紀(jì)華陽(yáng)
(首鋼京唐有限責(zé)任公司,河北 唐山 063000)
電源配電網(wǎng)是指在某種供電設(shè)備或配電設(shè)備的支撐下,按照電壓需求,逐層將電力資源分配或調(diào)度給用戶的電力網(wǎng),其中含有電纜設(shè)備、自動(dòng)開(kāi)關(guān)設(shè)備、電力補(bǔ)償設(shè)備等[1]。每個(gè)供配電設(shè)備中均含有較為精密的金屬構(gòu)件,零件按照一定的規(guī)律組合并運(yùn)行,一旦設(shè)備中的任意一個(gè)金屬零件出現(xiàn)問(wèn)題,便會(huì)導(dǎo)致電源配電網(wǎng)運(yùn)行出現(xiàn)連鎖故障。通常情況下,電源配電網(wǎng)中電機(jī)金屬零件出現(xiàn)故障問(wèn)題的原因在于,其長(zhǎng)期暴露在空氣中,金屬與大氣中的氧氣與水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),金屬零件的表層便會(huì)覆蓋一層較為緊密的半導(dǎo)體層。盡管覆蓋層在某種程度上可以起到保護(hù)電源配電網(wǎng)中電機(jī)金屬零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的作用,但保護(hù)層受到某種外界因素影響損壞后,金屬零件表層的導(dǎo)體便會(huì)與其周邊介質(zhì)發(fā)生連接作用,甚至?xí)纬梢粋€(gè)具有導(dǎo)體性能的穩(wěn)定電路[2]。上述提出的反映在電機(jī)金屬零件中被稱為電化學(xué)反應(yīng),當(dāng)發(fā)生此種反映后,金屬零件表層具有導(dǎo)電性能,人體直接觸摸會(huì)發(fā)生觸電危險(xiǎn)。長(zhǎng)期情況下,會(huì)影響到電機(jī)金屬零件的韌性、塑性與穩(wěn)定運(yùn)行能力,導(dǎo)致供配電設(shè)備無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行,從而影響到電源配電網(wǎng)的供電能力。為此,開(kāi)展電源配電網(wǎng)中電機(jī)金屬零件防腐蝕研究是十分有必要的。
在對(duì)電源配電網(wǎng)中電機(jī)金屬零件進(jìn)行深度分析的過(guò)程中發(fā)現(xiàn),電機(jī)金屬零件發(fā)生腐蝕現(xiàn)象的種類是較多的。本章將從下述四個(gè)方面,對(duì)電機(jī)金屬零件腐蝕類型進(jìn)行總結(jié)與分析。
其一為小孔腐蝕現(xiàn)象。此種腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生通常表現(xiàn)為電機(jī)金屬零件表層出現(xiàn)孔洞或不規(guī)則坑道,倘若沒(méi)有針對(duì)此種現(xiàn)象加以處理,腐蝕點(diǎn)會(huì)持續(xù)深入到金屬零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)中,對(duì)整體設(shè)備造成影響[3]。產(chǎn)生小孔腐蝕現(xiàn)象的主要原因在于金屬介質(zhì)中存在具有活性的陰離子,陰離子與金屬表層形成一種具有腐蝕性的電池,此種物質(zhì)會(huì)隨著金屬表層縫隙滲透到其內(nèi)部。
其二為縫隙腐蝕現(xiàn)象。當(dāng)金屬表層被腐蝕后出現(xiàn)細(xì)微裂痕后,金屬材料會(huì)與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng),從而形成一個(gè)相對(duì)完整的電流回路[4]。此時(shí),介質(zhì)中的電池將存在一定電位差,從而在金屬零件表層局部發(fā)生強(qiáng)腐蝕現(xiàn)象。此種現(xiàn)象常出現(xiàn)在金屬零件連接位置、金屬導(dǎo)線繞線位置、金屬墊圈位置等。
其三為應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象。在對(duì)電源配電網(wǎng)中電機(jī)金屬零件進(jìn)行焊接處理的過(guò)程中,考慮到此過(guò)程中可能存在焊接行為、焊接操作不當(dāng)?shù)葐?wèn)題,這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致金屬零件表層出現(xiàn)殘余應(yīng)力,嚴(yán)重情況下,會(huì)使金屬表層出現(xiàn)裂痕。此時(shí),腐蝕性介質(zhì)便會(huì)順著裂痕流入深處,持續(xù)對(duì)金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成腐蝕。
其四為晶間腐蝕現(xiàn)象。當(dāng)電源配電網(wǎng)中電機(jī)金屬零件表層遇到腐蝕性介質(zhì)時(shí),金屬中的晶體結(jié)構(gòu)將被破壞,甚至?xí)绊懙浇饘僦g的粘合作用力與殘余應(yīng)力[5]。此時(shí),盡管金屬表層結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生顯著性的變化,但金屬零件的內(nèi)部強(qiáng)度、聚合力等已經(jīng)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。
在完成對(duì)電機(jī)金屬零件腐蝕類型的分析后,對(duì)電機(jī)金屬零件腐蝕的危害進(jìn)行深入分析。
電機(jī)金屬零件腐蝕最顯著的危害為:弱化了電源配電網(wǎng)中電機(jī)金屬的性能,直接縮短了供配電設(shè)備的使用壽命,甚至導(dǎo)致金屬無(wú)效化,從而影響到我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)[6]。根據(jù)我國(guó)電力市場(chǎng)不完全數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),去年由于電源配電網(wǎng)中電機(jī)金屬零件腐蝕造成的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失,已超過(guò)2.0億元。此外,當(dāng)金屬零件發(fā)生腐蝕現(xiàn)象后,與之對(duì)應(yīng)的區(qū)域內(nèi)水資源、土地資源也在某種程度上受到污染。當(dāng)電機(jī)金屬設(shè)備受到嚴(yán)重腐蝕后,甚至?xí)?duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員造成人身安全的影響與威脅。
為了解決電源配電網(wǎng)中電機(jī)金屬零件腐蝕問(wèn)題,本章提出在金屬零件表層刷涂防腐蝕鍍層的方式,使金屬表層與外界呈現(xiàn)一種相對(duì)隔絕的狀態(tài)[7]。當(dāng)金屬零件表層被覆蓋上保護(hù)層后,可有效地延緩腐蝕性物質(zhì)侵入電機(jī)金屬零件的速度,通過(guò)此種方式可以達(dá)到對(duì)電機(jī)金屬零件的防腐蝕作用。
目前,使用表層刷涂防腐蝕鍍層對(duì)金屬零件進(jìn)行防腐蝕處理方法較多。應(yīng)用較多的方法有電鍍法、機(jī)械鍍層法、化學(xué)鍍層法等,其中電鍍法具有操作便捷、成本低等優(yōu)勢(shì),因此電鍍法也屬于目前我國(guó)電力市場(chǎng)內(nèi),刷涂鍍層的常用方法[8]。具體操作流程為:在電鍍?cè)O(shè)備中投放金屬零件→對(duì)金屬零件表層進(jìn)行脫脂、拋光、水洗處理→使用稀鹽酸清洗金屬零件→完成表層清洗后,在其表面刷銅(酸堿中和處理)→持續(xù)使用清水清洗金屬零件→使用“亮鉛”對(duì)金屬材料進(jìn)行水洗→脫水處理后對(duì)其進(jìn)行防止變色處理→烘干后檢驗(yàn)表層是否有未涂鍍區(qū)域。
在進(jìn)行表層刷涂防腐蝕鍍層處理的過(guò)程中,應(yīng)注意對(duì)刷涂材料的選擇。即鍍層材料的供貨商必須為與國(guó)際接軌的一流上市企業(yè);在鍍層過(guò)程中,中層鍍層材料、底層鍍層材料、表層鍍層材料,均應(yīng)當(dāng)選擇相同供貨商,避免由于材料性能差異性導(dǎo)致的鍍層效果不理想。在完成電源配電網(wǎng)中電機(jī)金屬零件的表層鍍層處理后,需要采用噴射壓縮空氣的方式,對(duì)金屬表層進(jìn)行后期清潔處理(噴射的空氣壓強(qiáng)應(yīng)當(dāng)控制在0.35MPa~0.65MPa范圍內(nèi))。此過(guò)程中,金屬零件的磨料應(yīng)當(dāng)與我國(guó)發(fā)布的GB6864-6547文件內(nèi)容相適配。處理中產(chǎn)生的磨料粉末粒徑應(yīng)控制在0.5mm~2.0mm范圍內(nèi),避免涂鍍過(guò)程中產(chǎn)生大量粉塵對(duì)空氣環(huán)境造成危害。在完成對(duì)電源配電網(wǎng)中電機(jī)金屬零件的鍍層防腐蝕處理后,采用隨機(jī)抽檢的方式,進(jìn)行金屬零件防腐蝕性能的抽檢,抽檢合格率在99.95%以上時(shí),認(rèn)為此批鍍層的金屬零件符合要求,可投入市場(chǎng)應(yīng)用。
電化學(xué)保護(hù)法是指在電化學(xué)原理的支撐下,對(duì)電機(jī)金屬零件采取對(duì)應(yīng)的處理措施,從而使金屬零件的構(gòu)成材料,成為腐蝕性電解質(zhì)中的陰極,通過(guò)此種方式,降低并抑制電解質(zhì)對(duì)金屬零件的腐蝕。對(duì)電化學(xué)保護(hù)法原理的描述可用如下圖1表示。
圖1 電化學(xué)保護(hù)法原理
按照上述圖1中描述的電化學(xué)保護(hù)法,其一可以在電機(jī)金屬零件表層進(jìn)行電流外加處理的方式,使電機(jī)金屬零件成為被保護(hù)的對(duì)象。此時(shí),金屬零件整體作為電流的陰極,通過(guò)此種方式避免金屬零件受到外界因素的影響而受到腐蝕。其二,可以通過(guò)犧牲金屬零件陽(yáng)極的方式,對(duì)其進(jìn)行保護(hù),即將金屬零件中含有的還原性能較為顯著的金屬,作為被保護(hù)級(jí),此端與被保護(hù)金屬進(jìn)行連接,形成“原電池”。在此種條件下,被保護(hù)級(jí)金屬作為負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),從而被消耗,而金屬零件作為電解質(zhì)的正極,便可以對(duì)腐蝕反應(yīng)的發(fā)生起到規(guī)避作用。目前,較為常用的犧牲陽(yáng)極材料包括Mg金屬材料、Zn金屬材料與Al金屬材料(作為陽(yáng)極)。
除上述提出的防腐蝕措施,還可采用選擇電機(jī)金屬零件構(gòu)成材料的方式,解決電源配電網(wǎng)中電機(jī)金屬零件被腐蝕問(wèn)題。其一,在選擇金屬零件構(gòu)成材料的過(guò)程中,需要對(duì)電源配電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境及其環(huán)境中存在的隱性與顯性腐蝕因素進(jìn)行調(diào)研。明確區(qū)域中對(duì)電機(jī)金屬零件造成腐蝕問(wèn)題的原因,結(jié)合實(shí)際調(diào)查結(jié)果,選擇適宜的電機(jī)金屬零件構(gòu)成材料。其二,采用構(gòu)建模擬電源配電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境的方式,對(duì)其中電力設(shè)備中電機(jī)金屬零件的腐蝕現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測(cè),并通過(guò)數(shù)值模擬的方式,對(duì)電機(jī)金屬零件腐蝕現(xiàn)象進(jìn)行描述,結(jié)合檢測(cè)結(jié)果與模擬結(jié)果,進(jìn)行電機(jī)金屬零件構(gòu)成材料的針對(duì)性選擇。其三,在選擇材料過(guò)程中,需要綜合權(quán)衡并全面考慮金屬零件構(gòu)成材料的經(jīng)濟(jì)性等綜合性能,結(jié)合實(shí)際需求,確定金屬零件的構(gòu)成材料,以此達(dá)到最終的防腐蝕目的。
本文從表層刷涂防腐蝕鍍層、引進(jìn)電化學(xué)保護(hù)法處理電機(jī)金屬零件、合理選擇電機(jī)金屬零件構(gòu)成材料等層面,對(duì)電源配電網(wǎng)中電機(jī)金屬零件防腐蝕措施展開(kāi)研究,致力于通過(guò)本文的研究,解決電機(jī)金屬零件腐蝕對(duì)電源配電網(wǎng)運(yùn)行造成的影響。