水電站金屬結構設備的腐蝕檢測與維護研究

呂品正，杜佼偉，劉 亮

（1.陜西能源電力運營有限公司，陜西 西安 710016；2.四川華能涪江水電有限責任公司，四川成都 610041）

水電站金屬結構（包括鋼閘門、攔污柵及其門槽埋件等）長期處于干濕交替、浸沒水下及水流沖刷等環境中，受到大氣、日光、溫度和水生物的侵蝕，以及泥沙和其它漂浮物的沖擊摩擦，使鋼材表面極易發生腐蝕。鋼結構發生腐蝕后承載強度會逐漸降低，嚴重地影響工程的安全運行。為了有效控制鋼材的腐蝕，延長相應結構設備的使用壽命，必須采取有效的防腐措施。

1 水電站金屬結構設備的腐蝕檢測主要內容分析

1.1 常見檢測方法

1.1.1 超聲波測厚法

該方法主要依托超聲波脈沖反射原理完成金屬結構的厚度測量，以此判斷水電站金屬結構設備是否存在腐蝕。實踐中，探頭發出超聲波脈沖，在其通過被檢測物體達到材料分界面時，脈沖會被反射回探頭，此時，可以根據超聲波在材料中傳播的時間長度測量與分析，完成被檢測材料實際厚度的確定。對于超聲波測厚法來說，其屬于無損接檢測方法，在當前的水電站金屬結構腐蝕檢測中極為常用，測量精度極高，可以達到0.01mm。實踐中，可以直接完成無縫鋼管壁厚的測定。

1.1.2 腐蝕深度測量法

腐蝕坑深度是表征材料局部腐蝕程度的重要參數，也是國標中要求測量的參數[1]。腐蝕坑深度測量可采取腐蝕坑深度儀法、顯微鏡法、超聲波測厚、焊縫檢驗尺等方法。對于腐蝕深度測量法來說，其主要依托對的腐蝕坑深度這一參數的檢測，完成對水電站金屬結構設備腐蝕情況的確定，直接使用數據表示出相應金屬結構設備的銹蝕量。當前，常使用焊縫檢驗尺、腐蝕坑深度儀完成對腐蝕坑深度的測量，其中，焊縫檢驗尺的精度為0.05mm，腐蝕坑深度儀的精度可以達到0.01mm。

1.1.3 腐蝕曲線法

依托腐蝕曲線，可以直觀的表達水電站金屬結構設備表面的腐蝕狀態以及類型，在當前的腐蝕檢測實踐中，腐蝕曲線法普遍配合上文中提出的超聲波測厚法、腐蝕深度測量法這兩種方法進行使用。一般來說，當腐蝕曲線的直觀程度更高時，表明水電站金屬結構設備中存在的腐蝕類型相對單一；而若是該曲線具有一定的復雜性，則可以判斷存在于水電站金屬設備中的腐蝕類型呈現出多樣化趨勢。

1.2 數據處理技術

1.2.1 列表法

在該方法中，所有在腐蝕檢測中獲取到的數據均以表格的形式體現，一般來說，需要在列表中體現出腐蝕速度的平均值、腐蝕速度的最大值、平均腐蝕率、蝕余厚度平均值等數據。同時，當發現某一水電站金屬結構設備/構件/位置的蝕余厚度低于6mm，則可以判斷該結構報廢，需要進行更換并在列表中體現。對于列表法來說，其體現出的數據信息量更大，且直觀性相對較強，可以直接為強度的復核計算提供數據支持，并直接以數據的形式體現出水電站金屬結構設備的完整、真實腐蝕情況。

1.2.2 對比圖法

通過對比圖法的應用，可以更加直觀的了解到水電站金屬結構設備的腐蝕現狀，明確金屬結構設備的原始厚度以及平均蝕余厚度，以此完成對腐蝕速度的確定。通常情況下，對比圖法需要配合列表法一同使用，對列表法中所展示出的相關數據進行補充、輔助說明。

1.2.3 直方圖法

參考腐蝕檢測中各種數據信息的統計表，能夠完成不同水電站金屬結構設備銹蝕量頻數分布直方圖、主要構件總體腐蝕量頻數分布直方圖的制作，以此完成對水電站金屬結構設備主要腐蝕情況、不同構件的腐蝕情況、最大腐蝕速度等數據的確定與直觀顯示。在分析直方圖中，當觀察到水電站金屬結構設備的腐蝕量在某處頻數達到最大（如1mm處），則可以判定其普遍腐蝕程度為1mm左右。該方法也需要配合列表法進行使用。

2 水電站金屬結構設備的防腐處理及維護策略探究

2.1 水電站金屬結構設備的防腐維護技術

2.1.1 涂料保護法

該方法主要依托在水電站金屬結構設備的表面刷涂一層防腐涂料作為保護膜，以此隔絕外部電解質與金屬表面之間的接觸，降低水電站金屬結構設備腐蝕問題的發生概率。相比于其他的防腐維護技術來說，涂料保護法的操作更為簡單，成本相對較低，但是保護周期較短，一般在5~10年左右。當水電站金屬結構設備的運行環境良好，檢修方便且對保護年限的實際要求不高時，可以選擇涂料保護法實現防腐處理。

在當前的水電站金屬結構設備防腐實踐中，常用的防腐涂料包括環氧樹脂涂料以及不銹鋼粉末。其中，環氧樹脂涂料擁有極強的物理機械性能以及金屬附著力，耐油性、耐化學藥品性相對較強，且具備極高的耐堿性。而不銹鋼粉末是最近今年興起的一種金屬防腐涂料，具有極強的不活潑性，特別是在高溫強蝕環境中的防護性極好[2]。

2.1.2 金屬熱噴法

使用電位高于待保護金屬結構的金屬鍍在結構表面，促使基本金屬轉變為微電池的陰極，以此達到對水電站金屬結構設備進行保護的效果，降低其腐蝕程度。同時，在金屬熱噴法的支持下，水電站金屬結構設備表面與外界環境隔絕，此時鍍上的金屬層也發揮出“保護層”的效果，也可以視為基于金屬保護層的涂料保護法。對于金屬熱噴法來說，其防腐蝕的效果更為明顯，且保護周期較長，一般可以達到15年以上。當水電站金屬結構設備運行于水下或干濕交替的惡劣環境中時，可以選擇金屬熱噴法實現防腐處理。

2.1.3 電化學法

在現階段的水電站金屬結構設備防腐處理實踐中，常用的電化學法包括犧牲陽極的陰極保護法以及外加電流法。其中，犧牲陽極的陰極保護法主要將待保護金屬轉變為陰極，引入電位更低的金屬，將其與被保護金屬相連且放入同一環境中，以此構建起原電池系統，實現對陰極的保護。該方法的成本更低、管理維護難度不高，但是保護周期較短，一般在10年左右。外加電流法與犧牲陽極的保護法原理具有一致性，區別在于使用高電位金屬與導線，利用導線連接待保護金屬與高電位金屬，促使待保護金屬轉變為陰極而受到保護。該方法的管理維護難度較大，但是保護周期更長。當水電站金屬結構設備長時間處于電解質液的環境中（如海水、工業污染嚴重的水域等）時，可以選擇電化學法實現防腐處理。

2.1.4 不銹鋼復合材料

不銹鋼復合材料的應用也能夠達到對水電站金屬結構設備展開防腐處理的效果，當前，最為常見的方法為玻璃鋼防腐。實踐中，主要利用玻璃鋼對水電站金屬結構設備進行包裹，形成保護層，促使金屬表面與介質分隔。由于玻璃鋼具有極強的耐腐蝕請，且可以實現對海水、工業污染的有效防護，因此整體防腐效果良好。但是，其成本相對較高，且容易與水電站金屬結構設備的表面貼合度偏低，因此并不適合在當前廣泛應用。當水電站金屬結構設備的檢修難度相對加較大（或是其中某一部位的檢修難度較大）時，依托不銹鋼復合材料的防腐處理更為適用。

2.2 水電站金屬結構設備的防腐處理要點

2.2.1 基體表面預處理

閘門、鎖錠裝置及其埋件表面預處理均需要使用噴砂除銹方法；在噴砂前，必須要對水電站金屬結構設備的表面展開脫脂凈化，仔細清除焊渣、飛濺等附著物，并清洗掉基體表面可見的油脂及其他污物；表面預處理后應用吸塵器或干燥、無油的壓縮空氣清除浮塵和碎屑，清理后的表面不得用手觸摸；涂裝前如發現表面被污染或返銹，應重新處理到原除銹等級。依托這樣的預處理，能夠促使防腐涂層與金屬結構表面之間的接觸更為牢固、貼合，達到提升水電站金屬結構設備防腐處理效果的目標。

2.2.2 熱噴涂施工

實踐中，需要重點把握的操作要點內容如下所示：噴涂用的壓縮空氣應清潔、干燥；壓力不得小于0.4Mpa；噴涂距離100mm~200mm；噴射角度盡可能與基體表面成直角，不得小于45°；噴槍移動速度應當穩定在一次噴涂操作厚度可以達到25m~80m的水平；各噴涂帶之間需要保留不低于三分之一的寬度重疊，厚度要盡可能保持均勻；噴涂時，各噴涂層之間的噴槍走向應相互垂直，交叉覆蓋；當涂層的表面溫度降到70°C以下時，再展開下一層的噴涂操作。

2.2.3 防腐檢查工作

在防腐檢查工作的落實中，一方面要根據所有信息的管理方法與建設依據，分析所有設施的防腐性能能否根據現有的管理工作方法和方案得到信息，另一方面要根據各類設施的當前建設方法與已經取得的處理結果，研究當前相關設施的處理成果，并且所有設施的專業化使用方法，對其進行選擇。比如對于熱噴涂處理工作中，要研究所有的處理工作方法、處理結果、處理工作信息的配置方法，研究當前的所有熱噴涂處理工作的取得結果，研究在當前的工程施工階段，所取得的各類信息能否正常運行。此外在所有器件的專業化使用過程中，必須要根據所有這類專業化設施的處理工作成果，研究是否真正按照專業化的技術使用工作方法、管理預案和處理工作體系，研究在目前的信息處理和信息分析過程中，能否完全按照現有的管理工作方案得到專業方案，以確保在目前的工作中，選用的設備質量可以符合標準。

2.2.4 日常檢查工作

在日常性的檢查工作落實中，要全面完成在目前的日常性檢查過程中，針對各類新型信息和數據的處理方法，從而全面按照日常性的管理工作方法、管理預案以及金屬材料的腐蝕參數，研究在目前的信息處理和信息的研究過程中，能否按照日常性的檢查工作方案，研究現有工程數據和工程項目的建設方案中，是否存在不正常的金屬材料腐蝕問題。此外在所有的日常性檢查工作中，需要完全按照現有的管理工作方法，得到各類專業性的處理結果，從而讓日常性的檢查工作結果必須要能夠跟蹤與驗證。此外在日常性的檢查工作中，要求派遣的檢查人員和工作數據中，都必須要完全順應現有的管理決策和工作方法，并且觀察到的腐蝕狀況都要經過準確記錄，之后把所有取得的管理數據都輸入到信息化系統中，按照這類數據分析是否有必要填補防銹層。

3 總結

綜上所述，依托腐蝕檢測，結合列表法、對比圖法、直方圖法對數據信息的處理與呈現，能夠明確水電站金屬結構設備的腐蝕現狀以及需要更換的構件設備。在不同的水電站金屬結構設備運行條件下，通過涂料保護法、金屬熱噴法、電化學法、不銹鋼復合材料的合理選用，提升了防腐處理的效率效果，推動了水電站金屬結構設備防腐蝕保護工作的升級。