變電站鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究

中鐵一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，陜西 西安 710038

如今人們對(duì)電能的需求越來(lái)越大，變電站作為電力系統(tǒng)輸送的重要環(huán)節(jié)，變電站工程建設(shè)和日常管理的重要性也越來(lái)越突出。目前，我國(guó)的變電站大部分都建設(shè)在自然環(huán)境中，常年受到風(fēng)雨雷電等惡劣氣象的影響，這對(duì)變電站鋼結(jié)構(gòu)的防腐性提出了較高的要求。鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕問(wèn)題必須引起重視，選擇適當(dāng)?shù)姆栏g措施對(duì)保證鋼結(jié)構(gòu)安全、減少變電站新的運(yùn)行維護(hù)成本具有重要意義。文章根據(jù)我國(guó)就穩(wěn)定變電站運(yùn)行和生命周期持續(xù)化提出的標(biāo)準(zhǔn)政策，探討變電站設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕措施，以節(jié)約環(huán)保為基本原則，旨在進(jìn)一步降低成本，提高防腐蝕質(zhì)量。

1 鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的原理

鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕需滿足四個(gè)條件，即陰極、陽(yáng)極、金屬接觸氧氣、電解質(zhì)。若上述四個(gè)條件均已形成并滿足，則該鋼結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)生銹腐蝕的情況。其主要原因是鋼結(jié)構(gòu)在陽(yáng)極這一部分中的鐵在電子釋放出來(lái)時(shí)，就變成了鐵離子，而在陰極上，由于水中溶解的氧可對(duì)其陽(yáng)極產(chǎn)生OH-，被吸收，這樣電子就會(huì)從陽(yáng)極向陰極流動(dòng)，從而產(chǎn)生電流，使其具有腐蝕性，那么鋼結(jié)構(gòu)的表面也會(huì)形成一層氫氧化鐵薄膜，從而造成鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕。

2 變電站鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕的設(shè)計(jì)

相關(guān)的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕造成經(jīng)濟(jì)損失已經(jīng)達(dá)到2000億元/年以上，而且鋼材的損失也已經(jīng)達(dá)到1000萬(wàn)t/年。這反映了腐蝕會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞，不僅會(huì)影響建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命，還會(huì)讓我國(guó)防腐工程的經(jīng)濟(jì)投入不斷增加，同時(shí)也表明變電站的鋼結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

2.1 變電站鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕的要求

從長(zhǎng)效性方面來(lái)看，我國(guó)大部分變電站都建立在戶外，而且支撐變電站的一些架構(gòu)都是常年在電力運(yùn)行的基礎(chǔ)上所構(gòu)建的，要對(duì)其進(jìn)行檢查和維修非常困難，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的問(wèn)題很難被及時(shí)察覺(jué)。因此，在進(jìn)行變電站鋼結(jié)構(gòu)的防腐設(shè)計(jì)時(shí)需要保證其具有長(zhǎng)效性。

從適應(yīng)性方面來(lái)看，鋼結(jié)構(gòu)的支架結(jié)構(gòu)由于基本在戶外，經(jīng)常會(huì)受到風(fēng)吹日曬和雷擊雨淋，這些自然氣候條件會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。因此，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕方案設(shè)計(jì)時(shí)，要基于支架所處的環(huán)境與氣候等因素綜合考慮，保證方案具備較強(qiáng)的適應(yīng)性。

從防變形方面來(lái)看，變電站工程中的很多結(jié)構(gòu)都需要利用螺絲和焊接實(shí)現(xiàn)加固與連接，進(jìn)行防腐蝕施工就非常容易出現(xiàn)變形的現(xiàn)象，進(jìn)而影響變電站的安全性?；诖耍冸娬镜匿摻Y(jié)構(gòu)防腐方案必須考慮對(duì)其他結(jié)構(gòu)是否會(huì)造成影響，然后將環(huán)保、節(jié)能、成本以及使用時(shí)間這幾個(gè)方面作為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行考慮，使設(shè)計(jì)出的防腐方案更科學(xué)、合理。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)常用的防腐措施和原理

（1）涂抹鋅粉法。這種方法是在鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹鋅粉，利用鋅對(duì)鋼結(jié)構(gòu)實(shí)施保護(hù)。

（2）隔絕防護(hù)法。這種方法是在鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹一些防腐蝕的薄膜，使得外界的氧氣無(wú)法與鋼結(jié)構(gòu)接觸，以避免鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)腐蝕的情況，從而實(shí)現(xiàn)有效的保護(hù)。

（3）緩蝕防護(hù)法。這種方法是在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹材料時(shí)選用一些能夠緩解腐蝕速度的原材料，它也能夠使鋼結(jié)構(gòu)表面生成一個(gè)保護(hù)層，從而減少潮濕的環(huán)境或者避免氧氣滲透，進(jìn)而延長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)的壽命。

2.3 防腐方法的綜合描述

從目前的實(shí)際情況來(lái)看，鋼結(jié)構(gòu)中最為常用的防腐法有金屬覆蓋層防腐法、有機(jī)涂層防腐法、無(wú)機(jī)非金屬涂層防腐法三種。有機(jī)涂層防腐法是利用表面土層對(duì)鋼結(jié)構(gòu)實(shí)施保護(hù)，可保證鋼結(jié)構(gòu)的抗腐蝕效果支撐5～10年，若在涂刷時(shí)出現(xiàn)不合理的情況，則會(huì)導(dǎo)致保護(hù)層非常薄弱，有可能1～2年就會(huì)消失，故鋼結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)銹蝕的情況。一般情況下，變電站鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命約為50年，為保證變電站的穩(wěn)定運(yùn)行，盡量不要進(jìn)行斷電檢修。涂抹保護(hù)層的方法雖然比較可觀，但當(dāng)保護(hù)層消失時(shí)需要再次涂抹，這時(shí)整個(gè)變電站都需要斷電，這是有機(jī)涂層防腐法的缺點(diǎn)。無(wú)機(jī)非金屬涂層防腐法可以提高鋼結(jié)構(gòu)的耐腐蝕能力，在抗高溫和絕緣等性能上具有相應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，但是這種防腐法的柔韌性不強(qiáng)，易受腐蝕，因此在變電站鋼結(jié)構(gòu)的防腐工作中往往受到許多方面的限制，但經(jīng)過(guò)防腐涂料的研究和使用，這種現(xiàn)狀發(fā)生了很大的變化。從實(shí)際調(diào)研資料來(lái)看，金屬包覆這一方法一般采用熱鍍鋅和熱噴鋅來(lái)實(shí)現(xiàn)防腐效果，但在某些變電所支架鋼結(jié)構(gòu)的防腐中，熱鍍鋅的應(yīng)用范圍更為廣泛。如今，我國(guó)科學(xué)技術(shù)逐步完善，冷噴鋅技術(shù)已在國(guó)內(nèi)外推廣應(yīng)用，我國(guó)也積極地對(duì)這種防腐法進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，并逐步推廣到各個(gè)變電站的鋼結(jié)構(gòu)防腐工作中。

3 變電站鋼結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用

3.1 鋼結(jié)構(gòu)表面處理

在對(duì)變電站鋼結(jié)構(gòu)實(shí)施防腐工作之前，需要先對(duì)其表面層進(jìn)行清理。這主要是因?yàn)樽冸娬镜囊恍┲Ъ茕摻Y(jié)構(gòu)暴露在自然環(huán)境中，經(jīng)過(guò)風(fēng)吹日曬，上面時(shí)常會(huì)有一些灰土或者是銹跡等殘留物，這些殘留物會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的防腐工作造成不利的影響。因此，不論是實(shí)施重防腐涂裝還是熱鍍鋅和冷噴鋅，都要先將鋼結(jié)構(gòu)表面的雜質(zhì)清除干凈。在實(shí)際清除時(shí)，工作人員需要將鋼結(jié)構(gòu)的表面作為工作出發(fā)點(diǎn)，仔細(xì)并全面地清理，以確保鋼結(jié)構(gòu)的表面沒(méi)有任何附帶的雜質(zhì)存在，也沒(méi)有酸堿、氧化物以及銹跡等污漬。另外，必須保證鋼結(jié)構(gòu)中的各組成構(gòu)件之間有一定粗糙度，這主要是為了保證在涂抹一些防腐材料時(shí)不會(huì)出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象，從而確保工作的有效性。對(duì)變電站鋼結(jié)構(gòu)實(shí)施防腐措施，保護(hù)效果時(shí)效長(zhǎng)，尤其是重防腐保護(hù)效果最長(zhǎng)可持續(xù)15年，后期可不必投入人力、物力及資金進(jìn)行檢查和后續(xù)維護(hù)。

3.2 重防腐涂裝

在進(jìn)行涂抹工作之前，需測(cè)量鋼結(jié)構(gòu)表面的溫度，超過(guò)限定溫度就不能繼續(xù)施工。在進(jìn)行重防腐涂料涂抹時(shí)，須全面了解鋼結(jié)構(gòu)表面的實(shí)際情況、周圍的環(huán)境以及鋼板的溫度等，遇到下雨、下雪或空氣中的濕度達(dá)到85%時(shí)，不建議進(jìn)行重防腐涂裝工作。另外，在施工的具體操作中，盡可能拉近噴頭和鋼結(jié)構(gòu)表面的距離，這主要是為了保證噴劑不會(huì)被浪費(fèi)以及在接觸時(shí)干掉，從而確保防腐涂抹工作的有效性。

除此之外，可利用相關(guān)工藝方法將一種或多種金屬固定在一些基體中，以形成一個(gè)幾十或者幾百微米的金屬覆蓋層。鋼結(jié)構(gòu)所使用的金屬覆蓋層大多都是鋅合金，雖然鋁的耐腐蝕性要比鋅強(qiáng)很多，但當(dāng)時(shí)鋁覆蓋層的工藝性能卻不及鋅覆蓋層，尤其是在噴涂層厚度比較大的前提下，鋁的韌性和其他基體的結(jié)合性相對(duì)較差，因此在工程中金屬覆蓋層對(duì)鋁的利用不多。

3.3 熱鍍鋅和冷噴鋅

比較熱鍍鋅和冷噴鋅這兩種防腐法可知，熱鍍鋅是利用金屬中的高溫融化與霧化條件下在鋼結(jié)構(gòu)的表面形成一種金屬保護(hù)層，以此發(fā)揮防腐作用，而且在實(shí)際工作中基本上都是將鋼結(jié)構(gòu)的部件浸入金屬鋅的熱熔溶液中，這樣一來(lái)鋼結(jié)構(gòu)的表面就會(huì)被金屬鋅覆蓋，從而達(dá)到防腐效果。冷噴鋅則是利用涂抹的手段將鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹上鋅離子，以此形成一個(gè)保護(hù)層，犧牲陽(yáng)極保護(hù)陰極，這樣的化學(xué)反應(yīng)對(duì)于保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)有著非常明顯的成效。同時(shí)，在鋅盾形成以后，鋼結(jié)構(gòu)的表面的鋅含量可高達(dá)95%左右。分析施工的難度發(fā)現(xiàn)，冷噴鋅比熱鍍鋅方法簡(jiǎn)單，從環(huán)保的角度上來(lái)看冷噴鋅更加環(huán)保與節(jié)能，而且成本也相對(duì)較低，因此冷噴鋅相對(duì)更實(shí)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，變電站在我國(guó)電力供應(yīng)方面取得了明顯的成效，但是其在日常運(yùn)行中因長(zhǎng)期暴露于自然環(huán)境中，難免會(huì)生成腐蝕效果，因此如何有效提高防腐效果成為變電站的首要任務(wù)。為此，文章從不同的防腐工作原理上展開(kāi)分析，然后進(jìn)一步對(duì)一些注意事項(xiàng)進(jìn)行闡述，旨在提高變電站鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和持久性，從而保障變電站的持續(xù)電力輸出。