輸變電工程鋼構(gòu)件熱噴涂鋅鋁鎂稀土合金防腐涂層技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

摘 要：采用熱噴涂ZnAlMgRe合金制備輸變電鋼構(gòu)件防腐涂層，可實(shí)現(xiàn)40年以上免維護(hù)的效果，提高輸變電鋼構(gòu)件的耐腐蝕性能和抵御自然災(zāi)害能力，延長(zhǎng)防腐維護(hù)周期，降低日常運(yùn)行維護(hù)成本。

關(guān)鍵詞：國(guó)家電網(wǎng)；全壽命周期；鋁鎂稀土合金防腐涂層；技術(shù)性；經(jīng)濟(jì)性

1 背景和概況

沿海、濕熱、重工業(yè)污染等重腐蝕條件地區(qū)，采用熱鍍鋅防腐技術(shù)的輸變電鋼構(gòu)件防腐壽命明顯偏短，腐蝕防護(hù)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國(guó)家電網(wǎng)公司頒發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步提高工程建設(shè)安全質(zhì)量和工藝水平的決定》（國(guó)家電網(wǎng)基建【2011】1515號(hào)）[1]文件中規(guī)定，嚴(yán)重降低鋼構(gòu)件的安全可靠度。相對(duì)落后的腐蝕防護(hù)技術(shù)，成為實(shí)現(xiàn)“最優(yōu)目標(biāo)”中的“短板環(huán)節(jié)”之一。

2 輸變電工程鋼構(gòu)件防腐技術(shù)

輸變電工程鋼構(gòu)件普遍采用熱浸鍍鋅技術(shù)一般防腐設(shè)計(jì)壽命為20年。在普通干燥的大氣環(huán)境條件下，傳統(tǒng)熱浸純鋅鍍層在投運(yùn)5-10年后防腐性能開(kāi)始退化。在沿海和重工業(yè)污染地區(qū)，平均首次維護(hù)時(shí)間僅為4-8年。而鍍層材料合金化和配套涂層設(shè)計(jì)理念，可大幅度提高鍍層的防腐蝕性能。

3 熱噴涂鋅鋁鎂稀土涂層的技術(shù)性分析

3.1 涂層制備工藝分析

采用熱噴涂技術(shù)，工藝有表面處理和噴涂施工兩道工序，對(duì)于存在的缺陷可按原工藝的要求重新施工，涂層基本性能和防護(hù)性能沒(méi)有差別。采用熱浸鍍技術(shù)，各環(huán)節(jié)需要控制的因素較多，對(duì)于漏鍍等缺陷不能按原工藝重新處理，只能采用冷涂鋅技術(shù)，長(zhǎng)期使用過(guò)程中可能會(huì)導(dǎo)致涂層局部防腐性能不能滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 工作效率分析

熱噴涂技術(shù)一般以單位時(shí)間內(nèi)噴涂面積核算其工作效率，熱浸鍍技術(shù)是以單位時(shí)間內(nèi)浸鍍工件的重量核算。經(jīng)調(diào)研，對(duì)于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的工件，熱噴涂技術(shù)工作效率低于熱浸鍍技術(shù)；對(duì)于結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的鋼管桿，如采用生產(chǎn)線進(jìn)行熱噴涂，其工作效率遠(yuǎn)高于熱浸鍍技術(shù)。

4 熱噴涂鋅鋁鎂稀土涂層的經(jīng)濟(jì)性分析

熱噴涂鋅鋁鎂稀土合金涂層具有涂層成分準(zhǔn)確、孔隙率低、耐蝕性能好等特點(diǎn)。采用熱噴涂鋅鋁鎂稀合金涂層+封閉處理方案制備鋼構(gòu)件防護(hù)涂層，可大大延長(zhǎng)鋼構(gòu)件使用壽命。

4.1 初期投資分析

采用熱噴涂技術(shù)制備涂層，有電弧噴涂和火焰噴涂?jī)煞N技術(shù)。車間施工時(shí)，表面處理一般采用噴砂處理，初期投資為十幾萬(wàn)元。現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)處理時(shí)，用打磨工具進(jìn)行表面處理，初期投資較低。采用火焰熱噴涂技術(shù)噴涂施工，需要氧氣瓶、乙炔氣瓶、壓縮空氣瓶和送絲機(jī)，初期投資幾萬(wàn)元。采用電弧噴涂技術(shù)制備涂層，需要噴涂電源、送絲機(jī)，其初期投資為幾十萬(wàn)元。采用熱浸鋅技術(shù)制備涂層，需要熱浸鍍鋅鍋、加熱系統(tǒng)、鋅錠、行吊等，處理工藝一般為堿洗、水洗、酸洗、水洗、助鍍處理、烘干等。除廠房外，初期投資需要1000萬(wàn)元以上。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）角鋼塔涂層制備成本分析。ZnAlMgRe合金絲材單價(jià)為38元/kg。電弧噴涂過(guò)程中絲材的損耗以20%核算，按標(biāo)準(zhǔn)《輸電線路鐵塔制造技術(shù)條件》[2]的規(guī)定，電弧噴涂層厚度以與熱浸鍍工藝相同的涂層厚度（選擇86μm）進(jìn)行防護(hù)處理，不考慮其他因素影響，采用算數(shù)加權(quán)平均的方法核算ZnAlMgRe合金涂層密度為6.2g/cm3，涂層成本按式計(jì)算：c=（t×A×ρ×Ρ）/（1+D），式中P-單價(jià)，元；C-成本，元；t-涂層厚度，m；A-涂層面積，m2；ρ-涂層密度，g/m3；D-噴涂中絲材損耗，%。噴涂ZnAlMgRe涂層1m2的絲材成本為25元/m2。采用效果最好的棕剛玉砂的市場(chǎng)價(jià)格按4400元/噸，對(duì)桿塔塔材進(jìn)行噴砂表面處理，每平方米消耗棕剛玉砂2kg。噴砂消耗棕剛玉的成本按式計(jì)算：c=（2A×P）/1000=8.8A，封閉處理采用硝基清漆，市售價(jià)15元/kg，每公斤清漆施工面積以12m2計(jì)。查閱相關(guān)輸變電鋼構(gòu)件角鋼手冊(cè)，在1噸不同規(guī)格輸變電角鋼上制備ZnAlMgRe涂層成本為L(zhǎng)63×6型表面積43.2m2/t，合計(jì)2741元，L100×10型表面積25.8m2/t，合計(jì)1645元，L125×12型表面積21.6m2/t，合計(jì)1379元，L160×14型表面積，18.5m2/t，合計(jì)1180元。（2）鋼管桿涂層制備成本分析。鋼管桿的規(guī)格參照國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《輸電線路鋼管塔構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)定》（Q/GDW391-2009）[3]。采用相同的計(jì)算方法，對(duì)在不同規(guī)格鋼管桿表面制備ZnAlMgRe涂層的成本進(jìn)行計(jì)算，如果采用傳統(tǒng)熱浸鍍鋅技術(shù)制備鍍層，每噸鋼材的加工價(jià)格為1300元/噸。

4.3 耐蝕性能對(duì)比分析

重工業(yè)污染或酸雨環(huán)境下，傳統(tǒng)熱鍍鋅層投入運(yùn)行3～4年后，線路塔出現(xiàn)大量銹點(diǎn)，4-5年便逐步轉(zhuǎn)變?yōu)檎P蝕。采用熱噴涂ZnAlMgRe合金涂層，不進(jìn)行封閉處理的情況下，當(dāng)ZnAlMgRe合金涂層的耐蝕性能為熱浸鍍鋅的15倍以上可滿足全壽命周期免維護(hù)的要求。

4.4 ZnAlMgRe合金涂層全壽命周期經(jīng)濟(jì)性分析

（1）重腐蝕地區(qū)ZnAlMgRe合金涂層全壽命周期經(jīng)濟(jì)性分析。重工業(yè)污染區(qū)和沿海地區(qū)，熱浸鍍鋅初次維護(hù)的時(shí)間取為4年，在全壽命周期內(nèi)至少維護(hù)8次，如維護(hù)采用目前常用的冷涂鋅技術(shù)，每次費(fèi)用為1300元/噸，共計(jì)10100元/噸，與初次建設(shè)投資的費(fèi)用（僅考慮熱鍍鋅部分）總和為11400元/噸。以銅加速乙酸鹽霧試驗(yàn)結(jié)果核算，ZnAlMgRe合金涂層+封閉處理可以保證40年免維護(hù)，用于防腐的全部成本僅為初期建設(shè)時(shí)的制造成本。取以上計(jì)算中最高的2741元/噸。與熱浸鍍鋅相比較，性價(jià)比可達(dá)到4倍以上。（2）一般腐蝕性地區(qū)ZnAlMgRe合金涂層全壽命周期經(jīng)濟(jì)性分析。一般腐蝕性地區(qū)，熱浸鍍鋅初次維護(hù)的時(shí)間為10年，在40年的全壽命周期內(nèi)至少維護(hù)3次，如采用目前常用的冷涂鋅技術(shù)，每次費(fèi)用為1300元/噸，共計(jì)3900元/噸，與初次建設(shè)投資的費(fèi)用（僅考慮熱鍍鋅部分）總和為5200元/噸。采用熱噴涂ZnAlMgRe合金涂層則具有1.8倍性價(jià)比。以上分析可知，在一般腐蝕性地區(qū)，角鋼厚度≥10mm時(shí)，采用熱噴涂ZnAlMgRe合金涂層具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，如在不同規(guī)格的鋼管桿上制備涂層，則均有非常好的經(jīng)濟(jì)效益。在重工業(yè)污染區(qū)和沿海地區(qū)等重腐蝕地區(qū)，采用ZnAlMgRe合金涂層+封閉處理工藝在角鋼塔材和鋼管桿上制備的合金涂層，與傳統(tǒng)熱浸鍍鋅鍍層相比，均具有更加優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）與熱浸鍍鋅相比，采用規(guī)格為Φ2～Φ3mm的鋅鋁鎂稀土絲材電弧噴涂工藝技術(shù)可以提高耐腐蝕性能5倍以上。適合于輸變電工程鋼構(gòu)件的耐環(huán)境腐蝕防護(hù)應(yīng)用。（2）采用熱噴涂技術(shù)可以減少熱浸鍍鋅的污染排放。（3）與傳統(tǒng)熱浸鍍鋅鍍層相比，在一般腐蝕性地區(qū)，角鋼厚度≥10mm時(shí)，采用熱噴涂ZnAlMgRe合金涂層具有較好的經(jīng)濟(jì)效益；對(duì)于不同規(guī)格鋼管桿，則均有良好經(jīng)濟(jì)效益；而在重工業(yè)污染區(qū)和沿海地區(qū)等重腐蝕地區(qū)，采用ZnAlMgRe合金涂層+封閉處理工藝在角鋼塔材和鋼管桿上制備的合金涂層，均具有更加優(yōu)異的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]國(guó)家電網(wǎng)公司2011年頒發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步提高工程建設(shè)安全質(zhì)量和工藝水平的決定》（國(guó)家電網(wǎng)基建【2011】1515號(hào)）[Z].

[2]國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn).Q/GDW391-2009.輸電線路鋼管塔構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)定[S].

[3]GB/T 2694-2010.輸電線路鐵塔制造技術(shù)條件[S].

作者簡(jiǎn)介：李辛庚（1962-），男，漢族，河北，博士，教授/高級(jí)工程師，材料專業(yè)。

趙 （1989-），女，滿族，北京，碩士，助理工程師，變電專業(yè)。

張晉梅（1971-），女，漢族，天津，工程碩士，高級(jí)工程師，土建專業(yè)。