摘要：金属结构设备是水电站重要的组成部分，水电站的特殊性决定了金属结构设备长期在恶劣的环境下工作。水电站的金属结构设备长期处于水下或是干湿交替的环境中，饱受水质、阳光、水生物、大气的侵蚀。另外，还有泥沙、各种漂浮物等对它们的冲击摩擦。金属结构设备在受到这些物理化学生物的共同作用下很容易发生腐蚀，存在着较大的隐患，这很可能会诱发安全事故。因此，如何有效的检测这些设备的腐蚀情况并及时进行防腐保护对水电站安全运行和发挥经济效益有着重要作用。本文就水电站金属结构设备的腐蚀检测方法和如何防腐作了探讨。
关键词：水电站；金属结构；防腐技术
1、水电站金属结构设备概述
金属结构设备是水电站的重要组成部分，泛指应用于水电站的各种永久性钢结构和机械设备，其中最基本的应用是钢闸门、启闭设备、压力钢管、拦污栅等。它直接关系到水电站的安全运行及检修的便利。
2、腐蚀类型及危害
2.1金属结构设备的腐蚀从形态上通常分为全面腐蚀和局部腐蚀。
2.1.1全面腐蚀是指金属表面大面积的发生化学或电化学反应使其表面形态发生变化的现象，它是由于金属结构常年处于水下或潮湿的环境中而引起的金属表面形态的变化。金属的化学腐蚀是由于金属与外部介质直接接触发生化学反应而引起的腐蚀；电化学腐蚀则是金属与电解质溶液接触时，发生原电池反应引起的腐蚀。由于金属表面不光滑或含有杂质导致在局部形成了很多大小不一的原电池，电位较低于铁失去电子造成钢铁腐蚀。特别是对于电导率较高和酸碱较强的水体中，这类腐蚀很容易发生，这也是电站金属结构设备的主要腐蚀方式。
2.2.2局部腐蚀是由于金属结构不同部位腐蚀的速率不同而导致的化学现象，典型的局部腐蚀包括坑蚀、缝隙腐蚀、生物腐蚀、水线腐蚀、焊缝腐蚀、冲蚀、电偶腐蚀、气蚀等。
2.2金属结构设备往往在复杂的环境下工作，受到多种形式的腐蚀，会引起局部应力提高，导致结构强度和刚度降低，使其承载力明显不足，影响正常使用，严重的还会导致安全事故发生。
3、腐蚀检测方法
根据SL101-2014《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》第4.3.2条规定，一般金属结构腐蚀检测内容包括腐蚀部位及分布、腐蚀面积百分比、腐蚀结构的蚀余截面尺寸、蚀坑部位及尺寸。目前，最常用的水电站金属结构腐蚀检测方法有超声波测厚、锈蚀深度测量法、腐蚀曲线法、橡皮泥法、割取试件法和照片法。
3.1超声波测厚法是测量钢板蚀余厚度的一种无损检测方法，可用于较大蚀坑的蚀余厚度的测量，超声波测厚的优点是能直接测量无缝钢管的壁厚，测量精度可达0.01mm。用超声波测厚仪测量蚀余厚度时，如果探头处放置面上涂有涂层则测出的蚀余厚度减去2倍的涂层厚度。
3.2锈蚀深度测量法是直接量出锈坑的深度，其特点是比较直观，能够测出腐蚀速率，精度为0.05mm。
3.3腐蚀曲线法能描述钢板表面腐蚀类型及状态，它一般作为辅助手段配合其他手段共同使用，能够直观地测出典型的蚀坑。
3.4橡皮泥法、割取试件法和照片法是描述腐蚀类型、状态和程度的最直观和常用的几种方法。
4、表面预处理
钢结构表面预处理是影响防腐效果的重要因素。常用的处理方法包括手工和动力工具除锈，喷射或抛射除锈。按照水工金属结构防腐蚀规范SL105—2007应以喷（抛）射处理为主。水电站钢结构防腐的表面预处理，可视具体情况选择，一般要求达到Sa2～Sa3级。
5、防腐蚀保护
水电站金属结构设备防腐蚀方法通常采用涂料保护和金属喷镀保护。
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5.1涂料保护
将涂料涂装在钢结构表面形成保护层，把钢铁基体与水和空气隔离开，以杜绝在钢结构表面腐蚀微电池的形成。性能优良的涂料，配以严格施工工艺，可以获得良好的防腐保护效果。
防腐涂层应当由与基体附着良好的底漆和具有耐候、耐水性的面漆组成，中间漆宜选用能增加与底面漆之间结合力且有一定耐蚀性能的涂料。一般对经常处于半浸没状态的钢结构，宜选用具有良好耐候性和耐干湿交替的防腐涂层；对经常处于浸水或潮湿状态的钢结构，宜选用具有良好耐水性和耐蚀性的防腐涂层。压力钢管内壁的涂料宜选用耐水性和耐磨性良好的重防腐涂料。
5.2金属喷镀保护
金属喷镀是利用高温热源，通过专用喷枪，将金属材料加热到熔融或近于熔融状态，以高速喷射到钢结构表面形成防护层。用于水电站钢结构防腐保护的喷镀材料大多是喷铝和喷锌。
5.2.1锌镀层的防腐原理
在水电站钢结构表面喷镀锌层，通过镀层的两个作用使钢结构得到防腐保护。一个作用是锌镀层像涂料涂层那样，将钢结构与水隔离开；另一个作用是当镀层有孔隙或局部损坏时，钢结构基体与水接触，镀层与钢结构基体之间构成腐蚀电池，由于锌的电极电位低于铁的电极电位值，锌镀层为阳极，钢结构为阴极，以镀层腐蚀溶解产生保护电流，使作为阴极的钢结构得到保护。
5.2.2金属喷镀技术原理
根据金属热喷镀所用的热源，喷镀包括燃气喷镀和电喷镀。
水电站钢结构的喷镀采用燃气喷镀方法（电弧喷镀亦开始应用）。理论上要求喷嘴轴线应与结构面呈垂直状态，喷嘴从中心沿半径方向分为3层。中心为喷镀时通过锌材的孔道，用机械传动滚轮将材料以一定速度送入火焰区；距中心孔的第二层各个小孔道是为提供燃料用的，燃料中各部分以一定比例混合，以适当压力进入燃烧区；最外层孔道为通入压缩空气用，压缩空气将熔融状的锌破碎雾化，并以较高的速度喷射到预先经过处理的钢结构面上，形成一层锌镀层。
5.2.3喷镀操作
为了使镀层与钢结构基体有较高的结合力，喷镀时要严格控制喷镀技术参数和工艺要求。
（1）结构表面必须经过喷射或抛射处理，表面清洁度达到Sa3级，粗糙度Ry值为60～100μm。
（2）所选用的锌丝应光洁，无锈，无油污，无折痕，含锌量大于99.99%。
（3）氧气纯度为98.5%以上，乙炔气的纯度应尽量高一些。
（4）压缩空气必须经过过滤和进行气水分离，以保证清洁，干燥。
（5）考虑到水电站钢结构体积较大，结构形状比较复杂，喷镀时喷枪与结构面的垂直距离一般在15～20cm。喷镀角度（喷束中心线与结构面垂线的夹角）以25°为宜。
（6）镀层厚度一般控制在200～300μm之间，以保证其抗渗性能。这样厚度的镀层，必须分两次进行喷镀，防止一次完成镀层过厚，在冷却过程中产生较大的收缩力而卷起脱皮。第一次完成70%～80%，第二次完成20%～30%，两层之间的间隔一般以30min左右为宜。
6、结束语
在对水电站金属结构设备的安全检测和常规维护中，必须要对其腐蚀情况进行科学检测。根据不同的腐蚀状况，制定最佳的防腐方法，尽量延长电站金属结构设备的使用寿命，为水电站的安全平稳运行提供保障。
参考文献：
[1]DL/T709-1999.压力钢管安全检测技术规程[M].北京：中国电力出版社，2000：6.
[2]SL101-2014.水工闸门和启闭机安全检测技术规程[M].北京：中国水利水电出版社，2014：4.
[3]SL105—2007.水工金属结构防腐蚀规范[M].北京：中国水利水电出版社，2007：11.
论文作者:王延生
论文发表刊物:《基层建设》2018年第3期
论文发表时间:2018/5/18
标签：水电站论文; 钢结构论文; 镀层论文; 金属结构论文; 设备论文; 表面论文; 基体论文; 《基层建设》2018年第3期论文;