南水北调中线干线工程建设管理局河南分局 河南郑州 450000
摘要：南水北调中线干线工程是一项跨流域、长距离的特大型调水工程，全线采用明渠自流、四季输水。南水北调中线干线一期工程运用了大量的水工金属结构，在长时间的运行中金属机构会随着时间的推移会出现一些腐蚀问题，在运行管理人员的日常维护中防腐蚀是一项重要工作。
关键字：南水北调 金属结构 防腐蚀
南水北调中线干线工程是一项跨流域、长距离的特大型调水工程，总干渠全长约1432km，担负着向北京、天津、石家庄、郑州等数十座城市输水的重大任务。自2014年12月12日南水北调中线干线全线正式通水以来，沿线各省市引江水量及受益人口日益增加，工程综合效益正在逐步发挥。南水北调中线工程沿线布置了许多水工金属结构设备，这些水工金属结构设备的正常运行是顺利进行输水的基础，也是南水北调运行管理的重点。而水工金属结构设备的防腐蚀又是水工金属结构管理的基础和重中之重。
金属结构永久设备所处的环境工况具有特殊性和复杂性，长期受到恶劣工况的考验和各种环境界介的侵蚀，有的处于干湿交替或高速含砂水流的冲击磨蚀环境，南水北调工程上的设备长期受大气紫外线爆嗮和酸雨的侵蚀等，还有部分设备投入运行后维修困难。如何采取有效的防腐蚀措施，保证施工质量，延长构件和设备的使用寿命，保障永久设备的安全运行极为重要，因为金属机构设备的安全运行直接影响到水利水电工程安全和社会经济效益的正常发挥。
1 金属在自然环境下的腐蚀原理
水利金属结构的主要原材料是钢铁，常温条件下钢铁的腐蚀本质上是电化学腐蚀，而不是简单的铁与氧直接氧化反应生成铁锈。
1.1 阳极过程
金属溶解，Fe失去电子，以离子的形式进入溶液，并把当量的电子留在金属上。
1.2 阴极过程
从阳极流过来的电子被电解质溶液中能够吸收电子的氧化性物质所接受，即溶解氧夺得电子后成为氧离子，再和水作用生成氢氧离子。
1.3 电流的流动
因为阳极过程和阴极过程是互不依赖的相对独立的过程，电流在阳极和阴极间的流动是这样来实现的：在金属中是多余的电子从阳极流向阴极，而在溶液中是依靠离子的迁移，即阳离子从阳极区向阴极区移动，阴离子从阴极区向阳极区移动，这样就使整个电池系统中的电路构成回路。阴极区的氢氧根离子与阳极区溶解的铁离子通过移动结合生成氢氧化铁，腐蚀产物干燥时，部分脱水,即：Fe（OH）3及脱水后的Fe2O3是红褐色铁锈的主要成分。
在腐蚀微电池中，金属的腐蚀破坏将集中地出现在阳极区，体现在阳极区铁离子的溶解，而在阴极区只起到传递电子的作用，不会发生任何金属损失。
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腐蚀电池工作时所包含的上述三个基本过程既是相互独立，又是紧密联系的。只要其中一个过程受到阻滞不能进行，则其他两个过程也将受到阻碍二不能进行，整个腐蚀电池的工作势必停止，金属的电化学腐蚀过程就停止了。
2 水工金属结构的防腐蚀保护措施及选择
有化学腐蚀原理可知，钢铁发生腐蚀必须具备三个条件：钢铁表面存在电位差、阴极与阳极间有良好的接触、阴极与阳极处在互相联通的电解质水中。
所有控制腐蚀的措施都是围绕着三个条件进行的。目前国内防腐蚀措施很多，各具不同的特点，有的造价昂贵，有的施工复杂等等。我国的水利金属结构的防腐蚀措施常用的有三类，即涂料保护、金属喷涂和涂料联合保护、电化学保护（以牺牲阳极类阴极保护为主）。
2.1 涂料保护
涂料保护是目前应用最为广泛的方法之一，它是将涂料装在金属结构的表面，形成保护层。把钢铁基体与电解质溶液、空气等隔绝开来，以避免产生腐蚀的条件。
这种方法选择范围广、品种多；施工简便，适应性强，涂料能涂装在各种复杂的表面上，同时也适应于钢铁以为的其他表面；性能良好的涂装配合以精良的施工工艺，可以获得良好的保护效果。目前，我国一些水利工程的涂料保护有效期可达六至八年，若与其他方法联合，效果更佳。
2.2 金属涂层和涂料联合保护
金属涂层保护主要是喷锌、喷铝或喷锌铝合金层等，现在工程均在金属涂层表面进行涂料保护，涂覆封闭层、中间层、面层等，实行联合保护，以增加保护寿命。
以喷锌为例，是通过一套专用设备将锌丝熔融病喷射到钢铁表面上，成为锌保护层，该涂层具有双重的保护作用，一方面像涂料那样起着覆盖作用，将基体与水、空气等腐蚀介质隔离开来；另一方面，当锌涂层有空隙或局部损坏，而腐蚀介质与基体接触时，锌涂层与基体构成腐蚀电池，钢铁基体为阴极，锌为阳极，腐蚀反应通过消耗阳极锌而使基体收到保护。
2.3 牺牲阳极类阴极保护
阴极保护是一种控制金属电化学腐蚀的保护方法，是基于电化学腐蚀原理的电化学保护方法。阴极保护方法通常科根据对被保护体提供电流的方式不同分为两种，即牺牲阳极阴极保护和外加电流法阴极保护。目前，主要应用在海水或淡海水交界处的水工金属结构上，且牺牲阳极类阴极保护联合涂料保护为主，外加电流法阴极保护由于水工金属结构的外型复杂，保护电流不容易达到均匀保护效果，很少应用。
结束语：
在水利水电工程中，有时同一金属结构的各个部位并不在同一腐蚀环境里工作，其各个部位的腐蚀情况也有所不同，应具体情况具体分析，本着节约等效的原则，对结构采取多种保护措施的联合防腐。
参考文献：
刘海斌：《水利闸门金属结构防腐处理》，《农村科技》，2010年09期
董克勤：《水利枢纽金属结构如何做好腐蚀工作分析》，《广东水利水电》，2009年09期
论文作者:郑强龙
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第05期
论文发表时间:2019/6/21
标签：阴极论文; 阳极论文; 金属结构论文; 南水北调论文; 金属论文; 水工论文; 涂料论文; 《城镇建设》2019年第05期论文;