泵站钢闸门腐蚀原因分析与对策

沈华东

(湖北理工学院机电工程学院，湖北 黄石 435000)

某泵站投入使用的2台BGZ—3000×2500型进水钢闸门，其设计参数为：允许最大正向压力0.1MPa，闸门渗透量0.11L/sm2，提升速度0.8m/min。2008年非汛期检查时发现，闸板腐蚀严重，迎水侧850mm×700mm2的面积上出现小鼓包和灰黑色溃疡状蚀坑。

钢闸门是泵站重要的水工设备，主要用于调节泵站流量和控制水位，并保障泵站的稳定运行。

钢闸门主要由闸板、闸框及启闭装置等构件组成，一般用钢铁或不锈钢材料制成。钢闸门由于长期浸没于水中，在阴暗潮湿、干湿交替和微生物侵蚀等恶劣环境下工作，并受水流泥沙及其他漂浮物的冲刷，过流表面极易发生腐蚀破坏。

据统计，钢闸门在淡水环境中腐蚀的平均速度为0.02～0.04mm/a，而实际中很多场合钢闸门的腐蚀速度远高于此值。钢闸门腐蚀轻者引起闸门封水不严，重者致使闸门结构强度削弱、稳定性降低，甚至影响泵站的安全运行。

正确分析钢闸门腐蚀失效机理及规律，掌握各种影响金属腐蚀进程的主要因素，对研究钢闸门防腐对策及提高泵站运行的可靠性极为重要。

一、腐蚀失效机理

钢闸门腐蚀的本质是电化学反应的过程。当金属被放置在水溶液或潮湿的大气环境中，其金属表面会形成一种微电池，也称腐蚀电池。在阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应。腐蚀电池的形成主要是由于金属表面吸附了空气环境中的水分，形成一层水膜，因而使空气中CO2、SO2、NO2等成分溶解于这层水膜中，形成电解质溶液。

同时，浸没于该层溶液中的金属(如钢铁)为合金，除铁元素之外，还含有石墨、渗碳体(Fe3C)以及其他金属等杂质，这些杂质大多数没有铁元素活泼，因此形成腐蚀电池的阳极为铁，而阴极为杂质。电化学反应的结果使阳极区的铁不断地溶解成为铁离子，逐渐被腐蚀。

相关化学方程式如下。

1.析氢腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较强时)

析氢腐蚀与吸氧腐蚀生成的Fe(OH)2被氧化后，生成的Fe(OH)3脱水生成铁锈Fe2O3。

二、影响钢闸门腐蚀的主要因素

1.工作环境PH值的影响

PH值代表水环境介质中H+浓度的大小，H+浓度是影响腐蚀速度的最主要因素之一，在酸性介质中会加速金属电化学反应进程。我国部分地区水环境中酸、碱和有机物等腐蚀性强的污染物总体增加，加快了钢闸门的腐蚀速度。

2.盐浓度的影响

溶解于水内的盐增强了水的导电性能，同时也增加了电偶的腐蚀电流，尤其在酸性盐和氧化性盐介质中，由于存在着H+离子和强氧化剂，会促使H+离子去极化或氧去极化过程，从而加大了金属在盐溶液中的腐蚀速度。

同样，溶解盐对保护膜的形成和破坏也有显著影响，特别是在海水中存在着大量Cl－离子，它破坏保护膜，使金属表面难以钝化，Cl－离子又有很强的穿透能力，因此钢闸门在海水环境下比在淡水环境中腐蚀更为严重。

在矿藏含量丰富地区，由于氯化物、硫酸盐、硝酸盐等物质的浓度相对较高，因而临近河流水的导电性能随之增强，对钢闸门的腐蚀有很大的影响。

3.泥沙冲击磨损的影响

在钢闸门表面除发生腐蚀的主要过程外，还经常出现保护膜，该保护膜减缓了腐蚀过程或完全使腐蚀停止，但只有在水流速度低或清净水的环境下才有可能。相反，在水流速度高或含泥沙量大的环境，保护膜形成后却经常被冲刷掉，因此在水流及夹杂的泥沙冲击磨损大的环境下，较容易将腐蚀产物从钢闸门表面随水流冲走，使钢闸门更易受腐蚀。

4.焊缝腐蚀的影响

钢闸门结构制作中存在着大量焊缝，焊接过程中焊缝局部会产生很大的内应力及各种微观组织缺陷，在这两种因素的综合作用下，会加速焊缝部位的腐蚀。

三、防腐蚀技术

1.涂层防护

涂层防护基于涂料对金属的屏蔽作用和缓蚀作用。金属表面涂敷涂料后，实质是将金属基体与电解质溶液及空气隔离，起到屏蔽保护作用。同时，借助涂料的内部组分与金属反应，使金属表面钝化或生成保护性的物质以提高涂层的防护效果。

涂层保护效果和使用寿命取决于涂层材料在使用环境中的耐蚀性、强度、塑性和耐磨性。因此，要求涂层本身耐蚀、化学稳定、附着力好、涂层致密、孔隙率小，并具良好的物理机械性能(硬度和耐磨性)。随着涂料工业的日益发展，不同性能的防腐涂料层出不穷，目前使用较普遍的有环氧富锌防锈漆、无机富锌漆、酚醛树脂等涂料。

采用涂料防护时，应该注意底漆和面漆必须合理配套，使其具有良好的结合力和适应性。涂层表面应保持一定的厚度和均匀性，涂层厚度一般为70～80μm，且无杂物、起皮、鼓泡、孔洞、粗颗粒及裂纹等缺陷。

为提高涂层防腐效果，钢闸门表面必须进行喷砂预处理，将闸门金属表面的铁锈、氧化皮、油污、焊渣、灰尘等污物和水分清除干净，使其露出金属本色，并且保持干燥和有一定的粗糙度(R值40～100μm)，以保证涂层与金属基体间有良好的附着力。

2.金属热喷涂防护

金属热喷涂是将锌、铝、锌铝合金、铝镁合金等金属丝，通过专用喷射装置使其在高温火焰中熔化，形成雾状微粒，并以较高的速度喷射到预先经过除锈处理的金属表面。这些雾化微粒处于半熔融状态，喷射到金属表面后，迅速冷却收缩，附着在金属表面，形成钝化防护膜。在淡水环境中热喷材料宜选锌或锌铝合金，海水环境宜选锌、铝、铝合金或锌铝合金。涂层厚度应达控制标准(表1)，以确保涂层具有良好防护效果。

3.牺牲阳极阴极保护法

牺牲阳极的阴极保护法是将活性不同的两种金属连接后，共置于同一电解质中，活性较强的金属作为阳极失去电子，受到腐蚀，活性差的金属作为阴极得到电子受到保护。常用的牺牲阳极材料有锌基、铝基和镁基合金。锌铝合金适用于海水、淡海水环境，镁基合金适用于淡水和淡海水环境。

表1 金属涂层厚度分类表 (设计寿命T≥10年)

这种保护方法必须掌握金属结构表面涂层种类和状况、介质的化学成分、PH值、电导率、污染状况以及温度、流速、潮位变化等。施工时牺牲阳极的工作表面不应粘有油漆和油污，牺牲阳极的布置和安装方式应不影响钢闸门的正常运行，其金属结构的保护电位应达到-0.85V或更负值(相对于铜/饱和硫酸铜比电极)。

4.技术管理措施

定期对钢闸门过流部位进行全面检测，找出其主要腐蚀部位和腐蚀诱因，及时发现安全隐患，并提出消除隐患的措施和建议。检测内容包括：腐蚀部位及分布状况、蚀坑深度及大小、发生部位密度、严重腐蚀面积占闸门和启闭机构件表面积的百分比、腐蚀构件的蚀余截面尺寸等。重点对钢闸门主要构件的蚀余厚度进行检测，判断闸门各构件的腐蚀速率和腐蚀程度，并以此为依据进行钢闸门的结构强度和刚度复核计算。

常用的测量方法有超声波测厚法和腐蚀深度测量法两种：

(1)超声波测厚法是利用超声波测厚仪测量钢板蚀余厚度，是目前最常用和最精确的一种无损检测方法，测量精确度可达0.1mm。

(2)腐蚀深度测量法则是用焊缝检验尺直接量出蚀坑的深度，用数据直接反应出腐蚀量，其特点是较为直观，容易求出年腐蚀速度，测量精确度可达0.05mm。

四、钢闸门修复方案及效果

该泵站钢闸门采用“环氧富锌底漆+环氧云铁中间漆+氯化橡胶面漆”组合热喷涂防腐修复方案。热喷涂之前对钢闸门表面进行喷砂预处理，喷砂除锈完成后并对喷砂除锈部位进行全面检查，包括对金属基体表面进行清洁度和粗糙度检查。

喷涂工艺要求喷涂用的压缩空气应清洁、干燥，压力不得低于0.4MPa。喷涂与金属基体表面的距离为100～200mm，喷枪尽可能与基体表面成直角，不得低于45°，喷枪移动速度以一次喷涂厚度达到25～80μm为宜。金属涂层外观应保持均匀一致，无金属熔融粗颗粒、起皮、鼓泡、裂纹等缺陷。

2008年实施修复后运行至今，钢闸门原腐蚀过流部分未见明显蚀痕，抗蚀效果良好。实践表明，金属热喷涂防腐技术应用于泵站钢闸门防腐处理是最佳的选择。

五、结语

腐蚀失效是钢闸门失效的主要形式，目前泵站运行中普遍存在着钢闸门受腐蚀的现象。要彻底解决钢闸门腐蚀失效问题，应结合以往的实践经验加以分析和整理，在参考国内外先进技术的基础上，深入研究各种防腐技术对策，积极采用新型抗蚀材料和新的金属表面处理工艺，并严格控制工艺操作标准，提高钢闸门过流表面综合抗蚀性能，延长其使用寿命，达到泵站安全运行的目的。

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