沿海地区输电铁塔防腐蚀方法对比分析

沿海地区输电铁塔防腐蚀方法对比分析马承志;杨宏仓;余启育;梁位正;林岳凌 【摘要】提出了四个输电铁塔防腐蚀方案，考虑沿海地区的环境特征分别对其进 行了盐雾加速试验。实验结果表明，带锈涂料防腐方法和金属涂层+有机封闭涂层 防腐方法相对于常规的热镀锌方法均能有效缓解输电铁塔用钢铁材料在盐雾加速实 验中的腐蚀作用。同时实验结果也表明，带锈涂料防腐方法的防腐蚀效果略优于金 属涂层+有机封闭涂层防腐方法。%With considering environmental characteristics of coastal areas, four anticorrosion schemes were proposed for transmission tower in this paper. These schemes were tested by using salt spray corrosion chamber respectively. Experimental results showed that both of on rust paint scheme and metal + organic coating scheme can reduce the corrosion of steel material more effectively than that of the conventional scheme of hot galvanized. Also,the experimental results showed that on rust paint scheme has better anticorrosion effect than that of metal+organic coating scheme.【期刊名称】机电工程技术 【年(卷)，期】2014(000)012 【总页数】5页(P141-144,218) 【关键词】输电铁塔;防腐蚀方法;沿海地区;对比分析 【作者】马承志;杨宏仓;余启育;梁位正;林岳凌【作者单位】广东电网公司江门供电局，广东江门529000;江门市大光明电力设 备厂有限公司，广东江门529000;广东电网公司江门供电局，广东江门529000; 广东电网公司江门供电局，广东江门529000;江门市大光明电力设备厂有限公司， 广东江门529000【正文语种】中文【中图分类】TM75我国现有的输电塔大多采用钢结构，主要采用热镀锌方式作为其防腐蚀措施。在一 般大气环境中，现有的输电铁塔能正常服役多年，基本满足输电铁塔的运行要求。 然而，在沿海地区或者环境恶劣的工业区，其潮湿多盐的气象因素与严重的空气污 染等环境因素将会使输电铁塔的耐用年限明显缩短。这不但增加了相关部门的维护 工作量，而且情况严重时将有可能影响输电线路的正常运行，从而降低了输电系统 运行的可靠性。近年来，国内许多科研机构和电力部门对输电铁塔的腐蚀问题和防腐蚀技术、金属 的腐蚀和防护技术等相关方面上进行了许多调查和研究工作1-10。文献1 对大 气环境的各个腐蚀因素相关性进行了研究。文献2对钢结构的腐蚀因素以及相关 防护技术进行了分析。文献3-6 对输电铁塔以及输电铁塔的相关金属部件的腐蚀 和防护等相关问题进行了调查研究。文献7对输电铁塔的腐蚀问题采用有机涂料 的方法进行了防护设计，并对防护方法进行了分析和讨论。文献8采用电化学阻 抗谱评价方法对输电铁塔各种防护涂层配套性能进行了分析。文献9采用有限元 法对在役锈蚀输电铁塔的结构性能进行了分析和安全评定。文献10 结合地域的环 境特点，对特定地域输电铁塔的腐蚀问题以及防护方法进行了分析和讨论。在对现有金属防腐蚀方法进行分析的基础上，本文提出了四个输电铁塔防腐蚀方案。 结合沿海地区潮湿多盐的环境特点，本文对这四个方案分别进行了盐雾加速试验， 并从试样表面的宏观形貌、微观形貌、截面微观形貌以及电化学阻抗谱四个方面对 各个防腐蚀方案效果进行了分析和评价。由于海水的蒸发，沿海地区具有大气相对湿度大且盐分含量高的特点。当降水量大 或者湿度较大时容易使铁塔表面积水，并形成较厚的水膜，腐蚀速度会明显加快。 根据统计数据，广东沿海地区全年相对湿度在75%左右，其中广州、汕尾、阳江 等地相对湿度超过80%，各地的平均温度大多在21左右，日降水量平均200 mm左右。沿海地区作为我国改革开放的门户地区，其经济发展速度快，居民人口和工业密集 程度高。因此，该类地区的工业生产、城市交通和日常生活所造成的废气排放常常 使其面临着严重的空气污染问题。根据统计数据，近年来广东各地SO2的排放量 均在0.015 mg/m3以上，佛山地区的SO2排量在表中地区的排量最大，达到 0.04 mg/m3 以上。我国输电铁塔主材为16Mn，辅材为Q235，防腐蚀方式主要采用热镀锌方式。沿 海地区潮湿多盐的气象因素与工业发展造成的空气污染等环境因素容易加速输电铁 塔的腐蚀现象，从而明显缩短该类地区的输电铁塔的耐用年限。2.1金属防腐蚀方法现在金属防腐蚀的方法有很多，常用的主要有热镀锌、防腐涂料和阴极保护法三类。 热镀锌是将除锈后的金属构件表面镀上一层锌层，从而起到防腐蚀的目的。目前这 种方法的生产工业化程度较高、质量稳定，因而被大量应用于受大气腐蚀较严重且 不易维修的户夕卜金属构件中。防腐涂料方法是将非金属保护层有机和无机化合物涂覆在金属表面。常用的防腐涂 料有富锌涂料、带锈涂料、纳米涂料和含氟涂料等等。防腐涂料具有成本低、施工 工艺简单的特点，是金属防锈的主要手段之一。目前，90%以上钢构件采用的是 该类方法。阴极保护法可分为牺牲阳极保护方法和外加阴极电流保护方法。牺牲阳极保护法是 在被保护的金属设备上连接一种更易失去电子的金属或合金，例如用金属锌充当阳 极保护钢铁设备等。夕卜加电流阴极保护法是把要保护的金属设备作为阴极，另外用 不溶性电极作为辅助阳极，两者都放在电解质溶液里，接上外加直流电源。通电后， 大量电子被强制流向被保护的金属设备，使其表面产生负电荷的积累。当夕卜加足够 强的电压时，金属腐蚀而产生的原电池电流就不能被输送，从而达到了防腐蚀的目 的。2.2铁塔防腐蚀方案设计根据目前的金属防腐方法和沿海地区的气候环境特点，本文设计了以下四个输电铁 塔防腐蚀方案。各个方案简要介绍如下。方案一：金属涂层+有机封闭涂层体系该方案是通过简单的物理叠合或化学粘结将各具特点的单一涂层材料联为一体，形 成综合性能良好的多层涂层系统，具有良好的附着力、抗冲击性、柔韧性以及层间 的配套性和结合力，有使用寿命长等优点。本方案中选用的涂层体系为锌涂层（膜 厚150pm） +灰铝锌醇酸面漆（膜厚70pm）o 方案二：带锈涂料新型带锈涂料由改性环氧、特种固化剂、渗锈稳锈防锈剂、防锈颜料、功能性助剂 等组成的双组份化学反应型重防腐蚀涂料，具有涂层致密、附着力强、耐磨抗冲击 性能好、防腐性能优异等优点。该涂料可直接涂覆在具有一定腐蚀的钢铁表面，主 要用于海洋、潮差和浪溅区的钢结构件防腐。方案三：夕卜加电流阴极保护法本方案使用罗氏道普电子防锈器对输电铁塔用钢铁材料进行外加电流阴极保护法实 验。方案四：热镀锌方法 本方案的热镀锌层为65 pm,附着于输电铁塔用钢铁材料上。针对以上四个防腐蚀技术方案，本文分别进行了盐雾加速试验，并对各个实验结果 进行了宏观形貌评价和微观形貌评价。图1依次给出了四个方案的试样在盐雾加速试验前的照片。各方案的试样经过盐 雾加速实验960 h后表面形态如图2所示。从图2中可以清晰看出，经过盐雾加 速实验960 h后，方案1和方案2的试样表面涂层完好，无破损，有少数白色绣 点。同时也可以看到，方案3和方案4的实验已经完全被白锈覆盖，表明此时方 案3和方案4的防腐蚀措施已经完全失效。为了对以上防腐蚀方案的防腐蚀效果进行更细致的区分，本文进一步对这两个方案 试样进行了微观形态评价。图3给出了方案1试样涂层微观形貌随盐雾时间变化 照片，从中看出盐雾测试前，涂层较为平整，表面均匀分布直径10微米左右的小 孔。当盐雾实验进行2 000小时后，发生破裂现象，表明该方案所用的涂层已经 失去保护作用。图4给出了方案二微观形貌随盐雾时间变化照片。从中看出盐雾试验前后，角钢 涂层的表面平整，有少量微孔，无裂纹，无破损。经历2 000小时盐雾加速实验 后，涂层基本保持完好，仍然具有保护作用。图5和图6分别给出了方案3和方案4微观形貌随盐雾时间变化照片。方案3和 方案4的试样同样都是角钢表面热镀锌，但是前者连接罗氏道普电子防锈器进行 了外加电流阴极保护措施，后者直接放入盐雾箱。从中可以看出，两个试样表面热 镀锌均为鳞片状分布，鳞片尺寸从几十微米到几百微米不等。经盐雾加速实验 150小时后，试样表面均出现白锈，即镀锌层发生腐蚀产生的白色物质。两张实 验照片中的腐蚀产物均为松散的堆积状态，表明经过盐雾加速实验150小时后热 镀锌防护已经被严重腐蚀。通过以上实验结果及其分析可以看出，本文所提出的四种防腐蚀方案中，方案1 和方案2 （新型带锈涂料和金属涂层+有机封闭涂层）相对于常规的铁塔防腐蚀方 案3（热镀锌方法）均能有效减缓输电铁塔的腐蚀作用，对输电铁塔进行有效的防 腐蚀保护。方案4（外加电流的阴极保护方法）和方案3的防腐蚀效果较为接近。 以下针对方案1和方案2的防腐蚀效果做进一步的实验分析。图7和图8分别是方案1试样和方案2试样涂层截面显微镜照片。图7中左侧有 大量颗粒状区域为基底，右侧白色箭头所对的带状区域为涂层。盐雾加速实验前， 涂层厚度约为100微米左右，涂层与基底之间结合较为紧密，间隙很小。经过2 000小时盐雾加速实验测试后，涂层的厚度略有增加，涂层与基底之间出现明显 的裂缝，这对于涂层的结合力产生不利影响，将导致结合力下降。图8中左侧有 大量颗粒状区域为基底，右侧白色箭头所对的带状区域为涂层。盐雾加速实验前， 涂层厚度约为100微米左右，涂层与基底之间结合较为紧密，间隙很小。经过2 000小时盐雾加速实验测试后，涂层的厚度略有增加，涂层与基底之间出现明显 的裂缝，现象与方案1相似，这将导致涂层结合力下降。试样涂层截面显微镜照 片显示方案1和方案2的试样经过2 000小时盐雾加速试验后涂层结合力均有所 下降。图9和图10给出了方案1和方案2的电化学阻抗谱图。可知，方案2的初始电 化学阻抗值略大于方案1的初始电化学阻抗值，都接近108 Qcm2,其阻抗谱图 响应均呈现单容抗弧，仅出现一个时间常数，说明两个方案的涂层均具有较好的屏 蔽作用，能对试样金属起到较好的保护作用。随着在盐雾环境中时间的延长，容抗 弧半径逐渐减小，阻抗值逐渐降低，这说明涂层的防护性能逐渐降低，腐蚀介质通 过微孔、缝隙不断向涂层内部渗透，但是两种防腐蚀方案仍能避免电解质溶液与金 属基体直接接触。这与腐蚀形貌评价一致。同时也可从阻抗图谱看到，经过2 000 小时的盐雾加速实验后，方案1阻抗降低至略小于2.5x107 Qcm2,方案2阻抗 降低至略大于2.5x 107 Qcm2，表明方案2的防腐蚀效果稍优于方案1。本文在对现有金属防腐蚀方法进行分析的基础上，结合沿海地区的环境特征提出了 四个输电铁塔防腐蚀方案，并分别对其进行了盐雾加速试验。通过对各个方案实验 结果进行表面宏观形貌、表面微观形貌、截面微观形貌以及电化学阻抗谱的评价和 对比，可以看出文中所提出的带锈涂料防腐方法和金属涂层+有机封闭涂层防腐方 法相对于常规的热镀锌方法均能有效缓解输电铁塔用钢铁材料在盐雾加速实验中的 腐蚀作用。同时实验分析结果也表明带锈涂料防腐方法的防腐蚀效果略优于金属涂 层+有机封闭涂层防腐方法。【相关文献】1 屈祖玉，董玉兰，李长荣，等.大气环境腐蚀性因素的相关性J.北京科技大学学报，1999 ( 06 ): 552-555.2 王彩华，吴剑锋，张丽娜.钢结构的腐蚀与防护J.建材技术与应用，2009 (02 ):17-19.3陈军君，胡加瑞，谢亿，等.典型工业区输电线路金具腐蚀失效分析J.腐蚀科学与防护技 术，2013 ( 06 ): 508-513.4 刘纯，陈军君，陈红冬，等.输电铁塔的腐蚀特性和防护J .湖南电力，2012 (03 ): 2426,42.5陈云，强春媚，王国刚，等.输电铁塔的腐蚀与防护J.电力建设，2010 ( 08 ): 55-58.6 陈彤，谈天，洪毅成，等.输电网镀锌金属部件的腐蚀与防护J.中国电力，2013 (11): 1-7.7 陈耀财，安贞基.输电铁塔腐蚀分析与有机涂料防护设计J .现代涂料与涂装，2010(10): 23-27.8陈云，药宁娜，陈新，等.电化学阻抗谱评价输电铁塔防护涂层配套性能J .腐蚀与防护， 2011(09):735-741.9陈露，徐善华，孔正义，等.输电塔腐蚀安全评定的有限元分析J.钢结构，2010(6): 76-78 , 10.10樊雄伟，彭泉光广西输电铁塔腐蚀防现状调查与防治建议J广西电力，2012 (04): 64-66.