谈某水电站泄洪洞钢闸门腐蚀原因分析及处理

赵 亮

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆乌鲁木齐 830000)

1 概述

随着我国水利事业的快速发展，水电站及相关水利设施迅速增加，这些水工建筑物大多为钢结构。如某水电站金属结构部分共设置孔口41个，其中平板闸门13扇，弧形闸门3扇，拦污栅8扇，启闭机设备15台，其中固定卷扬式启闭机4台，液压启闭机4台，单向门机1台，双向门机1台。各类闸门及拦污栅总重1 130 t，铸铁配重40 t，埋件总重约1 809 t，各种启闭设备总重约1 455 t，闸门及埋件喷金属防腐面积约25 000 m2。不同的设备在工程中承担着不同的作用，如表孔弧形闸门用于水库的正常泄洪及向下游排泄污物、深孔弧形闸门承担汛期泄洪及调节下游用水的需求。

该电站自2004年运行以来，各水工钢闸门未出现任何事故，能够很好的完成夏季防汛及冬季防冰凌工作，并能够保证电站正常发电，其中泄洪闸门运行频率较高，每年平均约70次，未出现误操作事故，但在日常的检修维护工作中发现，弧形钢闸门的侧护板及底护板出现不同程度的锈蚀情况。2010年9月我单位委托水利部水工金属结构质量检验测试中心为钢闸门及启闭机进行了安全检测，检测报告结果表明各钢闸门均出现不同程度的锈蚀，其中某泄洪洞部分腐蚀检测情况如表1所示。

表1 泄洪洞工作闸门腐蚀情况

2 钢闸门锈蚀原因分析

因为本钢闸门是深孔弧形钢闸门，部分浸没在水中，部分长期暴露于大气环境中，在长期的运行过程中，闸门不同部位受到不同程度的腐蚀，腐蚀影响因素是不一样的。影响钢闸门锈蚀的原因有很多，如环境因素、安装处理、运行管理等因素，下面就影响钢闸门锈蚀的因素进行简要分析。

2.1 大气环境因素

大气环境中发生腐蚀的影响因素包括环境因素，其主要包括环境温度和环境相对湿度。一般来说，环境温度越高，空气中的紫外线越多，对闸门表面涂层的影响越大，时间长了容易造成闸门表面涂层粉化脱落。该闸门所处位置属于高海拔区域，海拔接近1 000左右，全年雨水丰润，降雨主要集中在6月～8月，全年平均温度在10℃左右，阳光直射较强，对涂层防护寿命有较大影响，在这次检测中就发现闸门局部出现了点状剥落。

空气中的相对湿度也是影响钢闸门锈蚀的重要因素，一般来说，空气中的相对湿度在60%以下时，钢材的腐蚀是很轻微的，但相对湿度增加到临界湿度70%以上时，钢材的腐蚀速度会显著升高。对于带涂层的钢结构来说，空气相对湿度大时，水分子、氧气通过涂层中的孔隙渗透到钢材表面后容易形成导电水膜，在钢结构表面形成腐蚀产物后，发生体积膨胀把钢结构表面涂层胀掉后形成腐蚀源。对该泄洪洞闸门来说，虽然所处位置空气中相对湿度40%都超过临界湿度，但在结构表面喷涂的锌金属涂层，能够提供保护作用，结构表面尚未出现锈蚀状态。

2.2 水质对闸门造成的锈蚀影响

水体水质也是影响钢闸门锈蚀的重要原因之一。一般来说，水体中影响钢结构腐蚀的水质参数主要有pH值、氯化物、硫酸盐、电导率等。通过对水质的监测得出以下数据如表2，表3所示。

表2 闸门上游水质

表3 闸门下游水质

从表中可以看出，硫酸盐、氯化物含量均处于较低水平，pH为7.9说明水体呈弱碱性，钢结构在此种水体里面腐蚀速度相对较慢，对材料腐蚀影响不是很大。此外，该水电站河流含沙量较小(有没有数据)，对闸门形成冲刷磨蚀的影响较小。这从检测钢闸门时表面未发现明显变化可以得到验证。

2.3 运行管理对闸门锈蚀的影响

闸门的运行管理是影响闸门腐蚀的重要因素。每次洪水来时带来大量的竹、木、稻草等漂浮物，如不及时清理，很容易造成闸门的卡阻、阻塞，导致闸门长期漏水进而造成闸门腐蚀。闸门泄洪时候上下游水位差形成了压力场和速度场，具有一定的压力分布和速度分布，很容易对门槽、门体及其附近的边墙或底板上造成冲刷腐蚀及空蚀，轻则出现海绵状麻点、蜂窝，重则导致门槽下游或门体本身大面积破坏，直接威胁水工建筑物的安全运行。该闸门每年运行频次较高，泄洪时候水位差控制在1 m～3 m，空蚀对闸门底缘锈蚀影响较大，在这次检查过程中即发现底缘有很明显的锈蚀出现。

3 闸门锈蚀处理方案

该泄洪洞闸门初始防腐蚀设计方案是喷锌加涂料复合保护。这次检测结果显示除了闸门底缘锈蚀情况较重外，其余部位无明显腐蚀，因此本次闸门锈蚀处理主要针对底缘位置。

3.1 具体步骤

关于水工钢闸门除锈在10月天气相较于往年较寒冷，大致4℃～15℃，在处理闸门锈蚀过程中发电并未停止水位持续降低但降幅并不是很大，在过程中将事故闸门投入运行，具体方案如下:由于对闸门底护板及侧护板做全面的防腐处理，由于泄洪洞较高需搭设脚手架，将脚手架搭设好后，用磨光机对侧护板及底护板做全面打磨处理，再次将锌丝在高温火焰中熔化。用压缩空气将熔化了的锌吹成雾状微粒，这雾状微粒在高速喷射过程中受空气冷却，而处于半融状态，堆积到结构表面后，立即变形收缩，紧紧地嵌附在经过除锈、有一定粗糙度的钢结构表面上，形成镀层。防腐蚀涂层施工采用喷涂，防腐要求锌丝，160 μm;环氧云铁，80 μm;环氧富锌，60 μm;银灰色氯化橡胶，100 μm;复合涂层总厚度:400 μm。最后在镀层的表面加以涂料保护，封闭孔隙。

3.2 施工过程中的问题

1)当正确选择涂料之后，金属的表面处理不好，无论采用什么工艺，都不可能达到理想的效果。2)喷锌防腐的关键也是金属表面的喷砂处理，除锈不彻底，或出现二次生锈，都将严重的影响喷锌防腐质量。3)油漆、喷锌防腐工作中，防腐质量的好坏与操作人员的熟练程度、技术高低有关，所以选择一支高素质的队伍，是搞好油漆、喷锌防腐的关键。4)在施工过程中实行全过程的质量控制与质量监理，确保每道工序符合技术要求。5)对防腐材料的选择应作小面积试验，经过实践的考验，取得效果后，再进行大面积的推广使用。

4 结语

截止2013年2月，已经完成防腐工程16个月，水电站保持正常运行，没有再次做防腐处理，经过防腐处理的钢板并未出现锈蚀现象，表面光滑。水电站金属钢结构闸门由于所处腐蚀环境相对恶劣，受各种各样因素的影响，在使用过程中表面会出现不同程度的锈蚀现象，通过技术分析，找出闸门腐蚀的具体原因，便于在以后进行有针对性的处理，保证金属结构钢闸门的长期安全运行。