南方电网地区输电杆塔大气腐蚀等级评估及腐蚀行为研究—广西壮族自治区和贵州省

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随着中国经济的高速发展,电力供应日益繁忙,输电杆塔用量激增。南方电网所处地区环境复杂,且多为高温潮湿和海洋环境,长期服役于此自然环境中的输电杆塔会遭遇各种腐蚀破坏,严重影响电力输送的安全。遗憾的是,目前非常缺乏对南方电网区域输电杆塔在不同环境下的腐蚀行为及不同地区大气腐蚀等级评估的研究,无法为设备设施的寿命设计与维护提供有效的技术支持和参考依据,从而影响到输电网络的可靠性和耐久性。因此,本文具体针对南方电网所辖广西、贵州两省区的输电杆塔的大气腐蚀等级、大气腐蚀规律与机理、镀锌层/有机涂层优化防腐体系开展研究。首先,以Q235钢为研究对象,按照沿海、工业污染、城市(人口密集型)、农村(无工业污染)四种典型环境为挂片点选择标准,在广西壮族自治区和贵州省共选取了5个特征地区进行现场暴露试验,在半年和一年的时间节点上回收试样,计算腐蚀速率,进行大气腐蚀等级评估,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM-EDS)等方法对不同地区腐蚀产物的成分与形貌进行了分析。然后,设计了以0.3 wt.%NaCl+0.01 mol/L Na2SO3为喷雾介质的模拟海岸-工业大气的盐雾加速腐蚀试验,详细研究了Q235、Q420、SQ420NH和镀锌钢四种输电杆塔材料的腐蚀动力学规律及腐蚀产物成分和形貌随喷雾时间的演变。同时,为了及时了解实际杆塔的腐蚀状况,对广西钦州的两个废旧杆塔进行了检查与分析,找出了废旧杆塔腐蚀加速的原因。最后,选取不同厚度的镀锌层、Zn5Al合金镀层及3个厂家的有机涂层,采用盐雾试验评估了镀锌层和有机涂层的耐蚀性能,为南方电网提供了优化的防腐配套体系。Q235钢的现场暴露试验结果表明,广西壮族自治区3个城市的年平均腐蚀速率在159.48318.64 g/(m2·a)之间,其中南宁市的大气腐蚀程度为C2级(轻微污染程度),北海市和柳州市的大气腐蚀程度均为C3级(中度污染程度)。贵州省2个城市的年平均腐蚀速率在247.97318.13 g/(m2·a)之间,其中贵阳市和遵义市的大气腐蚀程度均为C3级(中度污染程度)。在北海距离海岸线超过2 km时,海洋环境中Cl-对内陆大气腐蚀的影响基本可以忽略;其他4个城市(南宁、柳州、贵阳、遵义)的腐蚀速率与离污染源点距离呈现指数函数递减规律。各地区的腐蚀产物主要为?-FeOOH和?-FeOOH。当环境污染较严重时,偏向于形成疏松多孔的花片状?-FeOOH;当环境污染较轻时,则偏向于形成结构致密的花状或片状?-FeOOH。?-FeOOH受环境因素影响,表现为棉絮状或球状,但一直为致密结构。腐蚀产物类型受环境因素影响较小,而产物形貌受环境因素影响较大。室内模拟加速腐蚀试验结果表明,腐蚀前期,Q235、Q420和SQ420NH三者均不耐蚀;腐蚀后期,SQ420NH耐蚀性优于Q235和Q420,Q235和Q420则没有明显差别。整个腐蚀过程中,Q235、Q420和SQ420NH的腐蚀产物主要为?-FeOOH,?-FeOOH,Fe3O4和?-FeOOH,随腐蚀时间延长,?-FeOOH逐渐向稳定的?-FeOOH转变。Q235和Q420前期表面疏松多孔,后期逐渐减少。SQ420NH前期形貌与Q235和Q420相似,但后期更为致密,表现出耐候特性。镀锌钢的腐蚀速率始终远远小于上述三种碳钢,表面腐蚀产物一直为ZnO、Zn(OH)2、Zn5(OH)8Cl2·H2O和Zn4SO4(OH)6·5H2O,腐蚀产物形貌由针状逐渐向密集粗大的叶片状转变,锈层更致密,因此耐蚀性能更好。废旧杆塔腐蚀加速原因分析表明,该杆塔周边存在工业园区、冶金厂,排放的大量工业废气、烟气和灰尘中含有高浓度的SO2和其他悬浮盐类等。SO2易溶于水,生成亚硫酸,使热镀锌层发生电化学腐蚀;其他悬浮盐类则有助于表面形成潮湿环境,加速腐蚀。表面腐蚀产物形貌不致密,呈疏松多孔状,为腐蚀介质的进入提供了条件,这是造成杆塔表面热浸镀锌层在工业大气环境下保护效果差的根本原因。镀锌层和有机涂层的耐腐蚀性能评估结果表明,Zn5Al合金镀层(7.3?m)比镀锌层(80?m、100?m)在单位镀层厚度上具有更好的耐蚀性能,但由于合金镀层太薄,耐盐雾腐蚀时间明显缩短,其推广使用有较大局限。考虑到80?m镀锌层远比100?m的耐蚀性更差,建议实际应用中选用100?m的镀锌钢。涂层中性盐雾4000 h及划痕盐雾1000 h的试验结果表明,以镀锌钢为基材的最优涂层配套体系为厦门双瑞涂料体系(725-H06-19环氧锌黄底漆+725-H53-86环氧云铁防锈漆+725-BS52-60脂肪族聚氨酯面漆或者725-H53-81环氧云铁防锈漆+725-H53-81环氧云铁防锈漆+725-BS43-91可复涂聚氨酯面漆),以Q235钢为基材的最优涂层配套体系为广州佐敦涂料体系(改性环氧底漆2道+聚氨酯面漆1道)。
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