變電站戶外構(gòu)支架腐蝕原因及防腐補強對策研究

李文霞 劉昊

【摘要】針對目前變電站戶外構(gòu)支架運行使用過程出現(xiàn)的腐蝕問題影響，文章從實踐角度出發(fā)，分析了構(gòu)支架腐蝕的原因，并從設(shè)計角度出發(fā)提出了防腐與補強處理對策。結(jié)果表明，需與構(gòu)支架混凝土與鋼結(jié)構(gòu)的特性充分結(jié)合，才能使防腐補強措施效果起到事半功倍的作用。

【關(guān)鍵詞】變電站;戶外構(gòu)支架;防腐蝕;

科技水平提升，使得各行各業(yè)對變電站運行使用的安全可靠需求越來越大。然而，變電站戶外構(gòu)支架因所處運行環(huán)境復雜，以及自身建設(shè)材料的性能缺陷，導致腐蝕問題發(fā)生。為解決此問題，研究人員應(yīng)對腐蝕產(chǎn)生原因進行分析，以提升防腐設(shè)計與措施運用達到預期效果。

1、研究變電站戶外構(gòu)支架腐蝕原因及防腐補強對策的現(xiàn)實意義

建設(shè)工程中的鋼結(jié)構(gòu)建筑具有用鋼量高特點，其能以自重輕、強度高以及抗震能力強作用于各類基礎(chǔ)設(shè)施。變電站戶外構(gòu)支架工程，也逐漸利用鋼結(jié)構(gòu)替代混凝土或是磚混結(jié)構(gòu)。但實際運用過程，鋼會受空氣或是潮濕環(huán)境影響而出現(xiàn)腐蝕問題。特別是，含有酸堿鹽類介質(zhì)的空氣，銹蝕現(xiàn)象更為嚴重。經(jīng)對腐蝕問題的實際作用情況進行分析，發(fā)現(xiàn)其不僅會對鋼材表面造成不均勻銹蝕影響，還會使變電站戶外構(gòu)支架出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，縮短了鋼結(jié)構(gòu)的建設(shè)使用壽命。再加上，反復荷載作用環(huán)境下，會大幅降低鋼結(jié)構(gòu)疲勞強度進而引發(fā)脆性破壞。此問題背景下，長期處在承載力極限與運行極限狀態(tài)，這就導致其耐久性與安全性容易出現(xiàn)失穩(wěn)。具體控制工作，結(jié)構(gòu)維護保養(yǎng)環(huán)節(jié)存在過于注重結(jié)構(gòu)力學與材料理論問題，使得實際運行使用出現(xiàn)老化與腐蝕現(xiàn)象。為此，相關(guān)建設(shè)者以變電站戶外構(gòu)支架為例，通過分析其腐蝕原因，來提高防腐補強措施運用的效果價值。這樣一來，變電站戶外構(gòu)支架就能以可持續(xù)狀態(tài)作用于實踐，以推動涉及行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展[1]。

2、分析變電站戶外構(gòu)支架腐蝕的原因

變電站鋼構(gòu)支架多采用熱鍍鋅普通碳鋼材料，其腐蝕機理為，材料表面與所處環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學或電化學反應(yīng)，進而造成破壞與變質(zhì)。腐蝕電池作用下，鋼構(gòu)支架環(huán)境中的Zn與Fe起陽極溶解作用。即陽極反應(yīng)為：

Fe→Fe2++2e

Zn→Zn2++2e

由于環(huán)境中的腐蝕劑，H+、O2以及高價金屬離子等，能夠?qū)崿F(xiàn)去極化劑與陽極稀釋放出電子結(jié)合的反應(yīng)。即陰極反應(yīng)為：

H+去極化：2H++2e→H2

熱鍍鋅鋼構(gòu)支架在不含氧的非氧化性酸介質(zhì)中發(fā)生的主要陰極反應(yīng)，又稱析氫腐蝕。析氫反應(yīng)時，氫的過電位ηH，代表陰極過程受阻程度，ηH 越大，腐蝕速度越小，當熱鍍鋅構(gòu)件中含有析氫過電位小的雜質(zhì)時，將加快析氫腐蝕速度。

而O2的去極化，其在堿性、中性條件下為：

O2+2H20+4e→40H-

酸性條件下為：

O2+4 H++4e→2H20

這里的氧去極化反應(yīng)，又稱為吸氧腐蝕，普遍存在于鋼結(jié)構(gòu)環(huán)境。再加上，變電站熱鍍鋅鋼構(gòu)支架不論是呈中性還是堿性溶液，均會受到水、大氣以及土壤環(huán)境的影響，進而出現(xiàn)吸氧腐蝕問題。嚴重的，鋼結(jié)構(gòu)酸性介質(zhì)中也會出現(xiàn)局部吸氧腐蝕。

對于高價金屬離子還原與沉積為：

Fe3++e→ Fe2+

Cu2++2e→Cu

3、構(gòu)支架的腐蝕對承載能力的影響

鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕從鋼材的表面開始，在腐蝕介質(zhì)的影響下，首先在鋼材表面生成一層鐵銹，然后慢慢向內(nèi)部和深處發(fā)展，鐵銹的厚度越來越大，而鋼構(gòu)件的截面面積越來越小。鋼結(jié)構(gòu)未被腐蝕的材料，其材料性能與新材料相比基本上沒有差別，其抗拉強度、抗壓強度、彈性模量等指標基本上沒有變化。

4、關(guān)于變電站戶外構(gòu)支架的腐蝕補強對策

4.1變電站戶外構(gòu)支架防腐措施的特殊要求：

變電站戶外構(gòu)支架考慮防腐的必要性如下：

（1）長效性。變電站自運行起，常年帶電運行，屋外配電裝置區(qū)域的構(gòu)支架維修難度大，因此，必須采取有效的防腐措施，保證結(jié)構(gòu)的安全性及耐久性，盡量避免運行期維修。

（2）變形小。變電站戶外構(gòu)支架構(gòu)件，采用螺栓連接或焊接。結(jié)構(gòu)構(gòu)件在防腐施工時若發(fā)生變形，則容易導致結(jié)構(gòu)安裝精度不滿足設(shè)計要求。因此，防腐措施影盡可能減少結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形。

（3）適應(yīng)性。防腐措施必須充分考慮各工程實際的腐蝕條件。

（4）防腐措施需節(jié)能、環(huán)保、安全、全壽命成本小。

4.2防腐與補強處理對策

4.2.1防腐對策

首先，改變金屬結(jié)構(gòu)的組織，在鋼材冶煉過程中增加銅、鉻和鎳等合金元素，以提高剛才的抗腐蝕能力。像是Corten鋼與耐大氣腐蝕鋼。其次，在鋼結(jié)構(gòu)表而用金屬鍍層保護，如采用熱浸鋅或熱噴鋅（鋁）復合涂層法。再次，有機涂層法，即用涂料將鋼材表而保護起來使其不受大氣中有害介質(zhì)的侵蝕。最后，陰極保護法，即在鋼結(jié)構(gòu)表而附加較活潑的金屬取代鋼材的腐蝕，多運用在地下結(jié)構(gòu)。

此外，還可運用鋅加涂料防腐措施來達到變電站戶外鋼構(gòu)支架的質(zhì)量控制目標。其優(yōu)勢體現(xiàn)在長效與施工便利兩個方面。在防腐長效方面，鋅加涂料不僅具有熱浸鋅、熱噴鋅（鋁）的有一的陰極保護作用，而且具有有機涂料對鋼結(jié)構(gòu)的屏蔽保護作用，其防腐能力高于常規(guī)的環(huán)氧富鋅底漆5-6倍。鋅加涂料具有極好的電化學陰極保護作用和良好的屏蔽保護作用。此外，多層鋅加涂料系統(tǒng)具有比單一鋅加涂料系統(tǒng)超過雙倍的防腐保護年限，根據(jù)世界公認的最佳協(xié)同效應(yīng)，防腐保護年限估算公式為：

涂裝系統(tǒng)防腐保護年限=（鋅加涂料防腐保護年限+而漆的屏蔽保護年限）X （1. 5～2. 5）

如多層系統(tǒng)采用涂裝鋅加涂層60μm ，即使處在工業(yè)污染內(nèi)陸環(huán)境條件下，鋅加涂料的防腐保護年限將在12年以上。換句話說，如果面漆防腐屏障保護年限在8年以上，那么多層系統(tǒng)防腐保護年限將在30年以上。

在施工操作方面，鋅加涂料不僅操作便利，且對基材表面的處理要求較低。究其原因，鋅加涂料為單組分包裝，施工簡單、方便，開罐后經(jīng)充分攪拌均勻即可使用，鋅加涂料固含量高達80%，一次涂裝就可達到要求的膜厚。鋅加涂料可采用噴、刷、浸等常見方式進行涂裝，非常方便在構(gòu)支架維修現(xiàn)場進行涂裝，可在一10～40℃涂裝，可適應(yīng)冬天環(huán)境條件施工。鋅加涂料可在相對濕度小于95%的條件下以及潮濕的鋼結(jié)構(gòu)表而施工，而其他涂料則不能。采用鋅加涂料維修時表而處理比較簡單，對于構(gòu)支架維修時噴砂不到的部位或者不能噴砂的部位，可以采用人工動力機械打磨處理至St2級即可。故而，鋅加涂料的易施工性不僅降低了表而處理要求及施工強度，而且可節(jié)約工時，提升勞動生產(chǎn)率，同時鋅加涂料干燥快，可以縮短鋼構(gòu)支架維修施工時間，保證維修涂裝施工進度，具有十分重要的經(jīng)濟效益。

4.2.2補強設(shè)計處理

此工作需將設(shè)計重點放在鋼結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)補強上鋼結(jié)構(gòu)補強的主要方法有：減輕荷載、加大原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面和連接強度、改變結(jié)構(gòu)受力途徑、阻止裂紋擴展等。

結(jié)語：

綜上所述，變電站戶外構(gòu)支架腐蝕問題的控制，需將設(shè)計、措施控制運用重點放在鋼結(jié)構(gòu)的防腐與補強工作，可以保護鋼結(jié)構(gòu)免受腐蝕或者降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件被腐蝕的速度。減少因腐蝕造成的經(jīng)濟損失，延長建筑物的使用壽命，節(jié)約資金，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]劉思，羅其鋒，溫焯飛，周文瑩.變電站電纜層防碰撞裝置的研究與應(yīng)用[J].電工技術(shù)，2020（06）：110-112.