干燥空气除湿方法在悬索桥主缆防腐中的应用

牛小龙 杨奉举

（中铁大桥勘测设计院集团有限公司 武汉 430050）

1 主缆防腐技术发展概况

悬索桥主缆作为悬索桥的主要受力构件之一，被称为悬索桥的生命线，且为不可更换构件，因此，如何保证主缆结构的耐久性至关重要。

传统的主缆防护系统（即所谓的Roebling系统）是在主缆的表面敷涂一层防护腻子如红丹或锌粉膏，外面用圆形的镀锌软钢丝缠包，再在缠绕钢丝的外表面进行防腐涂装，见图1。1883年美国建成的布鲁克林（Brooklyn）大桥（主跨486 m）就是采用这种防护体系的典型实例。

图1 传统的主缆防腐体系

这种传统的主缆防护体系，实际上是通过对主缆外层进行密封包裹来防止水分侵入其内部以达到防腐蚀目的，在20个世纪建造的绝大多数悬索桥都采用这种主缆防护体系。近年来国外的研究表明，该防护体系的防护效果并不理想，这种主缆防护技术只能减缓防腐速度，而不能彻底阻止腐蚀，而采用此体系的较老的悬索桥尽管有腐蚀问题却仍然能够使用，主要是因为悬索桥主缆设计时具有较高的安全系数，可以承受一定程度的钢丝腐蚀所引起的主缆承载力下降［1－2］。

从90年代初日本开始进行主缆除湿系统的研究，通过罗茨鼓风机将干燥空气送入主缆，降低主缆内空气相对湿度，有效地阻止了主缆钢丝腐蚀。这种主缆除湿系统彻底阻止了主缆钢丝的腐蚀，提高了主缆钢丝的使用寿命，进而提高了全桥的使用寿命。我国的润扬大桥主缆防护首先引进使用了这种除湿防腐系统，在此后开建的我国多座大跨度悬索桥也采用了这种系统。

2 干燥空气除湿方法防腐系统工作原理及设备

主缆除湿系统的目的是降低主缆内部的相对湿度，干燥空气除湿方法就是将除湿设备产生的干燥洁净空气送入主缆，通过送入空气和主缆内空气的气压差，使干空气在主缆内流动，降低主缆内空气湿度。日本对不同含盐量空气临界湿度的试验结果表明，开始发生锈蚀的临界相对湿度是60%，当主缆内部的相对湿度低于时60%，主缆钢丝就可免遭锈蚀。而通过向主缆内部通干燥空气，就可使主缆内部的相对湿度保持在这一临界值之下，从根本上解决了主缆内部积水及湿空气难以排出的问题。

常见的除湿方式可分为冷却除湿、压缩除湿和化学除湿3种［3］，化学除湿方式可分为吸附剂间歇型（塔式）、液体型吸收剂、回转型干式蜂窝状转轮除湿（转轮除湿机即属此类）。转轮除湿机的主体结构为一不断转动的蜂窝状干燥转轮，是除湿机中吸收水分的关键部件，它是由特殊复合耐热材料制成的波纹状介质所构成，波纹状介质中载有吸湿剂（高分子硅胶）。干燥转轮由具有高度密封性能的材料制成的隔板分成2个扇形区，一个为处理湿空气端的的扇形区域，另一个为再生空气端的扇形区域（再生扇区中一部分为热回收区），使得转轮在局部进行除湿的过程中另一部分同时得到再生。当待处理的潮湿空气进入转轮扇形区域时，空气中水分被转轮内的吸湿剂吸收，干燥后的空气则通过处理风机送至干空气出口；再生空气中一部分经过电加热后送往转轮的再生侧，另一部分进入热回收扇面经预热后一起进入转轮再生区扇面，这样利用了余热、降低了能耗。再生后的湿空气排出，转轮除湿工作过程见图2。

图2 转轮吸附除湿

除湿设备系统的组成包括净化过滤装置、除湿机、鼓风机和后冷却系统。外部空气在过滤装置中除去颗粒后被送入转轮除湿机进行除湿，用罗茨鼓风机加压到10～220 k Pa，然后通过后冷却器冷却到60℃以下，再通过集气箱将动压空气稳定为静压，最后通过管道分流送入每一个送气索夹。主缆除湿系统送气处理过程见图3。

图3 主缆除湿系统送气处理过程

3 除湿系统设计主要因素与安装方法

3.1 系统设计时需要考虑的主要因素

（1）主缆内部条件。主缆内部潮湿空气一般由2种原因造成：主缆架设过程中雨水和水气的进入；除湿系统运转对主缆内的空气进行干燥时，外部新进入的湿气。主缆内不同位置的湿度及产生的条件不同，干燥速度变化很大，因此送入干空气的流量和时间应根据主缆内的湿度条件设定。

（2）主缆内气流。主缆由索股、索夹和防护系统等组成，结构上很难让主缆达到完全气密，干燥空气在主缆内部通过，会从局部泄漏。主缆内的干燥速度会随着主缆内气流总量的变化而变化，主缆内的气流量需要通过分析来确定。

（3）吸入空气条件。桥梁周围的空气被吸入除湿机，干燥后送入主缆。大桥所处地理位置不同，桥址处的空气含盐量、温度和湿度也不同，这些含盐量、温度、湿度等条件对除湿机输出的空气条件影响很大，因此空气条件因素必须在设计中考虑。

3.2 主缆除湿系统的安装方法

主缆除湿送气设备一般可安装在2主塔上横梁上（内）和中跨跨中附近节段钢箱梁内，这样布置使得每个除湿送气设备的送气距离相对均等。其中中跨跨中附近节段钢箱梁内送气设备应在钢箱梁厂内制作时安装完成，2主塔上横梁上的送气设备在上横梁施工完成后可借助塔吊吊至上横梁安装。对于主缆上的送气管道，通常为聚乙烯管（PE管），管道在主缆索股牵引完成后可利用索股牵引系统牵引到位后临时展放于猫道，待安装主缆检修道扶手绳后，再提升管道固定至扶手绳（固定可用螺旋钢丝或不锈钢扎带），管道在牵引过程中和猫道上展放期间一定要注意保护，防止损伤。待送气管道就位后再与送气索夹处短配管连接，短配管另一端连接到到预先安装的送气索夹，最后安装温湿度计、流量计、压力计、控制阀、安全阀、电力及监测线缆。所有的安装和配管连接完成后，可进行整个系统的送气试验与调试。

4 实例介绍

南京长江第四大桥主桥桥型为双塔3跨悬索桥，主跨为1 418 m，其跨径布置为166 m＋410.2 m＋1 418 m＋363.4 m＋118.4 m＝2 476 m。主缆除湿系统由干燥空气制备机房（简称送气站）、送气管道与阀门、主缆送（排）气索夹以及电气控制系统等组成。系统设计考虑采用蜂窝式转轮除湿机系统，适合于本桥址环境下运行使用。

主缆除湿防腐系统设计参考了日本长大公司和瑞典蒙特公司的技术，将两者结合形成了比较有特色的设计方案，主要特点是采用了送气站和集气箱。总体设计方案为3个送气站，分别位于主塔上横梁上和跨中M01号钢箱梁段内，送气站内布置了转轮除湿机、高压风机、过滤器、空调室内机、控制仪表。按照不同送气量要求，塔顶送气站采用了ML690E型（额定处理风量690 m3／h）转轮除湿机，钢箱梁送气站采用了ML420E（额定处理风量420 m3／h）型转轮除湿机。送气站出口空气进入集气箱进行分配，送至进气索夹处的空气指标要力争满足如下要求：Q≥90 m3／h，t≤40℃，RH≤40%，H14级净化，2 000 Pa≤p＜3 000 Pa等。主缆除湿系统的布置见图4。目前这一系统已基本安装完成，即将进行系统调试和试运行，系统的建成及运行将为以后建设的同类桥梁提供经验与建议。

图4 南京长江四桥主缆除湿系统布置

5 结语

我国是当今世界上悬索桥发展最快的国家之一，目前我国已经建成的特大跨径悬索桥有江阴大桥、润扬大桥、珠江黄埔大桥、四渡河大桥、阳逻长江大桥、舟山西猴门大桥、贵州坝陵河大桥、矮寨大桥、泰州大桥和南京长江第四大桥，在建的有鹦鹉洲长江大桥和马鞍山长江大桥。在我国，桥梁结构的耐久性已越来越多地受到业主和设计者的关注与重视。传统的悬索桥主缆防腐涂装体系主要采用“防腐腻子＋缠绕钢丝＋外防护涂层”的防护结构，这种体系虽然短期内有效，但不能彻底解决主缆腐蚀问题。主缆干燥空气除湿防腐系统是悬索桥主缆钢丝防腐新技术，近年来已被引进应用于我国数座大跨径悬索桥中。除湿防腐系统相对于传统防护系统的主要优点有：可完全阻止腐蚀发生，可对系统运行状况进行实时监测，后期更新维护工作量小。基于以上特点，相信将来会有更多的桥梁业主采用这种主缆防腐新技术。

［1］ 叶觉明，欧阳恺.悬索桥主缆防腐技术应用和探讨［J］.腐蚀与防护，2004，25（12）：529－531，534.

［2］ 杨 宁.大跨悬索桥的主缆除湿防腐系统［D］.上海：同济大学，2006.

［3］ 叶觉明，龚志刚.用干燥空气除湿方法防止主缆腐蚀［J］.世界桥梁，2010（1）：66－71.