特大型橋梁除濕系統(tǒng)維護(hù)管理技術(shù)研究

摘要：除濕系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用成功解決了鋼結(jié)構(gòu)大橋在長期處于較高濕度環(huán)境下出現(xiàn)較為嚴(yán)重腐蝕的現(xiàn)象。隨之而來，除濕系統(tǒng)的日常維護(hù)和管理也成為了橋梁養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵點之一。文章以濕度與鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的關(guān)系及除濕系統(tǒng)基本工作原理為基礎(chǔ)進(jìn)行分析，探討了除濕系統(tǒng)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，保障除濕系統(tǒng)長周期健康安全穩(wěn)定運行的新課題。

關(guān)鍵詞：特大型橋；除濕系統(tǒng)；預(yù)防性養(yǎng)護(hù)；濕度；腐蝕速率 文獻(xiàn)標(biāo)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(jìn)入21世紀(jì)以來，懸索大橋、斜拉橋、拱形橋、高架橋、鋼箱梁結(jié)構(gòu)高速公路等幾十座大型各種鋼結(jié)構(gòu)大橋如雨后春筍般地在我國江、河、湖、海上建起，鋼結(jié)構(gòu)大橋的管養(yǎng)成為行業(yè)倍加關(guān)切的新課題，由于鋼結(jié)構(gòu)橋梁的特殊結(jié)構(gòu)，濕度、溫度和氣壓成為橋梁內(nèi)部環(huán)境控制的重要指標(biāo)。21世紀(jì)初，我國在大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁中采用除濕系統(tǒng)進(jìn)行干燥除濕防腐保護(hù)，使所有鋼體內(nèi)部接觸的空氣的相對濕度被控制在低濕范圍內(nèi)，從根本上降低鋼箱梁、錨室、鞍室、纜索、索塔內(nèi)部腐蝕生銹的可能性，以確保大橋的設(shè)計壽命及安全使用。因此，除濕系統(tǒng)維護(hù)的好與壞直接關(guān)系到橋梁的使用壽命和結(jié)構(gòu)安全。為此，從鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕原理出發(fā)認(rèn)識濕度對于鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的重要性；從除濕系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理出發(fā)構(gòu)建對除濕系統(tǒng)的基本認(rèn)識；從如何提高除濕系統(tǒng)維護(hù)管理水平出發(fā)，保障除濕系統(tǒng)長周期安全穩(wěn)定運行，最終達(dá)到保障橋梁結(jié)構(gòu)安全延長使用壽命的目的。

1 濕度與鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的關(guān)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(zhì)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(tài)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(jié)構(gòu)腐蝕的基本過程

鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕主要有大氣腐蝕、局部腐蝕和應(yīng)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(jié)果在鋼鐵表面形成了一層電解質(zhì)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(shù)微小的原電池，又由于鐵與雜質(zhì)緊密接觸，使得腐蝕不斷進(jìn)行，也稱原電池反應(yīng)。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(yīng)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(yīng)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(yīng)方程式：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2

第三，氧化反應(yīng)[析氫腐蝕與吸氧腐蝕生成的Fe（OH）2被氧所氧化]

反應(yīng)方程式：4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3

第四，脫水反應(yīng)[Fe（OH）3脫水生成Fe2O3鐵銹]

反應(yīng)方程式：4Fe（OH）3=2Fe2O3+6H2O

結(jié)論：鋼鐵的腐蝕過程離不開介質(zhì)“水”。

1.3 濕度與鋼結(jié)構(gòu)腐蝕速率的關(guān)系

鋼材的腐蝕速度與環(huán)境、濕度、溫度以及有害介質(zhì)的存在有關(guān)，從上述鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的基本原理中發(fā)現(xiàn)鋼鐵的腐蝕過程都離不開介質(zhì)“水”，因此環(huán)境中水蒸氣的含量和濕度是鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的決定性因素之一。

濕度和鋼材腐蝕速率的關(guān)系如圖1所示：

結(jié)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(dāng)相對濕度增加到某一數(shù)值時（如圖1所示，當(dāng)達(dá)到60%以上時），鋼材的腐蝕速度會突然升高，這一數(shù)值稱為臨界濕度。

2 除濕系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 特大型橋梁除濕系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

由除濕機、混合箱、排風(fēng)系統(tǒng)、濕度采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)五部分構(gòu)成。

除濕機由干燥轉(zhuǎn)輪、加熱器、處理風(fēng)機、驅(qū)動馬達(dá)和再生風(fēng)機五個構(gòu)件構(gòu)成，同時干燥轉(zhuǎn)輪按照功能又劃分為處理區(qū)域、再生區(qū)域、熱回收區(qū)域三個區(qū)域。

2.2 除濕系統(tǒng)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(zhuǎn)輪的處理區(qū)域，其結(jié)構(gòu)為很多細(xì)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(shè)計使干燥轉(zhuǎn)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(jīng)過的空氣變成干燥空氣并從轉(zhuǎn)輪的另一側(cè)送出。同時，一股被隔開的氣流（再生空氣）被加熱并吹入轉(zhuǎn)輪的再生區(qū)域。這股經(jīng)過加熱的空氣使得轉(zhuǎn)輪再生區(qū)域內(nèi)的水分蒸發(fā)，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(jìn)行的同時，轉(zhuǎn)輪一直是在緩慢的旋轉(zhuǎn)（大約每小時10轉(zhuǎn)）。這使得總有一部分需要再生的轉(zhuǎn)輪由經(jīng)過加熱的再生空氣獲得再生；再生后的轉(zhuǎn)輪又轉(zhuǎn)到處理區(qū)域與處理空氣相接觸并進(jìn)行吸濕，使得除濕過程成為一個連續(xù)循環(huán)的過程。在再生區(qū)域增加了熱回收區(qū)域，因此可以使15%的再生能耗得到回收。

除濕系統(tǒng)的工作原理：通過智能型濕度儀實時監(jiān)測環(huán)境濕度，當(dāng)濕度達(dá)到啟動閾值時，除濕機啟動，處理空氣在進(jìn)行除濕處理后在達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)后，干燥空氣進(jìn)入混合箱（保證向空間區(qū)域送風(fēng)的壓力平衡），濕空氣排出濕度控制空間以外，再通過送風(fēng)機將干燥空氣送入濕度控制區(qū)域，并往復(fù)循環(huán)啟動，保證濕度控制區(qū)域始終控制在要求范圍內(nèi)。

根據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：由于橋梁特定的地理位置周圍空氣濕度基本處于超標(biāo)環(huán)境；除濕系統(tǒng)的運行時間每日每臺達(dá)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(huán)境惡劣，除濕系統(tǒng)故障率較高。

3.2 除濕系統(tǒng)維護(hù)管理模式及現(xiàn)狀

科學(xué)的設(shè)備管理是設(shè)備全系統(tǒng)、全效率、全方位、全壽命周期的綜合性的、系統(tǒng)的學(xué)科，國際上設(shè)備管理體系的歷史進(jìn)展可分4個階段——事后維修管理階段、設(shè)備預(yù)防性管理階段、設(shè)備系統(tǒng)管理階段、設(shè)備綜合管理階段。由于除濕系統(tǒng)受安裝地點的限制，目前主要的維護(hù)和管理手段：運用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對除濕系統(tǒng)運行情況進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題及時進(jìn)行處理的一個方式，完全屬于事后維修管理階段；管理上嚴(yán)重缺乏定期巡查、定期維護(hù)保養(yǎng)、定期檢測和養(yǎng)護(hù)規(guī)劃等預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)措施。對如何采取預(yù)防性維護(hù)以及對除濕系統(tǒng)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的內(nèi)容、范圍和頻率沒有系統(tǒng)和科學(xué)的認(rèn)識，因此個人認(rèn)為如何對除濕系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，變被動維修為主動防護(hù)，降低設(shè)備故障的發(fā)生頻率，提高設(shè)備的運行效率，提高設(shè)備的壽命周期是做好除濕系統(tǒng)各項維護(hù)工作的重中之重。

3.3 除濕系統(tǒng)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)措施

3.3.1 定期巡查：每月一次進(jìn)入設(shè)備安裝現(xiàn)場，對除濕設(shè)備外觀、環(huán)境、運行狀態(tài)的巡視或簡單的功能測試（詳見表5）。

3.3.2 定期維護(hù)：按照設(shè)備運行要求，定期進(jìn)入設(shè)備安裝現(xiàn)場，為防止出現(xiàn)突發(fā)故障，延長設(shè)備壽命，對除濕設(shè)備進(jìn)行采取必要的維護(hù)措施。如除塵、更換皮帶、更換過濾網(wǎng)、加注潤滑油、拆解維護(hù)等大、中、小修維護(hù)項目，使系統(tǒng)設(shè)備處于更好的工作狀態(tài)，降低系統(tǒng)故障率的技術(shù)措施（詳見表5）。

3.3.3 定期檢測：按照設(shè)備設(shè)計規(guī)范和運行要求，定期進(jìn)入設(shè)備安裝現(xiàn)場，測試各項性能指標(biāo)，對除濕系統(tǒng)進(jìn)行功能定級，為預(yù)防性維護(hù)、申請更換設(shè)備零部件或整改提供維護(hù)維修依據(jù)（詳見表5）。

3.3.4 統(tǒng)計分析及養(yǎng)護(hù)規(guī)劃：按照設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化管理模式建立設(shè)備檔案，對設(shè)備運行情況、故障情況、檢修情況及檢測情況做原始性、準(zhǔn)確性和全面性的記錄。為全面把握系統(tǒng)狀態(tài)，改善系統(tǒng)的可靠性和降低故障率提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；為有效控制維護(hù)成本提供客觀的基礎(chǔ)分析；為設(shè)備更新?lián)Q代及設(shè)備養(yǎng)護(hù)規(guī)劃提供科學(xué)決策依據(jù)。

4 結(jié)語

濕度決定了鋼結(jié)構(gòu)防腐的成與敗，同時也影響著鋼結(jié)構(gòu)自然使用壽命；除濕系統(tǒng)的長周期安全穩(wěn)定運行決定了鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部的濕度。因此，除濕系統(tǒng)的維護(hù)和管理必將成為鋼結(jié)構(gòu)橋梁養(yǎng)護(hù)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(shù)上下功夫，實現(xiàn)除濕系統(tǒng)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的科學(xué)化、規(guī)范化、專業(yè)化和信息化管理，才不辱我們作為橋梁守護(hù)者的使命。

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

（責(zé)任編輯：王 波）