輸電線路桿塔主材與基礎接觸部的腐蝕及防護研究

李曉斌，陳 亦

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529099）

引言

環(huán)境污染是輸電線路桿塔裸露在外的金屬部件產生腐蝕的重要影響因素，主要表現在塔身銹蝕、接地網銹蝕和對地導線銹蝕等。圖1是嶺南沿海某輸電線路部分桿塔主材與保護帽（基礎）接觸部分的圖片，從圖中可以看出主材被腐蝕成內外兩層，腐蝕相對嚴重，明顯降低了其與基礎的接觸面積和桿塔的穩(wěn)定性，增大了倒塔斷線的風險。因此，要使電網能夠安全運行，輸電桿塔的防腐蝕成為必須考慮的突出問題。

圖1 嶺南沿海某輸電線路桿塔主材與基礎接觸部

本課題將以嶺南沿海某段輸電線路桿塔主材與保護帽（基礎）接觸部分為研究對象，首先對其腐蝕規(guī)律、腐蝕機理進行研究，然后在此基礎上有針對性地開發(fā)有效的防護技術。

1 實驗方法和過程

為研究輸電線路桿塔主材與基礎接觸部的腐蝕機理，首先采用Bruker AXS D8-Advance X射線衍射儀（Cu 靶，K，λ=0.15456 nm)對接觸部內、外兩側腐蝕產物進行物相分析。其次，對現場地下500 mm左右處土壤取樣。在實驗室環(huán)境下，清除土壤中雜物，自然風干，粉碎研磨后通過20目篩。用除鹽水按照水土比5：1的方法溶解、振蕩，過濾出浸出液。靜置后，分別采用電感耦合等離子體質譜法和電極法對土壤樣品中的金屬陽離子和非金屬陰離子進行分析。

針對輸電線路鐵塔塔腳與基座連接部的腐蝕嚴重情況，采用保護帽涂層對其保護，其中涂層有內向外依次為丙烯酸樹脂+羅曼哈斯膠+Megum538膠+改性環(huán)氧樹脂砂漿+防水防滲涂料，如圖2所示。另外，為了避免由于長時間受雨水侵蝕而導致防水防滲涂層起泡的現象，將保護帽涂層外層設計成倒水棱，如圖3所示。配置硝酸鈣質量濃度為8.01 g/L、硝酸鉀質量濃度為10.14 g/L、無水硫酸鈉質量濃度為13.5 g/L、氯化鈉質量濃度為5.58 g/L和磷酸三鈉質量濃度為15.6g/L的溶液，采用南京環(huán)科YWX-250型鹽霧試驗箱對保護帽進行進行鹽霧實驗。

圖2 防護涂層示意圖

圖3 保護帽涂層示意圖

2 實驗結果及討論

圖4是輸電線路桿塔主材與基礎接觸部內、外兩層腐蝕產物的XRD衍射圖。從圖4可以看出各腐蝕產物中的組成大致類似，均為FeO、Fe2O3、Fe3O4、FeOOH以及少量微晶和非晶物質，但外層晶態(tài)的FeO、Fe2O3、Fe3O4和FeOOH均較多，其衍射峰相對明顯，說明其穩(wěn)定性較高。內層晶態(tài)物質的峰強較弱，說明其腐蝕產物中含有大量的微晶和非晶，這表明其腐蝕產物的穩(wěn)定性較差，大量物質處于腐蝕過程的中間狀態(tài)，在環(huán)境條件合適時，其腐蝕轉變將會繼續(xù)發(fā)生。

圖4 桿塔主材與基礎接觸部內外銹層的X射線衍射譜

表1是土壤樣品檢測結果，從表1可以看出除金屬 K+、Na+、Ca2+離子外，含有一定量的 SO42-、NO3-、PO43-、及Cl-，特別是Cl-含量相對較高。桿塔主材一般采用鍍鋅鋼材，通常鋅與鋼鐵之間發(fā)生擴散形成鋅鐵合金層，比一般涂料結合更牢固，暴露在大氣環(huán)境中的鋅層數十年不會脫落，但鍍鋅層在接觸空氣和水時，可產生輕微的電化學腐蝕。與內陸地區(qū)相比，嶺南沿海地區(qū)位于亞熱帶低緯度地區(qū)，電網金屬結構所處的運行環(huán)境十分復雜，南亞熱帶海洋性季風氣候的特點，使得大氣濕度很大，水蒸氣易在毛細管作用、吸附作用、化學凝結作用的影響下，附著在鋼材表面上形成一層水膜。補充嶺南沿海地區(qū)氣態(tài)污染情況（沿海地區(qū)鹽密大），這樣部分二氧化硫和氮氧化物溶解在鋼材表面的水膜中形成導電性較強的電解質溶液，電解液溶液與金屬氧化膜發(fā)生電化學反應而產生孔蝕，加速了輸電桿塔腐蝕。在另一方面，可以看出土壤中Cl-含量較高，工廠所排出的的Cl2形成 HCl，HCl+Fe→H2+FeCl3，而 FeCl3溶于水，于是進一步增加了桿塔主材與基礎接觸部的銹蝕。

為了對比腐蝕情況，在Q420角鋼上，設計了六種耐腐蝕方案，如圖5所示。其中1號為丙烯酸樹脂，2號為丙烯酸樹脂+羅曼哈斯膠+Megum538膠，3號為丙烯酸樹脂+羅曼哈斯膠+Megum538膠+改性環(huán)氧樹脂砂漿，4號為丙烯酸樹脂+羅曼哈斯膠+Megum538膠+改性環(huán)氧樹脂砂漿+防水防滲涂料，5號為無鍍鋅層的鋼板，6號為有鍍鋅層的鋼板。

表1 土壤樣品檢測結果（均值）μg/g

圖5 角鋼的耐腐蝕方案

下頁表 2是不同方案在 24 h、72 h、144 h和240 h后其表面變化情況。從表2可以看出，5號和6號試樣在鹽霧腐蝕144 h后，試樣側邊出現了腐蝕現象，尤其240 h后5號試樣表面腐蝕明顯。1號試樣過渡層表面在鹽霧腐蝕144 h后，無過渡層的鍍鋅鋼板表面出現腐蝕，240 h后腐蝕明顯，同時丙烯酸樹脂膠表面殘留相對較多的鹽分，但過渡層表面沒有出現裂紋、起泡、銹蝕等現象。2號試樣在240 h表面鹽分殘留相對很少，說明在丙烯酸樹脂膠表面涂覆羅曼哈斯膠和Megum538膠的過渡層，使得試樣的抗鹽霧腐蝕的能力得到顯著提高。3號和4號試樣經過240 h腐蝕后表面無點蝕、裂紋、起泡和銹蝕等現象，將3號和4號試樣的保護帽剖開后，被保護的基材表面沒有滲水、銹蝕現象，如下頁圖6所示，說明其防護效果較佳。

3 結論

1）嶺南沿海某輸電鐵塔主材腐蝕的主要原因是環(huán)境介質對其進行的腐蝕，其中主要以化學腐蝕為主，工業(yè)廢氣中的二氧化硫、氮氧氮氧化物及氯氣溶解在鋼材表面的水膜中形成導電性較強的電解質溶液是其腐蝕的關鍵因素。

2）采用丙烯酸樹脂+羅曼哈斯膠+Megum538膠+改性環(huán)氧樹脂砂漿+防水防滲涂料的保護方案，可以很好的對塔腳基材進行保護；丙烯酸樹脂+羅曼哈斯膠+Megum538膠過渡層提高了保護帽與塔腳基材的結合強度；保護帽外形倒水棱的設計能有效地避免雨水在保護帽上的沉積，避免了由于長時間受雨水侵蝕而導致保護帽外層防水防滲涂層起泡的現象。

表2 不用腐蝕時間的試樣表面形貌

圖6 3號和4號試樣保護帽剖開后基材表面形貌

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