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        淺談海涂地區(qū)輸電線路防腐措施

        2012-08-15 00:44:35臺州電業(yè)局姜天煥
        電子世界 2012年22期
        關(guān)鍵詞:硫酸鹽鐵塔絕緣子

        臺州電業(yè)局 姜天煥

        浙江省電力公司電力經(jīng)濟技術(shù)研究院 劉燕平

        1.前言

        臺州市位于浙江省沿海中部,全市陸地面積9411平方公里,淺海面積8萬平方公里,大陸海岸線745公里,占浙江省的三分之一。半個多世紀里,全市已圍墾1000畝以上項目100多項,約占沿海6個縣(市、區(qū))土地面積的7.7%。至目前,全市開工在建萬畝以上灘涂圍墾工程9項、計25萬畝,建設(shè)規(guī)模為歷史之最。

        海涂土壤、地下水、空氣氯離子等會對輸電線路中的鐵塔、基礎(chǔ)、接地體、導(dǎo)地線、絕緣子等造成極為嚴重的腐蝕,腐蝕破壞使得輸電導(dǎo)線的壽命大大縮短,尤其對處于腐蝕環(huán)境下的輸電線路,往往不能達到其預(yù)期設(shè)計壽命,需采取切實有效的防腐蝕措施,減低或阻止腐蝕的產(chǎn)生,保證輸電線路長期安全、穩(wěn)定地運行。目前臺州電力基建工程約7成位于海涂圍墾開發(fā)區(qū),在輸電線路工程中做好防腐工作已迫在眉睫。

        2.腐蝕機理

        2.1 金屬腐蝕

        大多數(shù)金屬在海水及含鹽土壤中的腐蝕均屬于氧去極化的電化學(xué)腐蝕,即溶解在其中的氧氣得到電子成為OH負離子,金屬失去電子成為金屬離子,金屬離子與OH結(jié)合氧化成為金屬氧化物。當金屬被放置在潮濕的大氣中,金屬表面會形成一種微電池,也稱腐蝕電池。陽極上發(fā)生氧化反應(yīng),使陽極發(fā)生溶解,陰極上發(fā)生還原反應(yīng),一般只起傳遞電子的作用。腐蝕電池的形成原因主要是由于金屬表面吸附了空氣中的水分,形成一層水膜,因而使空氣中CO2,SO2,NO2等溶解在這層水膜中,形成電解質(zhì)溶液,而浸泡在這層溶液中的金屬又總是不純的[1],如電力線路鐵塔所用的鋼鐵,實際上是合金,即除鐵之外,還含有石墨、滲碳體以及其它金屬和雜質(zhì),它們大多數(shù)沒有鐵活潑。這樣形成的腐蝕電池的陽極為鐵,而陰極為雜質(zhì),又由于鐵與雜質(zhì)緊密接觸,使得腐蝕不斷進行。

        2.2 大氣腐蝕

        空氣中的氧氣是電化學(xué)腐蝕陰極過程中的去極化劑,水膜的厚度及干濕交變頻率、氧的擴散速度,直接影響大氣腐蝕的過程。金屬腐蝕破壞程度隨所處環(huán)境的不同有很大的差別,在海洋大氣環(huán)境中,隨距海岸的遠近、高度,海鹽粒子濃度變化,金屬構(gòu)件腐蝕程度也不同。

        海洋大氣主要是以大氣中含有海鹽粒子為特征,在這種大氣環(huán)境中,海鹽粒子被風攜帶并沉降在暴露的金屬表面上,它具有很強的吸濕性,并溶于水膜中形成很強腐蝕性介質(zhì),加速腐蝕過程。

        2.3 鹽風化

        鹽風化是由于混凝土表面鹽溶液結(jié)晶膨脹導(dǎo)致混凝土破壞的一種現(xiàn)象。由下列兩種方式形成鹽結(jié)晶:第一種,處于海涂地下水中的混凝土,當其中有一表面暴露于空氣中時,滲入到混凝土內(nèi)部的含鹽水會通過毛細作用向暴露面移動,在暴露面蒸發(fā),使鹽集聚在這一區(qū)域;第二種,處于海水中的混凝土,混凝土承受鹽水交替的浸潤和干燥作用,鹽水被吸收并干燥,使混凝土內(nèi)的含鹽量增大。在這些情況下,孔隙中的鹽結(jié)晶,產(chǎn)生膨脹應(yīng)力,一定程度時導(dǎo)致混凝土成塊剝落。海涂地線路混凝土基礎(chǔ)由于鹽風化使混凝土膨脹破壞是比較嚴重而且是重要的問題。

        2.4 硫酸鹽腐蝕

        硫酸鹽對水泥石有顯著的侵蝕作用,它能與水泥石中的氫氧化鈣及水化鋁酸鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成石膏和硫鋁酸鈣,產(chǎn)生體積膨脹,使混凝土成為一種易碎的,甚至松散的狀態(tài)。硫酸鹽侵蝕的速度隨其濃度的增加而加快,當水溶液中SO4-的含量達到1g/L,土壤中SO4-的含量達到2g/L時,對混凝土侵蝕作用就非常嚴重[2]。全國土壤腐蝕試驗網(wǎng)站資料表明,在土壤中埋設(shè)28年后,硅酸鹽混凝土的強度下降了40%,個別試件膠結(jié)料變成粉狀。海水中含有2.7g/L硫酸鹽,海涂圍墾中,水溶液中硫酸鹽含量將不斷增加,土壤中的SO4-的含量也由于不斷滲透而變高,且混凝土基礎(chǔ)還存在干濕循環(huán),當硫酸鹽腐蝕配合以干縮濕脹時,則會導(dǎo)致混凝土迅速崩解。

        3.防腐措施

        3.1 鐵塔

        國內(nèi)相關(guān)研究結(jié)果表明,海洋大氣中鋼結(jié)構(gòu)的平均腐蝕速度是內(nèi)陸鄉(xiāng)間大氣鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕速度的4-5倍。為保證其具有足夠的耐久性,鐵塔需采用熱浸鍍鋁或鋁鋅合金(并加少量稀土元素)、刷防腐涂料等措施以提高塔材的耐腐性能。并適當提高基礎(chǔ)頂面,防止海潮對鐵塔下部材料的直接影響。目前輸電線路用鐵塔一般采用熱鍍鋅加工,配合鍍鋅層外定期噴防護漆,可以滿足海涂地區(qū)立塔要求。

        3.2 基礎(chǔ)

        防止埋設(shè)于含鹽土壤中的混凝土或鋼筋混凝土基礎(chǔ)產(chǎn)生化學(xué)和物理化學(xué)的破壞,是確保輸電線路長期安全運行的重點。基礎(chǔ)防腐可采用以下各項措施:

        (1)基礎(chǔ)混凝土四周(包括底版)設(shè)置隔離層,以防止土壤中的水、氧化物、硫酸鹽、二氧化碳等有害侵蝕介質(zhì)滲入混凝土。隔離層可采用塊石和丙烯酸共聚乳液水泥砂漿砌筑,或用具有陰極保護的鋼板焊接成鋼板護套。

        (2)根據(jù)海涂土壤及地下水化學(xué)分析結(jié)果,應(yīng)選用合適的水泥品種,以提高混凝土的抗防腐性能。

        (3)在混凝土攪拌時,摻加具有高效減水、保塑、調(diào)凝和引氣等復(fù)合功能的高性能外加劑,降低混凝土的水灰比(0.4以下),提高混凝土的密實度和抗?jié)B性能。

        (4)提高混凝土級別,加大鋼筋保護層厚度。

        3.3 接地體

        接地體可采用加大截面的鍍鋅圓鋼,必要時可采用犧牲陽極的陰極保護,或采用防鹽堿性能較好的材料。臺州灘涂線路接地一般做法是在鍍鋅圓鋼上涂導(dǎo)電防腐涂料。此法有諸多優(yōu)點:防腐性能好、導(dǎo)電性能好、不污染土壤和周圍環(huán)境、經(jīng)久耐用、經(jīng)濟合理。如果鐵塔基礎(chǔ)采用鋼板隔離方式,可不敷設(shè)接地體。另外還可以采用防腐降阻劑,如原土壤PH≈6,為弱酸性,這種降阻劑PH≈10,為弱堿性,即堿離子OH比原土壤濃度高。同時,它與標準電極電位差減小,抑制鐵失去電子,使得氫反應(yīng)和氧化反應(yīng)減緩或停止,達到保護接地體的目的。

        3.4 導(dǎo)地線

        海涂上空的大氣環(huán)境即海洋大氣,其對導(dǎo)地線、金具、絕緣子等的腐蝕可沿用沿海地區(qū)的常規(guī)防腐蝕措施。導(dǎo)線可采用防腐性能良好的涂防腐油的中防腐導(dǎo)線,地線可采用防腐性能較好的鋁包鋼線。

        3.5 絕緣子

        海涂地區(qū)鹽密值大,空氣污穢嚴重,泄漏比距大于3.8cm/kV,且空氣潮濕,在工作電壓長時間作用下絕緣子可能因表明污穢不均勻發(fā)熱、局部烘干后烘干帶被擊穿、泄漏電流加大導(dǎo)致熱游離而發(fā)生污閃。絕緣子應(yīng)選用防污能力強、憎水性能好、爬電距離大的品種,如合成絕緣子或者增加絕緣子片數(shù)等。

        4.結(jié)論

        通過對鐵塔采用熱鍍鋅并刷防腐涂料、基礎(chǔ)選用適宜防腐施工處理、導(dǎo)線采用防腐型、地線采用鋁包鋼型、接地體采用鍍鋅鋼材料、絕緣子采用防污、防腐性能好的合成絕緣子、金具加厚鍍層厚度等多種復(fù)合措施,是能夠保證輸電線路設(shè)備在海涂環(huán)境長期安全運行的。

        [1]田惠文,李偉華,宗成中,侯保榮.海洋環(huán)境鋼筋混凝土腐蝕機理和防腐涂料研究進展[J].涂料工業(yè),2008,8:62-67.

        [2]梁詠寧,黃君一,林旭健,季韜.氯鹽對受硫酸鹽腐蝕混凝土性能的影響[J].福州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011,39(6):947-951.

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