封闭煤场钢结构腐蚀防护设计

王学民 尚月波 潘元光

(1.中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司，浙江 杭州 310012； 2.浙江大唐乌沙山发电有限责任公司，浙江 宁波 315700； 3.浙江国华宁海发电有限责任公司，浙江 宁波 315600)

1 概述

钢结构腐蚀防护问题，直接关系到结构的耐久性，是钢结构设计必须考虑的重要问题。目前电力系统经过大规模基建之后，钢结构的腐蚀问题已经变得越来越突出[8,9]。由于封闭煤场内部空气环境的特殊性，更兼具有维修不便的特点，使得钢结构封闭煤场的腐蚀防护成为突出的问题。既有电厂封闭煤场的使用情况调查表明[1]，腐蚀问题已成为煤场运行期间的重大安全隐患。封闭煤场的腐蚀防护，涉及设计、施工、验收以及维护管理等诸多方面，是一个系统工程。封闭煤场钢结构的防腐设计，应综合考虑环境条件、钢材材质、结构形式、使用要求、施工条件和维护管理条件等因素。

2 封闭煤场内部使用环境

影响钢材腐蚀的主要因素有两方面，一是钢材本身的材质及防腐措施，二是外部环境。依据环境空气中腐蚀介质的相关浓度，可对大气环境进行分类。基于实际腐蚀速率判定法和腐蚀环境判定法两种方法，《建筑钢结构防腐蚀技术规程》给出了大气环境对建筑钢结构长期作用下的腐蚀性等级判定表。环境的湿度和空气成分，是确定腐蚀等级的主要因素。区域空气成分即大气环境类别，可按GB/T 15957大气环境腐蚀分类确定。环境湿度可由当地气象条件数据获得。按照《工业建筑防腐蚀设计标准》[3]的规定，环境腐蚀等级可分为强腐蚀、中腐蚀、弱腐蚀、微腐蚀四个等级；按照《建筑钢结构防腐蚀技术规程》的规定，环境腐蚀等级可分为Ⅰ级(无腐蚀)、Ⅱ级(弱腐蚀)、Ⅲ级(轻腐蚀)、Ⅳ级(中腐蚀)、Ⅴ级(较强腐蚀)、Ⅵ级(强腐蚀)，共六个等级。

封闭煤场内部堆煤挥发的腐蚀性介质及自燃现象，导致其环境较同地区普通厂房更加恶劣。当内部自燃严重，采用冲水灭火时，由于酸雾的升腾，导致在上部钢结构杆件上聚集，致使使用环境进一步劣化，加速结构腐蚀，突出表现在压形钢板与檩条的连接部位。

封闭煤场内部环境的具体介质成分确定，目前暂无具体数据可作为依据，实际设计时可根据工程场地的气象资料，参考建筑钢结构防腐蚀技术规程的规定，并从严考虑。

3 结构选型及构造

结构设计最重要的是概念设计[10]，封闭煤场的结构安全，关系到整个电厂的正常运行，对于重要电厂，其封闭煤场结构应属于抗震乙类建筑，安全等级不宜低于二级，其防腐蚀设计年限不宜低于15年[7]。并应综合考虑一次投入和使用期间的防腐维护费用以及电厂后续可能的服役年限来确定防腐蚀设计年限。

当煤堆与钢结构直接接触时，煤堆里的各种腐蚀性物质使得钢结构的使用环境变得非常恶劣，且接触部位大多处于支座部位，局部构件的破坏可能会对整体结构造成不利影响，并有因此造成结构倒塌的案例[6]。故应避免煤堆与钢结构的直接接触，并尽量加大煤堆与钢结构构件之间的距离。对于根部在一定范围内靠近煤堆处的结构构件，堆煤表面距离钢结构构件不大于3 m范围内的钢结构承重构件，应特别加强防腐。

水的存在会加速钢结构腐蚀，积水与煤粉结合则会使结构环境进一步劣化，因此在钢结构节点的细部设计中，应避免形成局部积水。

其受力构件应采用实腹式或闭口截面，不应采用格构式构件和冷弯薄壁型钢，并应尽量避免局部煤粉积聚。当采用网架结构时，对于螺栓球结点，安装完成后,所有接缝和多余的螺孔应用密封材料填嵌严密，多余的螺栓孔应封堵。

《建筑钢结构防腐蚀技术规程》[2]和《工业建筑防腐蚀设计标准》[3]对钢结构的构件选型、最小厚度等均有相关规定，设计时应充分考虑。

4 工程防腐方案

某工程年平均相对湿度为82%，处于海洋大气环境，腐蚀性等级为Ⅵ级，属于强腐蚀环境。对重要构件宜选用耐候钢。在大气环境下，耐候钢表面也需要采用涂料防腐。耐候钢表面的钝化层增强了与涂料附着力。另外，耐候钢的锈层结构致密，不易脱落，腐蚀速率减缓。故涂装后的耐候钢与普通钢材相比，有优越的耐蚀性。出于造价考虑，本工程不采用耐候钢，考虑采用镀锌加涂层防腐。根据《金属覆盖层钢铁制件热浸镀锌层技术要求及试验方法》[11]第6.2条规定，基材厚度不小于6 mm时，平均厚度不小于85 μm；基材厚度3 mm～6 mm时，镀层的平均厚度不小于70 μm。对于采用闭口截面的封闭煤场钢结构，其杆件最小厚度不应小于4 mm，取镀层最小厚度为不低于85 μm。

涂层设计应按照涂层配套进行设计；应满足腐蚀环境、工况条件和防腐蚀年限要求；应综合考虑底涂层与基材的适应性，涂料各层之间的相容性和适应性，涂料品种与施工方法的适应性。

本工程推荐采用的防腐措施说明如下：1)腐蚀性等级为Ⅵ级，防腐层设计使用年限15年。2)除锈等级为Sa2.5。3)钢结构的防腐均采用热镀锌后再涂装油漆防腐层。4)热镀锌平均厚度不低于85 μm。5)涂层干膜总厚度取280 μm。6)安装完成后，所有接缝和多余的螺孔应用油腻子密塞。

5 工程经验

浙江沿海某电厂圆形封闭煤场的工程[1]，网架构件采用锌盾冷喷锌厚度不小于60 μm，再刷环氧云铁中间漆一遍+可复涂聚氨酯面漆两遍，总涂层厚度180 μm，低于现行规范中5年～10年使用要求的最小厚度。使用近十年后检测发现煤场穹顶钢网架结构主体外观并无重大缺陷，绝大多数主要结构构件没有出现裂纹和局部变形。钢网架结构螺栓球节点与支座节点表观良好，表明镀锌加涂层防腐的措施在封闭煤场中具有可靠的防腐效果。

值得注意的是，设计中往往忽视建筑围护结构的防腐。该工程原设计屋面檩条及平台扶梯等其他采用环氧云铁底、中间漆+可复涂聚氨酯面漆两遍，具体厚度不详。煤场穹顶围护方钢管、C型钢檩条以及连接螺钉普遍存在严重锈蚀，如图1～图3所示，其中C 型钢檩条样本平均锈蚀率达到8.59%；方钢管、C型钢檩条连接焊缝施焊不均并出现明显锈蚀。煤仓穹顶钢网架部分外覆压型钢板出现开口、漏光现象，如图4所示。

6 结语

封闭煤场钢结构的防腐设计，应综合考虑环境条件、钢材材质、结构形式、使用要求、施工条件和维护管理条件等因素。闭煤场内部环境的具体介质成分确定，具有很大的不确定性和难度，目前暂无具体数据可作为依据，实际设计时，可根据工程场地的气象资料，参考建筑钢结构防腐蚀技术规程的规定，并从严考虑。对不同部位的结构构件，可采取不同的防护措施。工程实践表明，镀锌加涂层的防腐措施，对封闭煤场网架受力构件的腐蚀防护很有效；同时应特别注意提高围护结构的防腐措施。