特大型橋梁除濕系統維護管理技術研究

摘要：除濕系統的廣泛應用成功解決了鋼結構大橋在長期處于較高濕度環境下出現較為嚴重腐蝕的現象。隨之而來，除濕系統的日常維護和管理也成為了橋梁養護關鍵點之一。文章以濕度與鋼結構腐蝕的關系及除濕系統基本工作原理為基礎進行分析，探討了除濕系統預防性養護技術，保障除濕系統長周期健康安全穩定運行的新課題。

關鍵詞：特大型橋；除濕系統；預防性養護；濕度；腐蝕速率 文獻標識碼：A

中圖分類號：U445 文章編號：1009-2374（2016）33-0092-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.33.046

進入21世紀以來，懸索大橋、斜拉橋、拱形橋、高架橋、鋼箱梁結構高速公路等幾十座大型各種鋼結構大橋如雨后春筍般地在我國江、河、湖、海上建起，鋼結構大橋的管養成為行業倍加關切的新課題，由于鋼結構橋梁的特殊結構，濕度、溫度和氣壓成為橋梁內部環境控制的重要指標。21世紀初，我國在大型鋼結構橋梁中采用除濕系統進行干燥除濕防腐保護，使所有鋼體內部接觸的空氣的相對濕度被控制在低濕范圍內，從根本上降低鋼箱梁、錨室、鞍室、纜索、索塔內部腐蝕生銹的可能性，以確保大橋的設計壽命及安全使用。因此，除濕系統維護的好與壞直接關系到橋梁的使用壽命和結構安全。為此，從鋼結構的腐蝕原理出發認識濕度對于鋼結構腐蝕的重要性；從除濕系統的基本結構和工作原理出發構建對除濕系統的基本認識；從如何提高除濕系統維護管理水平出發，保障除濕系統長周期安全穩定運行，最終達到保障橋梁結構安全延長使用壽命的目的。

1 濕度與鋼結構腐蝕的關系

1.1 濕度的定義

絕對濕度：是一定體積的空氣中含有的水蒸氣的質量，一般其單位是克/立方米。絕對濕度的最大限度是飽和狀態下的最高濕度。絕對濕度只有與溫度一起才有意義，因為空氣中能夠含有的水蒸氣的量隨溫度而變化，在不同的溫度下絕對濕度也不同，因為隨著溫度的變化空氣的體積在此變化。但絕對濕度越靠近最高濕度，它隨溫度的變化就越小。

相對濕度：是絕對濕度與最高濕度之間的百分比，它的值顯示水蒸氣的飽和度有多高。

1.2 鋼結構腐蝕的基本過程

鋼結構的腐蝕主要有大氣腐蝕、局部腐蝕和應力腐蝕。其中大氣腐蝕是最為常見和最為主要的腐蝕方式，主要原理：在潮濕的空氣里，鋼鐵的表面吸附了一層薄薄的水膜，這層水膜里含有少量的氫離子與氫氧根離子，還溶解了氧氣等氣體，結果在鋼鐵表面形成了一層電解質溶液，它跟鋼鐵里的鐵和少量的碳恰好在鋼鐵表面會形成無數微小的原電池，又由于鐵與雜質緊密接觸，使得腐蝕不斷進行，也稱原電池反應。鋼鐵制品在大氣中腐蝕的主要方式是吸氧腐蝕和析氫腐蝕。反應過程如下：

第一，析氫腐蝕（鋼鐵表面吸附水膜酸性較強時）

反應方程式：Fe+2H2O=Fe（OH）2+H2↑

第二，吸氧腐蝕（鋼鐵表面吸附水膜酸性較弱時）

反應方程式：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2

第三，氧化反應[析氫腐蝕與吸氧腐蝕生成的Fe（OH）2被氧所氧化]

反應方程式：4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3

第四，脫水反應[Fe（OH）3脫水生成Fe2O3鐵銹]

反應方程式：4Fe（OH）3=2Fe2O3+6H2O

結論：鋼鐵的腐蝕過程離不開介質“水”。

1.3 濕度與鋼結構腐蝕速率的關系

鋼材的腐蝕速度與環境、濕度、溫度以及有害介質的存在有關，從上述鋼結構腐蝕的基本原理中發現鋼鐵的腐蝕過程都離不開介質“水”，因此環境中水蒸氣的含量和濕度是鋼結構腐蝕的決定性因素之一。

濕度和鋼材腐蝕速率的關系如圖1所示：

結論：大氣的相對濕度在60%以下時，鋼材的腐蝕是很輕微的，但當相對濕度增加到某一數值時（如圖1所示，當達到60%以上時），鋼材的腐蝕速度會突然升高，這一數值稱為臨界濕度。

2 除濕系統的基本結構和工作原理

2.1 特大型橋梁除濕系統的基本結構

由除濕機、混合箱、排風系統、濕度采集系統和控制系統五部分構成。

除濕機由干燥轉輪、加熱器、處理風機、驅動馬達和再生風機五個構件構成，同時干燥轉輪按照功能又劃分為處理區域、再生區域、熱回收區域三個區域。

2.2 除濕系統基本工作原理

除濕機工作原理：需要被處理的空氣（處理空氣）吹入轉輪的處理區域，其結構為很多細小的空氣通道，它是一種特殊的耐熱材料作為母體制成的，并且母體上附著了硅膠和氯化鋰這種獨特的設計使干燥轉輪具有巨大的吸濕表面和緊湊的外形。這些吸濕材料從空氣中吸收水分，從而使經過的空氣變成干燥空氣并從轉輪的另一側送出。同時，一股被隔開的氣流（再生空氣）被加熱并吹入轉輪的再生區域。這股經過加熱的空氣使得轉輪再生區域內的水分蒸發，從而使這股空氣本身吸濕而變成濕空氣并排到濕度控制空間以外，在上述過程進行的同時，轉輪一直是在緩慢的旋轉（大約每小時10轉）。這使得總有一部分需要再生的轉輪由經過加熱的再生空氣獲得再生；再生后的轉輪又轉到處理區域與處理空氣相接觸并進行吸濕，使得除濕過程成為一個連續循環的過程。在再生區域增加了熱回收區域，因此可以使15%的再生能耗得到回收。

除濕系統的工作原理：通過智能型濕度儀實時監測環境濕度，當濕度達到啟動閾值時，除濕機啟動，處理空氣在進行除濕處理后在達到要求標準后，干燥空氣進入混合箱（保證向空間區域送風的壓力平衡），濕空氣排出濕度控制空間以外，再通過送風機將干燥空氣送入濕度控制區域，并往復循環啟動，保證濕度控制區域始終控制在要求范圍內。

根據統計發現：由于橋梁特定的地理位置周圍空氣濕度基本處于超標環境；除濕系統的運行時間每日每臺達3小時，運行非常頻繁；由于頻繁啟動、運行時間較長及運行環境惡劣，除濕系統故障率較高。

3.2 除濕系統維護管理模式及現狀

科學的設備管理是設備全系統、全效率、全方位、全壽命周期的綜合性的、系統的學科，國際上設備管理體系的歷史進展可分4個階段——事后維修管理階段、設備預防性管理階段、設備系統管理階段、設備綜合管理階段。由于除濕系統受安裝地點的限制，目前主要的維護和管理手段：運用遠程監控系統對除濕系統運行情況進行監控，發現問題及時進行處理的一個方式，完全屬于事后維修管理階段；管理上嚴重缺乏定期巡查、定期維護保養、定期檢測和養護規劃等預防性養護技術措施。對如何采取預防性維護以及對除濕系統預防性養護的內容、范圍和頻率沒有系統和科學的認識，因此個人認為如何對除濕系統進行預防性養護，變被動維修為主動防護，降低設備故障的發生頻率，提高設備的運行效率，提高設備的壽命周期是做好除濕系統各項維護工作的重中之重。

3.3 除濕系統預防性養護技術措施

3.3.1 定期巡查：每月一次進入設備安裝現場，對除濕設備外觀、環境、運行狀態的巡視或簡單的功能測試（詳見表5）。

3.3.2 定期維護：按照設備運行要求，定期進入設備安裝現場，為防止出現突發故障，延長設備壽命，對除濕設備進行采取必要的維護措施。如除塵、更換皮帶、更換過濾網、加注潤滑油、拆解維護等大、中、小修維護項目，使系統設備處于更好的工作狀態，降低系統故障率的技術措施（詳見表5）。

3.3.3 定期檢測：按照設備設計規范和運行要求，定期進入設備安裝現場，測試各項性能指標，對除濕系統進行功能定級，為預防性維護、申請更換設備零部件或整改提供維護維修依據（詳見表5）。

3.3.4 統計分析及養護規劃：按照設備標準化管理模式建立設備檔案，對設備運行情況、故障情況、檢修情況及檢測情況做原始性、準確性和全面性的記錄。為全面把握系統狀態，改善系統的可靠性和降低故障率提供基礎數據；為有效控制維護成本提供客觀的基礎分析；為設備更新換代及設備養護規劃提供科學決策依據。

4 結語

濕度決定了鋼結構防腐的成與敗，同時也影響著鋼結構自然使用壽命；除濕系統的長周期安全穩定運行決定了鋼結構內部的濕度。因此，除濕系統的維護和管理必將成為鋼結構橋梁養護的重中之重。我們作為橋梁的管理者，只有從思想上重視，從實際中抓落實，從技術上下功夫，實現除濕系統預防性養護的科學化、規范化、專業化和信息化管理，才不辱我們作為橋梁守護者的使命。

參考文獻

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作者簡介：張焱（1972-），男，江蘇丹陽人，南京公路發展集團工程技術部副經理，中級工程師（電氣），研究方向：電氣技術或電氣自動化。

（責任編輯：王 波）