输电线路杆塔主材与基础接触部的腐蚀及防护研究

2018-06-27李晓斌

现代工业经济和信息化 2018年6期

李晓斌，陈亦

（广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门 529099）

引言

环境污染是输电线路杆塔裸露在外的金属部件产生腐蚀的重要影响因素，主要表现在塔身锈蚀、接地网锈蚀和对地导线锈蚀等。图1是岭南沿海某输电线路部分杆塔主材与保护帽（基础）接触部分的图片，从图中可以看出主材被腐蚀成内外两层，腐蚀相对严重，明显降低了其与基础的接触面积和杆塔的稳定性，增大了倒塔断线的风险。因此，要使电网能够安全运行，输电杆塔的防腐蚀成为必须考虑的突出问题。

图1 岭南沿海某输电线路杆塔主材与基础接触部

本课题将以岭南沿海某段输电线路杆塔主材与保护帽（基础）接触部分为研究对象，首先对其腐蚀规律、腐蚀机理进行研究，然后在此基础上有针对性地开发有效的防护技术。

1 实验方法和过程

为研究输电线路杆塔主材与基础接触部的腐蚀机理，首先采用Bruker AXS D8-Advance X射线衍射仪（Cu 靶，K，λ=0.15456 nm)对接触部内、外两侧腐蚀产物进行物相分析。其次，对现场地下500 mm左右处土壤取样。在实验室环境下，清除土壤中杂物，自然风干，粉碎研磨后通过20目筛。用除盐水按照水土比5：1的方法溶解、振荡，过滤出浸出液。静置后，分别采用电感耦合等离子体质谱法和电极法对土壤样品中的金属阳离子和非金属阴离子进行分析。

针对输电线路铁塔塔脚与基座连接部的腐蚀严重情况，采用保护帽涂层对其保护，其中涂层有内向外依次为丙烯酸树脂+罗曼哈斯胶+Megum538胶+改性环氧树脂砂浆+防水防渗涂料，如图2所示。另外，为了避免由于长时间受雨水侵蚀而导致防水防渗涂层起泡的现象，将保护帽涂层外层设计成倒水棱，如图3所示。配置硝酸钙质量浓度为8.01 g/L、硝酸钾质量浓度为10.14 g/L、无水硫酸钠质量浓度为13.5 g/L、氯化钠质量浓度为5.58 g/L和磷酸三钠质量浓度为15.6g/L的溶液，采用南京环科YWX-250型盐雾试验箱对保护帽进行进行盐雾实验。

图2 防护涂层示意图

图3 保护帽涂层示意图

2 实验结果及讨论

图4是输电线路杆塔主材与基础接触部内、外两层腐蚀产物的XRD衍射图。从图4可以看出各腐蚀产物中的组成大致类似，均为FeO、Fe2O3、Fe3O4、FeOOH以及少量微晶和非晶物质，但外层晶态的FeO、Fe2O3、Fe3O4和FeOOH均较多，其衍射峰相对明显，说明其稳定性较高。内层晶态物质的峰强较弱，说明其腐蚀产物中含有大量的微晶和非晶，这表明其腐蚀产物的稳定性较差，大量物质处于腐蚀过程的中间状态，在环境条件合适时，其腐蚀转变将会继续发生。

图4 杆塔主材与基础接触部内外锈层的X射线衍射谱

表1是土壤样品检测结果，从表1可以看出除金属 K+、Na+、Ca2+离子外，含有一定量的 SO42-、NO3-、PO43-、及Cl-，特别是Cl-含量相对较高。杆塔主材一般采用镀锌钢材，通常锌与钢铁之间发生扩散形成锌铁合金层，比一般涂料结合更牢固，暴露在大气环境中的锌层数十年不会脱落，但镀锌层在接触空气和水时，可产生轻微的电化学腐蚀。与内陆地区相比，岭南沿海地区位于亚热带低纬度地区，电网金属结构所处的运行环境十分复杂，南亚热带海洋性季风气候的特点，使得大气湿度很大，水蒸气易在毛细管作用、吸附作用、化学凝结作用的影响下，附着在钢材表面上形成一层水膜。补充岭南沿海地区气态污染情况（沿海地区盐密大），这样部分二氧化硫和氮氧化物溶解在钢材表面的水膜中形成导电性较强的电解质溶液，电解液溶液与金属氧化膜发生电化学反应而产生孔蚀，加速了输电杆塔腐蚀。在另一方面，可以看出土壤中Cl-含量较高，工厂所排出的的Cl2形成 HCl，HCl+Fe→H2+FeCl3，而 FeCl3溶于水，于是进一步增加了杆塔主材与基础接触部的锈蚀。

为了对比腐蚀情况，在Q420角钢上，设计了六种耐腐蚀方案，如图5所示。其中1号为丙烯酸树脂，2号为丙烯酸树脂+罗曼哈斯胶+Megum538胶，3号为丙烯酸树脂+罗曼哈斯胶+Megum538胶+改性环氧树脂砂浆，4号为丙烯酸树脂+罗曼哈斯胶+Megum538胶+改性环氧树脂砂浆+防水防渗涂料，5号为无镀锌层的钢板，6号为有镀锌层的钢板。

表1 土壤样品检测结果（均值）μg/g

图5 角钢的耐腐蚀方案

下页表 2是不同方案在 24 h、72 h、144 h和240 h后其表面变化情况。从表2可以看出，5号和6号试样在盐雾腐蚀144 h后，试样侧边出现了腐蚀现象，尤其240 h后5号试样表面腐蚀明显。1号试样过渡层表面在盐雾腐蚀144 h后，无过渡层的镀锌钢板表面出现腐蚀，240 h后腐蚀明显，同时丙烯酸树脂胶表面残留相对较多的盐分，但过渡层表面没有出现裂纹、起泡、锈蚀等现象。2号试样在240 h表面盐分残留相对很少，说明在丙烯酸树脂胶表面涂覆罗曼哈斯胶和Megum538胶的过渡层，使得试样的抗盐雾腐蚀的能力得到显著提高。3号和4号试样经过240 h腐蚀后表面无点蚀、裂纹、起泡和锈蚀等现象，将3号和4号试样的保护帽剖开后，被保护的基材表面没有渗水、锈蚀现象，如下页图6所示，说明其防护效果较佳。

3 结论

1）岭南沿海某输电铁塔主材腐蚀的主要原因是环境介质对其进行的腐蚀，其中主要以化学腐蚀为主，工业废气中的二氧化硫、氮氧氮氧化物及氯气溶解在钢材表面的水膜中形成导电性较强的电解质溶液是其腐蚀的关键因素。

2）采用丙烯酸树脂+罗曼哈斯胶+Megum538胶+改性环氧树脂砂浆+防水防渗涂料的保护方案，可以很好的对塔脚基材进行保护；丙烯酸树脂+罗曼哈斯胶+Megum538胶过渡层提高了保护帽与塔脚基材的结合强度；保护帽外形倒水棱的设计能有效地避免雨水在保护帽上的沉积，避免了由于长时间受雨水侵蚀而导致保护帽外层防水防渗涂层起泡的现象。