變電站鋼結構防腐蝕設計及其應用研究

中鐵一局集團電務工程有限公司，陜西 西安 710038

如今人們對電能的需求越來越大，變電站作為電力系統輸送的重要環節，變電站工程建設和日常管理的重要性也越來越突出。目前，我國的變電站大部分都建設在自然環境中，常年受到風雨雷電等惡劣氣象的影響，這對變電站鋼結構的防腐性提出了較高的要求。鋼結構的腐蝕問題必須引起重視，選擇適當的防腐蝕措施對保證鋼結構安全、減少變電站新的運行維護成本具有重要意義。文章根據我國就穩定變電站運行和生命周期持續化提出的標準政策，探討變電站設計中鋼結構防腐蝕措施，以節約環保為基本原則，旨在進一步降低成本，提高防腐蝕質量。

1 鋼結構腐蝕的原理

鋼結構產生腐蝕需滿足四個條件，即陰極、陽極、金屬接觸氧氣、電解質。若上述四個條件均已形成并滿足，則該鋼結構將出現生銹腐蝕的情況。其主要原因是鋼結構在陽極這一部分中的鐵在電子釋放出來時，就變成了鐵離子，而在陰極上，由于水中溶解的氧可對其陽極產生OH-，被吸收，這樣電子就會從陽極向陰極流動，從而產生電流，使其具有腐蝕性，那么鋼結構的表面也會形成一層氫氧化鐵薄膜，從而造成鋼結構發生腐蝕。

2 變電站鋼結構防腐蝕的設計

相關的調查數據顯示，我國鋼結構腐蝕造成經濟損失已經達到2000億元/年以上，而且鋼材的損失也已經達到1000萬t/年。這反映了腐蝕會對鋼結構造成嚴重破壞，不僅會影響建筑工程中鋼結構的使用壽命，還會讓我國防腐工程的經濟投入不斷增加，同時也表明變電站的鋼結構防腐設計至關重要。

2.1 變電站鋼結構防腐蝕的要求

從長效性方面來看，我國大部分變電站都建立在戶外，而且支撐變電站的一些架構都是常年在電力運行的基礎上所構建的，要對其進行檢查和維修非常困難，導致鋼結構出現的問題很難被及時察覺。因此，在進行變電站鋼結構的防腐設計時需要保證其具有長效性。

從適應性方面來看，鋼結構的支架結構由于基本在戶外，經常會受到風吹日曬和雷擊雨淋，這些自然氣候條件會對鋼結構產生一定的負面影響。因此，在進行鋼結構防腐蝕方案設計時，要基于支架所處的環境與氣候等因素綜合考慮，保證方案具備較強的適應性。

從防變形方面來看，變電站工程中的很多結構都需要利用螺絲和焊接實現加固與連接，進行防腐蝕施工就非常容易出現變形的現象，進而影響變電站的安全性。基于此，變電站的鋼結構防腐方案必須考慮對其他結構是否會造成影響，然后將環保、節能、成本以及使用時間這幾個方面作為出發點進行考慮，使設計出的防腐方案更科學、合理。

2.2 鋼結構常用的防腐措施和原理

（1）涂抹鋅粉法。這種方法是在鋼結構表面涂抹鋅粉，利用鋅對鋼結構實施保護。

（2）隔絕防護法。這種方法是在鋼結構表面涂抹一些防腐蝕的薄膜，使得外界的氧氣無法與鋼結構接觸，以避免鋼結構出現腐蝕的情況，從而實現有效的保護。

（3）緩蝕防護法。這種方法是在對鋼結構表面涂抹材料時選用一些能夠緩解腐蝕速度的原材料，它也能夠使鋼結構表面生成一個保護層，從而減少潮濕的環境或者避免氧氣滲透，進而延長鋼結構的壽命。

2.3 防腐方法的綜合描述

從目前的實際情況來看，鋼結構中最為常用的防腐法有金屬覆蓋層防腐法、有機涂層防腐法、無機非金屬涂層防腐法三種。有機涂層防腐法是利用表面土層對鋼結構實施保護，可保證鋼結構的抗腐蝕效果支撐5～10年，若在涂刷時出現不合理的情況，則會導致保護層非常薄弱，有可能1～2年就會消失，故鋼結構會出現銹蝕的情況。一般情況下，變電站鋼結構的使用壽命約為50年，為保證變電站的穩定運行，盡量不要進行斷電檢修。涂抹保護層的方法雖然比較可觀，但當保護層消失時需要再次涂抹，這時整個變電站都需要斷電，這是有機涂層防腐法的缺點。無機非金屬涂層防腐法可以提高鋼結構的耐腐蝕能力，在抗高溫和絕緣等性能上具有相應的優勢，但是這種防腐法的柔韌性不強，易受腐蝕，因此在變電站鋼結構的防腐工作中往往受到許多方面的限制，但經過防腐涂料的研究和使用，這種現狀發生了很大的變化。從實際調研資料來看，金屬包覆這一方法一般采用熱鍍鋅和熱噴鋅來實現防腐效果，但在某些變電所支架鋼結構的防腐中，熱鍍鋅的應用范圍更為廣泛。如今，我國科學技術逐步完善，冷噴鋅技術已在國內外推廣應用，我國也積極地對這種防腐法進行了試驗驗證，并逐步推廣到各個變電站的鋼結構防腐工作中。

3 變電站鋼結構防腐設計的具體應用

3.1 鋼結構表面處理

在對變電站鋼結構實施防腐工作之前，需要先對其表面層進行清理。這主要是因為變電站的一些支架鋼結構暴露在自然環境中，經過風吹日曬，上面時常會有一些灰土或者是銹跡等殘留物，這些殘留物會對鋼結構的防腐工作造成不利的影響。因此，不論是實施重防腐涂裝還是熱鍍鋅和冷噴鋅，都要先將鋼結構表面的雜質清除干凈。在實際清除時，工作人員需要將鋼結構的表面作為工作出發點，仔細并全面地清理，以確保鋼結構的表面沒有任何附帶的雜質存在，也沒有酸堿、氧化物以及銹跡等污漬。另外，必須保證鋼結構中的各組成構件之間有一定粗糙度，這主要是為了保證在涂抹一些防腐材料時不會出現脫落的現象，從而確保工作的有效性。對變電站鋼結構實施防腐措施，保護效果時效長，尤其是重防腐保護效果最長可持續15年，后期可不必投入人力、物力及資金進行檢查和后續維護。

3.2 重防腐涂裝

在進行涂抹工作之前，需測量鋼結構表面的溫度，超過限定溫度就不能繼續施工。在進行重防腐涂料涂抹時，須全面了解鋼結構表面的實際情況、周圍的環境以及鋼板的溫度等，遇到下雨、下雪或空氣中的濕度達到85%時，不建議進行重防腐涂裝工作。另外，在施工的具體操作中，盡可能拉近噴頭和鋼結構表面的距離，這主要是為了保證噴劑不會被浪費以及在接觸時干掉，從而確保防腐涂抹工作的有效性。

除此之外，可利用相關工藝方法將一種或多種金屬固定在一些基體中，以形成一個幾十或者幾百微米的金屬覆蓋層。鋼結構所使用的金屬覆蓋層大多都是鋅合金，雖然鋁的耐腐蝕性要比鋅強很多，但當時鋁覆蓋層的工藝性能卻不及鋅覆蓋層，尤其是在噴涂層厚度比較大的前提下，鋁的韌性和其他基體的結合性相對較差，因此在工程中金屬覆蓋層對鋁的利用不多。

3.3 熱鍍鋅和冷噴鋅

比較熱鍍鋅和冷噴鋅這兩種防腐法可知，熱鍍鋅是利用金屬中的高溫融化與霧化條件下在鋼結構的表面形成一種金屬保護層，以此發揮防腐作用，而且在實際工作中基本上都是將鋼結構的部件浸入金屬鋅的熱熔溶液中，這樣一來鋼結構的表面就會被金屬鋅覆蓋，從而達到防腐效果。冷噴鋅則是利用涂抹的手段將鋼結構表面涂抹上鋅離子，以此形成一個保護層，犧牲陽極保護陰極，這樣的化學反應對于保護鋼結構有著非常明顯的成效。同時，在鋅盾形成以后，鋼結構的表面的鋅含量可高達95%左右。分析施工的難度發現，冷噴鋅比熱鍍鋅方法簡單，從環保的角度上來看冷噴鋅更加環保與節能，而且成本也相對較低，因此冷噴鋅相對更實用。

4 結束語

綜上所述，變電站在我國電力供應方面取得了明顯的成效，但是其在日常運行中因長期暴露于自然環境中，難免會生成腐蝕效果，因此如何有效提高防腐效果成為變電站的首要任務。為此，文章從不同的防腐工作原理上展開分析，然后進一步對一些注意事項進行闡述，旨在提高變電站鋼結構的穩定性和持久性，從而保障變電站的持續電力輸出。