封閉煤場鋼結構腐蝕防護設計

王學民 尚月波 潘元光

(1.中國能源建設集團浙江省電力設計院有限公司，浙江 杭州 310012； 2.浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責任公司，浙江 寧波 315700； 3.浙江國華寧海發(fā)電有限責任公司，浙江 寧波 315600)

1 概述

鋼結構腐蝕防護問題，直接關系到結構的耐久性，是鋼結構設計必須考慮的重要問題。目前電力系統(tǒng)經過大規(guī)模基建之后，鋼結構的腐蝕問題已經變得越來越突出[8,9]。由于封閉煤場內部空氣環(huán)境的特殊性，更兼具有維修不便的特點，使得鋼結構封閉煤場的腐蝕防護成為突出的問題。既有電廠封閉煤場的使用情況調查表明[1]，腐蝕問題已成為煤場運行期間的重大安全隱患。封閉煤場的腐蝕防護，涉及設計、施工、驗收以及維護管理等諸多方面，是一個系統(tǒng)工程。封閉煤場鋼結構的防腐設計，應綜合考慮環(huán)境條件、鋼材材質、結構形式、使用要求、施工條件和維護管理條件等因素。

2 封閉煤場內部使用環(huán)境

影響鋼材腐蝕的主要因素有兩方面，一是鋼材本身的材質及防腐措施，二是外部環(huán)境。依據(jù)環(huán)境空氣中腐蝕介質的相關濃度，可對大氣環(huán)境進行分類。基于實際腐蝕速率判定法和腐蝕環(huán)境判定法兩種方法，《建筑鋼結構防腐蝕技術規(guī)程》給出了大氣環(huán)境對建筑鋼結構長期作用下的腐蝕性等級判定表。環(huán)境的濕度和空氣成分，是確定腐蝕等級的主要因素。區(qū)域空氣成分即大氣環(huán)境類別，可按GB/T 15957大氣環(huán)境腐蝕分類確定。環(huán)境濕度可由當?shù)貧庀髼l件數(shù)據(jù)獲得。按照《工業(yè)建筑防腐蝕設計標準》[3]的規(guī)定，環(huán)境腐蝕等級可分為強腐蝕、中腐蝕、弱腐蝕、微腐蝕四個等級；按照《建筑鋼結構防腐蝕技術規(guī)程》的規(guī)定，環(huán)境腐蝕等級可分為Ⅰ級(無腐蝕)、Ⅱ級(弱腐蝕)、Ⅲ級(輕腐蝕)、Ⅳ級(中腐蝕)、Ⅴ級(較強腐蝕)、Ⅵ級(強腐蝕)，共六個等級。

封閉煤場內部堆煤揮發(fā)的腐蝕性介質及自燃現(xiàn)象，導致其環(huán)境較同地區(qū)普通廠房更加惡劣。當內部自燃嚴重，采用沖水滅火時，由于酸霧的升騰，導致在上部鋼結構桿件上聚集，致使使用環(huán)境進一步劣化，加速結構腐蝕，突出表現(xiàn)在壓形鋼板與檁條的連接部位。

封閉煤場內部環(huán)境的具體介質成分確定，目前暫無具體數(shù)據(jù)可作為依據(jù)，實際設計時可根據(jù)工程場地的氣象資料，參考建筑鋼結構防腐蝕技術規(guī)程的規(guī)定，并從嚴考慮。

3 結構選型及構造

結構設計最重要的是概念設計[10]，封閉煤場的結構安全，關系到整個電廠的正常運行，對于重要電廠，其封閉煤場結構應屬于抗震乙類建筑，安全等級不宜低于二級，其防腐蝕設計年限不宜低于15年[7]。并應綜合考慮一次投入和使用期間的防腐維護費用以及電廠后續(xù)可能的服役年限來確定防腐蝕設計年限。

當煤堆與鋼結構直接接觸時，煤堆里的各種腐蝕性物質使得鋼結構的使用環(huán)境變得非常惡劣，且接觸部位大多處于支座部位，局部構件的破壞可能會對整體結構造成不利影響，并有因此造成結構倒塌的案例[6]。故應避免煤堆與鋼結構的直接接觸，并盡量加大煤堆與鋼結構構件之間的距離。對于根部在一定范圍內靠近煤堆處的結構構件，堆煤表面距離鋼結構構件不大于3 m范圍內的鋼結構承重構件，應特別加強防腐。

水的存在會加速鋼結構腐蝕，積水與煤粉結合則會使結構環(huán)境進一步劣化，因此在鋼結構節(jié)點的細部設計中，應避免形成局部積水。

其受力構件應采用實腹式或閉口截面，不應采用格構式構件和冷彎薄壁型鋼，并應盡量避免局部煤粉積聚。當采用網架結構時，對于螺栓球結點，安裝完成后,所有接縫和多余的螺孔應用密封材料填嵌嚴密，多余的螺栓孔應封堵。

《建筑鋼結構防腐蝕技術規(guī)程》[2]和《工業(yè)建筑防腐蝕設計標準》[3]對鋼結構的構件選型、最小厚度等均有相關規(guī)定，設計時應充分考慮。

4 工程防腐方案

某工程年平均相對濕度為82%，處于海洋大氣環(huán)境，腐蝕性等級為Ⅵ級，屬于強腐蝕環(huán)境。對重要構件宜選用耐候鋼。在大氣環(huán)境下，耐候鋼表面也需要采用涂料防腐。耐候鋼表面的鈍化層增強了與涂料附著力。另外，耐候鋼的銹層結構致密，不易脫落，腐蝕速率減緩。故涂裝后的耐候鋼與普通鋼材相比，有優(yōu)越的耐蝕性。出于造價考慮，本工程不采用耐候鋼，考慮采用鍍鋅加涂層防腐。根據(jù)《金屬覆蓋層鋼鐵制件熱浸鍍鋅層技術要求及試驗方法》[11]第6.2條規(guī)定，基材厚度不小于6 mm時，平均厚度不小于85 μm；基材厚度3 mm～6 mm時，鍍層的平均厚度不小于70 μm。對于采用閉口截面的封閉煤場鋼結構，其桿件最小厚度不應小于4 mm，取鍍層最小厚度為不低于85 μm。

涂層設計應按照涂層配套進行設計；應滿足腐蝕環(huán)境、工況條件和防腐蝕年限要求；應綜合考慮底涂層與基材的適應性，涂料各層之間的相容性和適應性，涂料品種與施工方法的適應性。

本工程推薦采用的防腐措施說明如下：1)腐蝕性等級為Ⅵ級，防腐層設計使用年限15年。2)除銹等級為Sa2.5。3)鋼結構的防腐均采用熱鍍鋅后再涂裝油漆防腐層。4)熱鍍鋅平均厚度不低于85 μm。5)涂層干膜總厚度取280 μm。6)安裝完成后，所有接縫和多余的螺孔應用油膩子密塞。

5 工程經驗

浙江沿海某電廠圓形封閉煤場的工程[1]，網架構件采用鋅盾冷噴鋅厚度不小于60 μm，再刷環(huán)氧云鐵中間漆一遍+可復涂聚氨酯面漆兩遍，總涂層厚度180 μm，低于現(xiàn)行規(guī)范中5年～10年使用要求的最小厚度。使用近十年后檢測發(fā)現(xiàn)煤場穹頂鋼網架結構主體外觀并無重大缺陷，絕大多數(shù)主要結構構件沒有出現(xiàn)裂紋和局部變形。鋼網架結構螺栓球節(jié)點與支座節(jié)點表觀良好，表明鍍鋅加涂層防腐的措施在封閉煤場中具有可靠的防腐效果。

值得注意的是，設計中往往忽視建筑圍護結構的防腐。該工程原設計屋面檁條及平臺扶梯等其他采用環(huán)氧云鐵底、中間漆+可復涂聚氨酯面漆兩遍，具體厚度不詳。煤場穹頂圍護方鋼管、C型鋼檁條以及連接螺釘普遍存在嚴重銹蝕，如圖1～圖3所示，其中C 型鋼檁條樣本平均銹蝕率達到8.59%；方鋼管、C型鋼檁條連接焊縫施焊不均并出現(xiàn)明顯銹蝕。煤倉穹頂鋼網架部分外覆壓型鋼板出現(xiàn)開口、漏光現(xiàn)象，如圖4所示。

6 結語

封閉煤場鋼結構的防腐設計，應綜合考慮環(huán)境條件、鋼材材質、結構形式、使用要求、施工條件和維護管理條件等因素。閉煤場內部環(huán)境的具體介質成分確定，具有很大的不確定性和難度，目前暫無具體數(shù)據(jù)可作為依據(jù)，實際設計時，可根據(jù)工程場地的氣象資料，參考建筑鋼結構防腐蝕技術規(guī)程的規(guī)定，并從嚴考慮。對不同部位的結構構件，可采取不同的防護措施。工程實踐表明，鍍鋅加涂層的防腐措施，對封閉煤場網架受力構件的腐蝕防護很有效；同時應特別注意提高圍護結構的防腐措施。