,

(國(guó)網(wǎng)山東省電力公司 電力科學(xué)研究院，濟(jì)南 250002)

應(yīng)用技術(shù)

輸電線路鐵塔腐蝕等級(jí)評(píng)定規(guī)則

劉爽,胡新芳

(國(guó)網(wǎng)山東省電力公司 電力科學(xué)研究院，濟(jì)南 250002)

采用熱鍍鋅層剩余厚度和通過(guò)人工目視宏觀檢測(cè)的鐵塔塔材表面腐蝕形貌作為評(píng)判依據(jù)，并借鑒鋼材表面腐蝕程度的劃分和涂層老化評(píng)級(jí)方法等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制定了輸電線路鐵塔腐蝕等級(jí)評(píng)定規(guī)則，并提出了處理建議。該評(píng)定規(guī)則易于輸電線路技術(shù)監(jiān)督人員掌握和應(yīng)用，使其能夠在現(xiàn)場(chǎng)快速準(zhǔn)確地對(duì)輸電線路鐵塔腐蝕等級(jí)進(jìn)行判定，并以此為依據(jù)制定下一步的處理方案。

輸電線路鐵塔；腐蝕；腐蝕等級(jí)；熱鍍鋅；評(píng)定規(guī)則

輸電線路鐵塔長(zhǎng)期露天運(yùn)行，面臨各類(lèi)氣象條件和大氣腐蝕，運(yùn)行環(huán)境惡劣[1]，由于環(huán)境腐蝕引起塔材失效呈逐年上升趨勢(shì)。目前,對(duì)于鐵塔的腐蝕防護(hù)主要采用熱鍍鋅層與涂刷防腐蝕涂料兩種方式[2]。熱鍍鋅層能隔離基體與腐蝕環(huán)境并對(duì)基體起到電化學(xué)保護(hù)作用。在內(nèi)陸空氣干燥、潔凈的環(huán)境中，防護(hù)時(shí)間可達(dá)十幾年甚至幾十年[3]。但在沿海、城市或重工業(yè)污染地區(qū)，大氣中存在SO2、NOx、H2S等腐蝕性氣體以及強(qiáng)吸濕性的NaCl、MgCl2等污染物質(zhì)，在一定的潤(rùn)濕條件下，熱鍍鋅層會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕[4-7]，導(dǎo)致其對(duì)鐵塔的防護(hù)時(shí)間大大縮短，嚴(yán)重危害電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

目前，對(duì)于金屬材料腐蝕機(jī)理的研究缺乏整體性和系統(tǒng)性，對(duì)鐵塔腐蝕程度的評(píng)定也沒(méi)有統(tǒng)一的參考標(biāo)準(zhǔn)。因此，亟待制定統(tǒng)一、快速、準(zhǔn)確且易于現(xiàn)場(chǎng)操作的輸電線路鐵塔腐蝕等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)運(yùn)維檢修部門(mén)制定相應(yīng)的監(jiān)督和維護(hù)措施，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力的技術(shù)支持。本工作從現(xiàn)場(chǎng)取樣，從熱鍍鋅層厚度、腐蝕形貌等方面為輸電線鐵塔腐蝕程度判斷提出評(píng)定規(guī)則。

1 試驗(yàn)

1.1 試樣

試樣取自實(shí)際運(yùn)行的220 kV線路鐵塔，尺寸為100 mm×10 mm和80 mm×5 mm，材料為表面涂覆熱鍍鋅層的Q235鋼和Q345鋼，取樣線路實(shí)際投運(yùn)時(shí)間已達(dá)到15 a，運(yùn)行的環(huán)境狀況為重工業(yè)環(huán)境和城市環(huán)境，大氣中SO2、NOx、H2S等腐蝕性氣體含量較高，屬于e級(jí)污區(qū)(據(jù)2011版山東電力系統(tǒng)污區(qū)分布圖)。

借鑒GB/T 8923.1-2011《涂覆材料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評(píng)定規(guī)則 第一部分》標(biāo)準(zhǔn)和GB/T 8923.2-2008《涂覆材料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評(píng)定規(guī)則 第二部分》標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)涂覆熱鍍鋅層鋼材表面銹蝕程度將試樣劃分為輕微腐蝕、部分腐蝕和完全腐蝕試樣，其宏觀腐蝕形貌如圖1～3所示。

圖1 輕微腐蝕試樣的宏觀形貌Fig. 1 Macrograph of a slightly corroded sample

圖2 部分腐蝕試樣宏觀形貌Fig. 2 Macrograph of a locally corroded sample

圖3 完全腐蝕試樣宏觀形貌Fig. 3 Macrograph of a fully corroded sample

(1) 輕微腐蝕試樣：塔材表面熱鍍鋅層基本完整，局部位置存在開(kāi)裂和小面積剝落，整體表面可能出現(xiàn)單個(gè)銹點(diǎn)。

(2) 部分腐蝕試樣：塔材表面熱鍍鋅層存在多處剝落、開(kāi)裂，局部位置基體已經(jīng)被腐蝕，整體表面出現(xiàn)不連續(xù)的可見(jiàn)銹點(diǎn)和泛銹區(qū)域。

(3) 完全腐蝕試樣：塔材表面熱鍍鋅層已基本脫落或被腐蝕，布滿大量可見(jiàn)銹點(diǎn)和大面積紅銹區(qū)域，基體已被腐蝕。

另從取樣線路塔材備品中選取同批次、同規(guī)格的原始塔材作為對(duì)比試樣，如圖4所示。

圖4 對(duì)比試樣宏觀形貌Fig. 4 Macrograph of contrast sample

1.2 試驗(yàn)方法

采用OXFORD CMI233型測(cè)厚儀，對(duì)試樣表面的熱鍍鋅層厚度和腐蝕產(chǎn)物層厚度進(jìn)行測(cè)量。其中，對(duì)于輕微腐蝕試樣和對(duì)比試樣，測(cè)量其熱鍍鋅層厚度；對(duì)于部分腐蝕試樣，既測(cè)量其熱鍍鋅層厚度，又測(cè)量其腐蝕產(chǎn)物層厚度；對(duì)于完全腐蝕試樣，僅需測(cè)量其腐蝕產(chǎn)物層厚度。每個(gè)試樣表面共測(cè)5個(gè)點(diǎn)，結(jié)果取平均值。

采用美國(guó)AMRAY1830/34-J-77掃描電子顯微鏡和能譜儀(EDS)對(duì)腐蝕試樣的表面和截面微觀形貌以及組成元素進(jìn)行分析，加速電壓為20.0 kV。

2 結(jié)果與討論

2.1 試樣表面熱鍍鋅層及腐蝕產(chǎn)物層的厚度

由表1可見(jiàn)：對(duì)比試樣熱鍍鋅層的厚度約為110 μm，符合GB/T 2694-2010《輸電線路鐵塔制造技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)塔材熱鍍鋅層厚度的要求；輕微腐蝕試樣熱鍍鋅層的厚度為36.46 μm，為對(duì)比試樣熱鍍鋅層厚度的1/3左右；部分腐蝕試樣熱鍍鋅層的厚度為14.44 μm，只有對(duì)比試樣熱鍍鋅層厚度的1/9左右，而其腐蝕產(chǎn)物層厚度為47.9 μm；完全腐蝕試樣的腐蝕產(chǎn)物層厚度為145.8 μm。

2.2 試樣的微觀形貌及化學(xué)成分

2.2.1 完全腐蝕試樣

圖5為完全腐蝕試樣表面和截面的微觀形貌。從表面微觀形貌可見(jiàn)，其表面存在大量的孔洞和裂紋，如圖5(a)所示；從截面微觀形貌可見(jiàn)，腐蝕產(chǎn)物中有較大的腐蝕孔洞，基體已經(jīng)被嚴(yán)重腐蝕，如圖5(b)所示。

表2為完全腐蝕試樣表面和截面的能譜檢測(cè)結(jié)果。由表2可見(jiàn)，完全腐蝕試樣表面和截面的成分基本一致，主要是Fe的腐蝕產(chǎn)物及表面熱鍍鋅層被腐蝕后的腐蝕產(chǎn)物。

表1 試樣表面熱鍍鋅層和腐蝕產(chǎn)物層的厚度Tab. 1 Thicknesses of surface hot dip galvanizing coating and corrosion products on the surface of samples μm

(a) 表面 (b) 截面圖5 完全腐蝕試樣的SEM形貌Fig. 5 SEM morphology of fully corroded sample:(a) surface; (b) cross-section

%

2.2.2 部分腐蝕試樣

圖6為部分腐蝕試樣熱鍍鋅層和腐蝕區(qū)域的表面SEM形貌。熱鍍鋅層區(qū)域存在網(wǎng)狀微觀裂紋，部分區(qū)域有腐蝕孔洞，如圖6(a)所示；腐蝕區(qū)域表面存在大量的微觀裂紋和孔隙，如圖6(b)所示。

(a) 熱鍍鋅層 (b) 腐蝕區(qū)域圖6 部分腐蝕試樣熱鍍鋅層和腐蝕區(qū)域的表面SEM形貌Fig. 6 SEM morphology of locally corroded sample surface:(a) hot dip galvanizing coating; (b) corrosion region

圖7為部分腐蝕試樣熱鍍鋅層區(qū)域、腐蝕區(qū)域截面的SEM形貌。從熱鍍鋅層截面SEM形貌可見(jiàn)，熱鍍鋅層剩余厚度較低，部分位置基體已經(jīng)裸露，如圖7(a)所示；從腐蝕區(qū)域截面SEM形貌可見(jiàn)，腐蝕區(qū)域有較多腐蝕坑，熱鍍鋅層已經(jīng)消失，基體已經(jīng)被腐蝕。

(a) 熱鍍鋅層 (b) 腐蝕區(qū)域圖7 部分腐蝕試樣熱鍍鋅層和腐蝕區(qū)域的截面SEM形貌及EDS檢測(cè)位置Fig. 7 SEM morphology of locally corroded sample cross-section and EDS test positions: (a) hot dip galvanizing coating; (b) corrosion region

表3為部分腐蝕試樣表面及截面能譜檢測(cè)結(jié)果。由表3可見(jiàn)：部分腐蝕試樣熱鍍鋅層區(qū)域表面與截面1點(diǎn)處的成分基本一致，主要以熱鍍鋅層的腐蝕產(chǎn)物為主，截面2點(diǎn)處的成分主要為熱鍍鋅層靠近基體形成的ZnFe合金成分，截面3點(diǎn)處為試樣基體；部分腐蝕試樣腐蝕區(qū)域表面與截面1、2點(diǎn)處的成分基本一致，主要以基體的腐蝕產(chǎn)物和熱鍍鋅層腐蝕產(chǎn)物為主，截面3點(diǎn)處為試樣基體。S、Cl元素為腐蝕介質(zhì)，從S、Cl元素在截面上的分布可見(jiàn)，部分腐蝕試樣的熱鍍鋅層和腐蝕區(qū)域都有這兩種元素存在。這說(shuō)明腐蝕介質(zhì)已經(jīng)通過(guò)表面的裂紋和孔隙滲入到與基體結(jié)合的部位，熱鍍鋅層對(duì)基體的保護(hù)能力有限，在腐蝕區(qū)域熱鍍鋅層已失去對(duì)基體的保護(hù)，基體已經(jīng)被腐蝕。

表3 部分腐蝕試樣表面及截面EDS分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab. 3 EDS analysis results of locally corroded sample surface and cross-section (mass) %

2.2.3 輕微腐蝕試樣

圖8為輕微腐蝕試樣表面和截面的SEM形貌。輕微腐蝕試樣表面熱鍍鋅層完整，存在少量的裂紋和孔隙，如圖8(a)所示；從其截面微觀形貌也可見(jiàn)，熱鍍鋅層完整致密，厚度分布不均，如圖8(b)所示。

(a) 表面 (b) 截面圖8 輕微腐蝕試樣的SEM形貌及EDS檢測(cè)位置Fig. 8 SEM morphology of slightly corroded sample and EDS test positions: (a) surface; (b) cross-section

表4為輕微腐蝕試樣表面和截面能譜檢測(cè)結(jié)果。由表4可見(jiàn)，輕微腐蝕試樣表面與截面1點(diǎn)處的成分基本一致，主要以熱鍍鋅層及其腐蝕產(chǎn)物為主，截面2、3點(diǎn)處的成分主要是熱鍍鋅層的成分。在截面上同樣能夠發(fā)現(xiàn)S、Cl元素，說(shuō)明腐蝕介質(zhì)已經(jīng)通過(guò)表面的裂紋和腐蝕孔隙滲入到輕微腐蝕試樣的熱鍍鋅層內(nèi)部，但尚未到達(dá)與基體結(jié)合的位置，熱鍍鋅層仍能夠?qū)w起到有效保護(hù)。

表4 輕微腐蝕試樣表面及截面EDS分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab. 4 EDS analysis results of slightly corroded sample surface and cross-section (mass) %

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

綜合上述試驗(yàn)結(jié)果:輕微腐蝕試樣熱鍍鋅層基本完整，平均厚度為36.46 μm，能夠阻擋S、Cl等腐蝕介質(zhì)對(duì)基體的腐蝕，對(duì)基體起到有效保護(hù);部分腐蝕試樣熱鍍鋅層區(qū)域已不完整，平均厚度為14.44 μm，并且表面存在網(wǎng)狀裂紋和腐蝕孔洞，對(duì)S、Cl等腐蝕介質(zhì)的阻擋能力下降，對(duì)基體的保護(hù)有限;而部分腐蝕試樣的腐蝕區(qū)域和完全腐蝕試樣相同，表面熱鍍鋅層已完全消失，表面主要覆蓋疏松的熱鍍鋅層和基體的腐蝕產(chǎn)物，S、Cl等腐蝕介質(zhì)能夠直接腐蝕基體，無(wú)法對(duì)基體進(jìn)行保護(hù)。

3 腐蝕等級(jí)評(píng)定規(guī)則的制定

根據(jù)上述對(duì)實(shí)際運(yùn)行的輸電線路鐵塔塔材的試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合GB/T 2694-2010《輸電線路鐵塔制造技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)塔材熱鍍鋅層厚度的規(guī)定，制定了腐蝕等級(jí)評(píng)定規(guī)則，并提出處理建議，見(jiàn)表5。同時(shí)，附錄了鐵塔塔材腐蝕等級(jí)評(píng)定規(guī)則參照照片，見(jiàn)圖9～11。

表5 輸電線路鐵塔腐蝕等級(jí)評(píng)定規(guī)則Tab. 5 Evaluation rules for corrosion grade of transmission line tower

(a) 低倍 (b) 高倍圖9 腐蝕等級(jí)1級(jí)(輕微腐蝕)參照照片F(xiàn)ig. 9 Reference photos for corrosion grade 1 (slight corrosion)：(a) low magnification; (b) high magnification

(a) 低倍 (b) 高倍圖10 腐蝕等級(jí)2級(jí)(部分腐蝕)參照照片F(xiàn)ig. 10 Reference photos for corrosion grade 2 (local corrosion)：(a) low magnification; (b) high magnification

(a) 低倍 (b) 高倍圖11 腐蝕等級(jí)3級(jí)(完全腐蝕)參照照片F(xiàn)ig. 11 Reference photos for corrosion grade 3 (full corrosion)：(a) low magnification; (b) high magnification

為確保評(píng)定規(guī)則易于輸電線路技術(shù)監(jiān)督人員掌握和熟練運(yùn)用，并能在現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確、快速地對(duì)輸電線路鐵塔塔材的腐蝕程度等級(jí)進(jìn)行評(píng)定，該評(píng)定規(guī)則借鑒了GB/T 1766-2008《色漆和清漆涂層老化的評(píng)級(jí)方法》標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)級(jí)規(guī)則表示方法，以0至3的數(shù)字等級(jí)來(lái)評(píng)定腐蝕等級(jí)：0表示無(wú)腐蝕；1表示輕微腐蝕；2表示部分腐蝕，3表示完全腐蝕。同時(shí)，在兩個(gè)等級(jí)間可以采用半級(jí)對(duì)塔材的腐蝕等級(jí)做出更為精確評(píng)定。如同一塔材存在腐蝕程度不同的現(xiàn)象，應(yīng)以腐蝕程度嚴(yán)重的級(jí)別作為評(píng)定結(jié)果，并以文字描述其不均勻性。

4 結(jié)論

(1) 輕微腐蝕塔材表面呈灰色或深灰色，熱鍍鋅層完整，個(gè)別位置存在單個(gè)銹點(diǎn)。隨機(jī)檢測(cè)的熱鍍鋅層剩余厚度平均值不小于35 μm，不低于GB/T 2694-2010《輸電線路鐵塔制造技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的熱鍍鋅層厚度的30%，能夠?qū)w起到有效保護(hù)。在實(shí)際運(yùn)行條件下，仍然能夠繼續(xù)保護(hù)基體，進(jìn)行常規(guī)的運(yùn)行監(jiān)督；

(2) 部分腐蝕塔材表面呈灰色或暗灰色，熱鍍鋅層已不完整，局部出現(xiàn)腐蝕區(qū)域或連續(xù)多個(gè)銹點(diǎn)。隨機(jī)檢測(cè)的熱鍍鋅層剩余厚度平均值小于15 μm，低于GB/T 2694-2010《輸電線路鐵塔制造技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的熱鍍鋅層厚度的10%，熱鍍鋅層能夠?qū)w的保護(hù)有限。在實(shí)際運(yùn)行條件下，基體將被腐蝕，需將腐蝕情況上報(bào)并縮短巡視周期并監(jiān)督運(yùn)行，列入年度檢修計(jì)劃，進(jìn)行防腐蝕處理；

(3) 完全腐蝕塔材表面呈棕紅色，熱鍍鋅層已基本消失，基體大面積裸露，布滿大量可見(jiàn)銹點(diǎn)或存在大面積紅銹區(qū)域。在實(shí)際運(yùn)行條件下，基體將被快速腐蝕，需將腐蝕情況上報(bào)并立即進(jìn)行表面防腐蝕或者更換處理。

[1] 何長(zhǎng)華. 輸電線路鐵塔用鋼的發(fā)展趨勢(shì)[J]. 電力建設(shè),2010,31(1):45-48.

[2] 李金桂，趙閨彥. 腐蝕和腐蝕控制手冊(cè)[M]. 北京：國(guó)防大學(xué)出版社,1988:381-386.

[3] 陳云，強(qiáng)春媚，王國(guó)剛，等. 輸電鐵塔的腐蝕與防護(hù)[J]. 電力建設(shè).2010，31(8)：55-58.

[4] PAREJA R ROMERO,IBANEG R LOPEZ,MARTIN F,et al. Corrosion behavior of zirconia′s barrier coa-tings on galvanized steel[J]. Surface & Coatings Technology,2006,200:6606-6610.

[5] SHIBLI S M A，JAYALEKSHMI A C，REMYA R. Electrochemical and structural characterization of the mixed oxides-reinforced hot-dip zinc coating[J]. Surface & Coatings Technology,2007,201:7560-7565.

[6] BASTOS A C，F(xiàn)ERREIA M U S，SIMOES A M. Comparative electrochemical studies of zinc chromate and zinc phosphate as corrosion inhibitors for zinc[J]. Progress in Organic Coatings，2005,52:339-350.

[7] ARAMAKI K. The Inhibition effects of chromate-free，anion inhibitors on corrosion of zinc in aerated 0.5 M NaCl[J]. Corrosion Science，2001,43:591-604.

EvaluationRulesforCorrosionGradeofTransmissionLineTower

LIU Shuang, HU Xinfang

(Electric Power Research Institute, State Grid Shandong Electric Power Company, Jinan 250002, China)

The estimation rules for corrosion grade of transmission line tower and processing suggestions were proposed, according to the residual thickness of hot dip galvanized coatings and the corrosion morphology of the tower material surface observed by visual inspection, and taking the surface corrosion degree evaluation and coating aging rating method of national standard as references. These rules are easy to be mastered and applied by supervision technician of transmission line, and make them rank corrosion grade of transmission line tower fast and accurately on the spot, and take a further processing scheme.

transmission line tower; corrosion; corrosion grade; hot dip galvanized coating; evaluation rule

10.11973/fsyfh-201712014

TG174

B

1005-748X(2017)12-0969-05

2016-01-29

劉 爽(1982-)，高級(jí)工程師，碩士，從事電網(wǎng)金屬材料的檢測(cè)、腐蝕與防護(hù)及重要金屬部件的失效分析，18660804182， 87946904@qq.com