水电站金属结构设备的腐蚀检测与维护研究

吕品正，杜佼伟，刘 亮

（1.陕西能源电力运营有限公司，陕西 西安 710016；2.四川华能涪江水电有限责任公司，四川成都 610041）

水电站金属结构（包括钢闸门、拦污栅及其门槽埋件等）长期处于干湿交替、浸没水下及水流冲刷等环境中，受到大气、日光、温度和水生物的侵蚀，以及泥沙和其它漂浮物的冲击摩擦，使钢材表面极易发生腐蚀。钢结构发生腐蚀后承载强度会逐渐降低，严重地影响工程的安全运行。为了有效控制钢材的腐蚀，延长相应结构设备的使用寿命，必须采取有效的防腐措施。

1 水电站金属结构设备的腐蚀检测主要内容分析

1.1 常见检测方法

1.1.1 超声波测厚法

该方法主要依托超声波脉冲反射原理完成金属结构的厚度测量，以此判断水电站金属结构设备是否存在腐蚀。实践中，探头发出超声波脉冲，在其通过被检测物体达到材料分界面时，脉冲会被反射回探头，此时，可以根据超声波在材料中传播的时间长度测量与分析，完成被检测材料实际厚度的确定。对于超声波测厚法来说，其属于无损接检测方法，在当前的水电站金属结构腐蚀检测中极为常用，测量精度极高，可以达到0.01mm。实践中，可以直接完成无缝钢管壁厚的测定。

1.1.2 腐蚀深度测量法

腐蚀坑深度是表征材料局部腐蚀程度的重要参数，也是国标中要求测量的参数[1]。腐蚀坑深度测量可采取腐蚀坑深度仪法、显微镜法、超声波测厚、焊缝检验尺等方法。对于腐蚀深度测量法来说，其主要依托对的腐蚀坑深度这一参数的检测，完成对水电站金属结构设备腐蚀情况的确定，直接使用数据表示出相应金属结构设备的锈蚀量。当前，常使用焊缝检验尺、腐蚀坑深度仪完成对腐蚀坑深度的测量，其中，焊缝检验尺的精度为0.05mm，腐蚀坑深度仪的精度可以达到0.01mm。

1.1.3 腐蚀曲线法

依托腐蚀曲线，可以直观的表达水电站金属结构设备表面的腐蚀状态以及类型，在当前的腐蚀检测实践中，腐蚀曲线法普遍配合上文中提出的超声波测厚法、腐蚀深度测量法这两种方法进行使用。一般来说，当腐蚀曲线的直观程度更高时，表明水电站金属结构设备中存在的腐蚀类型相对单一；而若是该曲线具有一定的复杂性，则可以判断存在于水电站金属设备中的腐蚀类型呈现出多样化趋势。

1.2 数据处理技术

1.2.1 列表法

在该方法中，所有在腐蚀检测中获取到的数据均以表格的形式体现，一般来说，需要在列表中体现出腐蚀速度的平均值、腐蚀速度的最大值、平均腐蚀率、蚀余厚度平均值等数据。同时，当发现某一水电站金属结构设备/构件/位置的蚀余厚度低于6mm，则可以判断该结构报废，需要进行更换并在列表中体现。对于列表法来说，其体现出的数据信息量更大，且直观性相对较强，可以直接为强度的复核计算提供数据支持，并直接以数据的形式体现出水电站金属结构设备的完整、真实腐蚀情况。

1.2.2 对比图法

通过对比图法的应用，可以更加直观的了解到水电站金属结构设备的腐蚀现状，明确金属结构设备的原始厚度以及平均蚀余厚度，以此完成对腐蚀速度的确定。通常情况下，对比图法需要配合列表法一同使用，对列表法中所展示出的相关数据进行补充、辅助说明。

1.2.3 直方图法

参考腐蚀检测中各种数据信息的统计表，能够完成不同水电站金属结构设备锈蚀量频数分布直方图、主要构件总体腐蚀量频数分布直方图的制作，以此完成对水电站金属结构设备主要腐蚀情况、不同构件的腐蚀情况、最大腐蚀速度等数据的确定与直观显示。在分析直方图中，当观察到水电站金属结构设备的腐蚀量在某处频数达到最大（如1mm处），则可以判定其普遍腐蚀程度为1mm左右。该方法也需要配合列表法进行使用。

2 水电站金属结构设备的防腐处理及维护策略探究

2.1 水电站金属结构设备的防腐维护技术

2.1.1 涂料保护法

该方法主要依托在水电站金属结构设备的表面刷涂一层防腐涂料作为保护膜，以此隔绝外部电解质与金属表面之间的接触，降低水电站金属结构设备腐蚀问题的发生概率。相比于其他的防腐维护技术来说，涂料保护法的操作更为简单，成本相对较低，但是保护周期较短，一般在5~10年左右。当水电站金属结构设备的运行环境良好，检修方便且对保护年限的实际要求不高时，可以选择涂料保护法实现防腐处理。

在当前的水电站金属结构设备防腐实践中，常用的防腐涂料包括环氧树脂涂料以及不锈钢粉末。其中，环氧树脂涂料拥有极强的物理机械性能以及金属附着力，耐油性、耐化学药品性相对较强，且具备极高的耐碱性。而不锈钢粉末是最近今年兴起的一种金属防腐涂料，具有极强的不活泼性，特别是在高温强蚀环境中的防护性极好[2]。

2.1.2 金属热喷法

使用电位高于待保护金属结构的金属镀在结构表面，促使基本金属转变为微电池的阴极，以此达到对水电站金属结构设备进行保护的效果，降低其腐蚀程度。同时，在金属热喷法的支持下，水电站金属结构设备表面与外界环境隔绝，此时镀上的金属层也发挥出“保护层”的效果，也可以视为基于金属保护层的涂料保护法。对于金属热喷法来说，其防腐蚀的效果更为明显，且保护周期较长，一般可以达到15年以上。当水电站金属结构设备运行于水下或干湿交替的恶劣环境中时，可以选择金属热喷法实现防腐处理。

2.1.3 电化学法

在现阶段的水电站金属结构设备防腐处理实践中，常用的电化学法包括牺牲阳极的阴极保护法以及外加电流法。其中，牺牲阳极的阴极保护法主要将待保护金属转变为阴极，引入电位更低的金属，将其与被保护金属相连且放入同一环境中，以此构建起原电池系统，实现对阴极的保护。该方法的成本更低、管理维护难度不高，但是保护周期较短，一般在10年左右。外加电流法与牺牲阳极的保护法原理具有一致性，区别在于使用高电位金属与导线，利用导线连接待保护金属与高电位金属，促使待保护金属转变为阴极而受到保护。该方法的管理维护难度较大，但是保护周期更长。当水电站金属结构设备长时间处于电解质液的环境中（如海水、工业污染严重的水域等）时，可以选择电化学法实现防腐处理。

2.1.4 不锈钢复合材料

不锈钢复合材料的应用也能够达到对水电站金属结构设备展开防腐处理的效果，当前，最为常见的方法为玻璃钢防腐。实践中，主要利用玻璃钢对水电站金属结构设备进行包裹，形成保护层，促使金属表面与介质分隔。由于玻璃钢具有极强的耐腐蚀请，且可以实现对海水、工业污染的有效防护，因此整体防腐效果良好。但是，其成本相对较高，且容易与水电站金属结构设备的表面贴合度偏低，因此并不适合在当前广泛应用。当水电站金属结构设备的检修难度相对加较大（或是其中某一部位的检修难度较大）时，依托不锈钢复合材料的防腐处理更为适用。

2.2 水电站金属结构设备的防腐处理要点

2.2.1 基体表面预处理

闸门、锁锭装置及其埋件表面预处理均需要使用喷砂除锈方法；在喷砂前，必须要对水电站金属结构设备的表面展开脱脂净化，仔细清除焊渣、飞溅等附着物，并清洗掉基体表面可见的油脂及其他污物；表面预处理后应用吸尘器或干燥、无油的压缩空气清除浮尘和碎屑，清理后的表面不得用手触摸；涂装前如发现表面被污染或返锈，应重新处理到原除锈等级。依托这样的预处理，能够促使防腐涂层与金属结构表面之间的接触更为牢固、贴合，达到提升水电站金属结构设备防腐处理效果的目标。

2.2.2 热喷涂施工

实践中，需要重点把握的操作要点内容如下所示：喷涂用的压缩空气应清洁、干燥；压力不得小于0.4Mpa；喷涂距离100mm~200mm；喷射角度尽可能与基体表面成直角，不得小于45°；喷枪移动速度应当稳定在一次喷涂操作厚度可以达到25m~80m的水平；各喷涂带之间需要保留不低于三分之一的宽度重叠，厚度要尽可能保持均匀；喷涂时，各喷涂层之间的喷枪走向应相互垂直，交叉覆盖；当涂层的表面温度降到70°C以下时，再展开下一层的喷涂操作。

2.2.3 防腐检查工作

在防腐检查工作的落实中，一方面要根据所有信息的管理方法与建设依据，分析所有设施的防腐性能能否根据现有的管理工作方法和方案得到信息，另一方面要根据各类设施的当前建设方法与已经取得的处理结果，研究当前相关设施的处理成果，并且所有设施的专业化使用方法，对其进行选择。比如对于热喷涂处理工作中，要研究所有的处理工作方法、处理结果、处理工作信息的配置方法，研究当前的所有热喷涂处理工作的取得结果，研究在当前的工程施工阶段，所取得的各类信息能否正常运行。此外在所有器件的专业化使用过程中，必须要根据所有这类专业化设施的处理工作成果，研究是否真正按照专业化的技术使用工作方法、管理预案和处理工作体系，研究在目前的信息处理和信息分析过程中，能否完全按照现有的管理工作方案得到专业方案，以确保在目前的工作中，选用的设备质量可以符合标准。

2.2.4 日常检查工作

在日常性的检查工作落实中，要全面完成在目前的日常性检查过程中，针对各类新型信息和数据的处理方法，从而全面按照日常性的管理工作方法、管理预案以及金属材料的腐蚀参数，研究在目前的信息处理和信息的研究过程中，能否按照日常性的检查工作方案，研究现有工程数据和工程项目的建设方案中，是否存在不正常的金属材料腐蚀问题。此外在所有的日常性检查工作中，需要完全按照现有的管理工作方法，得到各类专业性的处理结果，从而让日常性的检查工作结果必须要能够跟踪与验证。此外在日常性的检查工作中，要求派遣的检查人员和工作数据中，都必须要完全顺应现有的管理决策和工作方法，并且观察到的腐蚀状况都要经过准确记录，之后把所有取得的管理数据都输入到信息化系统中，按照这类数据分析是否有必要填补防锈层。

3 总结

综上所述，依托腐蚀检测，结合列表法、对比图法、直方图法对数据信息的处理与呈现，能够明确水电站金属结构设备的腐蚀现状以及需要更换的构件设备。在不同的水电站金属结构设备运行条件下，通过涂料保护法、金属热喷法、电化学法、不锈钢复合材料的合理选用，提升了防腐处理的效率效果，推动了水电站金属结构设备防腐蚀保护工作的升级。