵塔加工工藝、安裝和防腐維護(hù)水平的差異，致使輸電鐵塔現(xiàn)在的銹蝕情況也呈現(xiàn)出差異。根據(jù)輸電鐵塔銹蝕狀況可分為局部銹蝕和整塔銹蝕兩種情況。

圖1 輸電鐵塔局部銹蝕現(xiàn)場

局部銹蝕的鐵塔大部分構(gòu)件表面有鍍鋅層，部分局部區(qū)域或個(gè)別塔件有銹蝕現(xiàn)象。輸電鐵塔的局部銹蝕多出現(xiàn)在塔腳、塔件連接處以及鐵塔鍍鋅漏電或是有傷痕位置等放銹蝕能力較為薄弱的區(qū)域，如圖1所示。圖中鐵塔按當(dāng)時(shí)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用熱鍍鋅防腐方式，僅在螺栓、縫隙處出現(xiàn)局部銹蝕。

整塔銹蝕主要出現(xiàn)在鹽霧濃度大的沿海地區(qū)或酸雨嚴(yán)重的工業(yè)區(qū)。整塔銹蝕的輸電鐵塔鍍鋅層完全被銹蝕，而且基體鋼材已經(jīng)出現(xiàn)銹蝕，如圖2所示。圖2中鐵塔在當(dāng)時(shí)并未形成統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，圖2（a）所示鐵塔銹蝕情況嚴(yán)重，為整塔銹蝕，采用的防銹蝕方法是熱鍍鋅方式。圖2（b）所示鐵塔已多次采用刷油漆維護(hù)。

圖2 輸電鐵塔整塔銹蝕現(xiàn)場

2 輸電鐵塔銹蝕機(jī)理分析

大氣銹蝕基本上屬于電化學(xué)性腐蝕范圍，是一種液膜下的電化學(xué)腐蝕。由于金屬表面上潮濕的大氣中吸附了一層很薄的水膜，當(dāng)水膜達(dá)到20～30分子厚度時(shí)，就變成電化學(xué)腐蝕所必須的電解膜而產(chǎn)生銹蝕。

一般鐵塔使用的基材為碳鋼，碳鋼是碳含量小于2.11%，并含有少量硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)元素的鐵碳合金。因其含有許多不同雜質(zhì)，各有不同的電位，如果有水汽存在，就會(huì)形成銹蝕微電池。鐵在潮濕的空氣中形成鐵碳原電池，發(fā)生陽極反應(yīng)，與氧氣和水一起形成氫氧化亞鐵。氫氧化亞鐵進(jìn)一步被氧化氫氧化鐵，脫水形成銹蝕。反應(yīng)式如下：

在沿海地區(qū)因?yàn)楹ｏL(fēng)中含有鹽分，如果鹽分沉積在鐵塔上，將會(huì)增大表面液膜的電導(dǎo)作用，加速了銹蝕過程。其化學(xué)反應(yīng)如下：

由于金屬鋅的電化學(xué)反應(yīng)比鐵要活潑，可采用熱鍍鋅方式對(duì)輸電鐵塔進(jìn)行防銹蝕保護(hù)。當(dāng)水分子覆蓋這鐵塔上時(shí)，鋅鍍層作為陽極先被腐蝕，從而對(duì)鐵塔的鋼材進(jìn)行保護(hù)。其電化學(xué)反應(yīng)如下：

另一方面，由于工業(yè)發(fā)展造成的環(huán)境污染，使大氣中含有一定的SO2成分，也會(huì)造成輸電鐵塔的銹蝕。其銹蝕機(jī)理是：一部分SO2在高空中能直接氧化成SO3并溶于水后生成H2SO4，另一部分SO2被吸附在金屬表面上與鐵起作用生成易溶的FeSO4。FeSO4會(huì)進(jìn)一步氧化并由于水解作用變成H2SO4后侵蝕鐵變成Fe2O3·H2O。

圖3 角鋼和鍍鋅層的極化曲線

3 主要銹蝕因素分析

從輸電鐵塔的銹蝕機(jī)理上可以看出輸電鐵塔的銹蝕多取決于輸電鐵塔所處的相關(guān)環(huán)境因素。從另一方面來說，輸電鐵塔的銹蝕從一定程度上也取決于鐵塔所用材料的加工工藝、安裝水平和鐵塔建成后的維護(hù)。因此，輸電鐵塔主要銹蝕因素可以分為環(huán)境因素和管理相關(guān)因素兩個(gè)方面。相關(guān)的環(huán)境因素直接與鐵塔的銹蝕過程相關(guān)，鐵塔的管理因素也會(huì)在一定程度上影響鐵塔的銹蝕水平。

3.1 相關(guān)環(huán)境因素

輸電鐵塔銹蝕相關(guān)的主要環(huán)境因素主要包括濕度、溫度、空氣中SO2和鹽分含量等幾個(gè)方面。

（1）相對(duì)濕度的影響：濕度是決定大氣腐蝕類型和速度的基本因素[8]。各個(gè)金屬都有一個(gè)腐蝕開始加速的濕度范圍。例如，鐵在潔凈的空氣中隨著濕度的增加，銹蝕將會(huì)緩慢增加；但是在含有0.01%的SO2的情況下，當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)到75%左右時(shí)，鐵的銹蝕速度突然提高。一般來說，濕度越大鋼鐵表面形成的水膜越厚，隨著水膜厚度的增加，銹蝕速度變大。

（2）溫度的影響：空氣的溫度和溫差對(duì)大氣腐蝕速度有一定的影響。一般隨溫度的升高，腐蝕加快。在海洋大氣環(huán)境中由于空氣濕度大，常常高于金屬的臨界相對(duì)濕度，溫度的影響較為明顯，溫度升高使海洋大氣對(duì)輸電鐵塔的銹蝕加劇。

（3）SO2的影響：火力發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣中常常含有多種腐蝕性氣體如SO2、H2S、NH3、HCl等等。其中，以煤和石油燃燒產(chǎn)生廢氣中的SO2對(duì)金屬的腐蝕作用最大。在SO2污染的大氣中，輸電鐵塔中的鐵和鋅將會(huì)生成硫酸鹽化合物，從而加重輸電鐵塔的銹蝕現(xiàn)象[8]。SO2對(duì)鐵塔的銹蝕作用隨其在大氣中濃度成正比。

（4）含鹽量的影響：鹽粒子雜質(zhì)溶于鋼鐵表面的水膜中，使水膜成為了導(dǎo)電性較好的電解質(zhì)溶液，從而加速了鐵塔金屬的微電池作用，加重了鐵塔的銹蝕。與干凈大氣的冷凝水膜比，被海霧周期飽和的空氣能使鋼的銹蝕速度增加多倍。一般來說，空氣中的鹽分濃度越大，鐵塔受到的腐蝕作用也越嚴(yán)重。因此，離海岸較勁的鐵塔受到的鹽分腐蝕也就越嚴(yán)重。

除此以外，還有其他因素也會(huì)加速輸電鐵塔的銹蝕，如：光照條件光照會(huì)促進(jìn)鋼鐵表面的光敏銹蝕反應(yīng)及真菌類生物的生物活性，這就為濕氣和塵埃在金屬表面貯存并銹蝕提供更大的可能性、海風(fēng)夾砂會(huì)對(duì)輸電鐵塔表面造成的劃痕和損傷也會(huì)加重輸電鐵塔的銹蝕。

3.2 相關(guān)管理因素

從輸電鐵塔材料的加工到鐵塔建成后服役期間的防護(hù)，相關(guān)管理因素對(duì)輸電鐵塔的銹蝕程度有一定的影響。這些因素可以大致分為：輸電鐵塔所用鋼材的加工工藝的改進(jìn)和耐腐蝕相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的監(jiān)督、輸電鐵塔施工過程中安裝的規(guī)范化和焊接過程中鐵塔表面處理、鐵塔施工完成后驗(yàn)收的規(guī)范化和質(zhì)量監(jiān)督、輸電鐵塔服役期間的定期維護(hù)以及發(fā)現(xiàn)鐵塔銹蝕后的處理方案選擇以及實(shí)施等幾個(gè)方面。從鐵塔的建材生產(chǎn)、施工建設(shè)和服役期維護(hù)三個(gè)階段，建立相關(guān)的科學(xué)管理和監(jiān)督機(jī)制，提高輸電鐵塔的防腐水平。

4 結(jié)語

本文結(jié)合廣東沿海地區(qū)的環(huán)境特征對(duì)該地區(qū)輸電鐵塔的銹蝕現(xiàn)狀和鐵塔主要銹蝕現(xiàn)象的銹蝕機(jī)理進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，論文結(jié)合該區(qū)域的環(huán)境特點(diǎn)和輸電鐵塔實(shí)際建設(shè)和維護(hù)過程，對(duì)從相關(guān)環(huán)境因素和相關(guān)管理因素兩個(gè)方面對(duì)主要銹蝕因素進(jìn)行了進(jìn)一步分析，從而對(duì)進(jìn)一步提高該區(qū)域輸電鐵塔的防銹蝕工作提供一定的參考。

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Analysis on Corrosion of Transmission Tower and Related Factors in Guangdong Coastal Area

TAN Jian-cong1，LONG Zi-jun2，CHEN Jian-ping1，HUANG Lian-dong1，LIN Cai-lin2
（Jiangmen Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corp.，Jiangmen529000，China；2.Jiangmen DGM Electric Power Equipment Factory Co.，Ltd.，Jiangmen529100，China）

Corrosion of transmission tower a common problem appearing in the service process of transmission tower.With considering on environment characteristics of the coastal areas of Guangdong，this paper analyzed both of the corrosion phenomena of transmission tower and its mechanism.Based on that，some related corrosion factors were further discussed from the views of environment and management，hence provided certain reference to further improve the corrosion prevention of the transmission tower.

transmission tower；corrosion；coastal area;corrosion factor

TM75

：A

：1009－9492(2014)11－0116－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.11.031

譚健聰，男，1966年生，廣東臺(tái)山人，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：電力工程技術(shù)及運(yùn)行管理。已發(fā)表論文3篇。

(編輯：王智圣)

2014－09－17