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【摘要】水电站金属结构物及埋件是水电站设备的重要组成部分。大型水电站都有上万吨金属结构件，由于它们露裸在水中或暴露在大气环境下，长期受到各种介质的腐独，将造成金属物强度降低和影响设施的正常使用。因此，必须对这些金属结构物及埋件进行周期性检修和防腐蚀保护。文章介绍了某水利枢纽金属结构物及埋件的检修和防腐蚀保护方法，防腐蚀材料的选用及效果，希望对相关领域的研究和实践具有一定的作用。
【关键字】水电站，金属结构，埋件，防腐蚀，方法
中图分类号：[TM622] 文献标识码：A 文章编号：
一．前言
某水利枢纽是以防洪、通航、发电为主要效益的特大型水利工程。大坝及电站建筑中有大量的闸门、拦污栅、门机、钢管、铁塔及门槽埋件等，这些上万吨金属结构件长期露裸在水中或暴露在大气环境下，受到泥砂、水流、水生物、大气等各种介质的腐蚀与磨损，破坏防腐涂层及金属体，影响结构物强度和正常运行。该水利枢纽金属结构物及埋件腐蚀按运行工况及所处环境主要分为水下腐蚀磨损与气蚀、水面干湿交替腐蚀、大气腐蚀等。在工程建造和运行管理上，不同腐蚀环境下的水工金属结构物及埋件采用了相适应的防腐蚀方法和维护措施，取得了比较好的防腐蚀成效。
二．水下腐蚀磨损与气蚀环境下金属结构物及埋件的防腐蚀
1．有(无)机涂层
该水利枢纽的水下钢结构在20世纪80年代制造安装和投运初期时采用了红丹防锈漆涂层加氯化橡胶铝粉漆涂层进行防腐蚀,其防腐蚀性能并不理想,以后不再采用。工程建设后期,对处于静水中或小流速环境下的闸门采用了热喷涂锌层覆盖加有机涂料封闭的方法, 10多年的运行检查显示,复合保护涂层的底层基本完好,防腐蚀抗蚀效果比较理想。大坝泄水检修门曾采用玻璃钢层防腐蚀,但是门体棱边的玻璃钢层容易产生暴裂和破损。
部分弧形工作闸门、检修门及拦污栅采用过无机富锌类涂料层防腐蚀,但运行1至2a后就出现了较多的锈斑。随后,枢纽闸门的防腐蚀改用无机富锌类涂料做底涂层,采用抗磨蚀性好的环氧类涂料做面涂层,耐蚀性及防腐蚀效果比较好。
2．热喷涂金属层
金属结构物经过热喷锌层覆盖后,其耐腐蚀性得到提高,但锌层的抗磨蚀性差,采用抗磨蚀性好的环氧类涂料做面涂层封闭后,其综合防腐蚀性能明显提高。喷锌层的耐腐蚀性效果在于锌层必须与金属基体以及锌层与涂料封闭层牢固结合。因此,金属结构物热喷锌层覆盖前的预处理采用喷射钢砂或刚玉砂、石英砂除锈,除锈程度和表面粗糙度应达到Sa25至30级,对表面预处理与热喷锌层、涂料层封闭的工序间隔时间以及环境温度、湿度、热喷涂工艺、喷涂层厚度等都应进行严格控制。
3．环氧金刚砂涂层
处在高速水流区的金属结构物表面采用环氧金刚砂涂层保护,其抗磨蚀性能较突出,运行8至10a后,涂层有效覆盖率仍在95%以上。环氧金刚砂涂层防腐蚀的成本适中,比较适合在弧形闸门迎水面、水轮机叶片、座环、导叶等处使用。
4．热喷碳化钨层
热喷碳化钨层加改性环氧液渗透保护的防腐蚀方法主要适用于水轮机叶片或叶片缘,也可用于其他高速水流区的金属结构物表面,其特点是耐磨性极好、抗气蚀性强,但是造价较高。
5．热喷金属层与有(无)机涂层防腐蚀比较
环氧金刚砂涂层、热喷碳化钨层以及高效防腐蚀性涂层的施工成本都较高,环氧类涂料层防腐蚀的成本相对较低,一般用于检修周期较短、使用年限要求不高的拦污栅等。拦污栅检修周期通常为10a左右,检修时需要做门形矫正、断栅条的检修、滑块等支撑件更换以及栅体的防腐蚀。因此,金属结构物采用有(无)机涂料层,其8至10a的有效保护期能够满足防腐蚀要求。
该水利枢纽对水下闸门体采用环氧富锌类涂料或无机富锌类涂料做底涂层、环氧云铁类涂料做中间涂层,面涂层采用改性耐磨环氧类涂料或底涂层采用重防腐蚀环氧涂料+面涂层重防腐蚀环氧厚浆型涂料保护,经过5至8a运行后观察,金属表面的防腐蚀涂料层保存面积仍达85%以上。该水利枢纽水下腐蚀磨损与气蚀环境下金属结构物及埋件的現行防腐蚀保护方案如表1。
表一 金属结构物水下防腐表
三．大气环境下金属结构物防腐蚀
该水利枢纽大气环境下的金属结构物主要有门机、桥机、清污机、启闭机、主变压器外壳以及高压线塔、开关站钢构件、钢结构桥梁等。露天环境下的金属结构物受到太阳光、大气湿度、降水量、风尘以及大气中腐蚀物质等的综合因素影响，主要产生均匀腐蚀。金属结构物材质、形状和环境的不同，也会产生斑状腐蚀和缝隙腐蚀。
1.露天环境下的金属结构物防腐蚀主要采用防腐耐候性涂料。这些金属结构物的防腐蚀工程大多数需要在设备现场施工，受环境条件限制，涂装前的金属表面除锈处理一般采用手工机械方法。因此，这些设备的金属表面手工除锈应彻底，特别是那些形状起伏突变、深凹隐藏的易锈结构部位更要除锈干净。
2.该水利枢纽大气环境下金属结构物的现行防腐蚀材料以有机涂料为主。大部分金属结构物外表采用底涂环氧富锌涂料、中涂环氧云铁防锈涂料、面涂丙烯酸聚胺醋涂料，防腐时效可以达到10年。在门机、清污机等设备上使用环氧类涂料作底涂和丙烯酸聚胺醋涂料作面涂后防腐蚀效果良好，运行5年后，无脱皮、无起泡、无粉化，涂层完好、色感饱满。
3.环氧类涂料、特别是环氧富锌涂料作为底涂层具有良好的附着力，与金属面接合力好;丙烯酸聚胺醋涂料用作面涂，涂料价格适中，耐候保色性好，能够起到很好的大气环境下的金属结构防腐蚀作用，而且金属设备表面的装饰效果也很好。氯化橡胶涂料用作面涂层也有较好的耐候性，且价格也较低。大气环境下金属结构物防腐蚀汇总表(见表2)。
表二大气环境下金属结构物防腐表
四．结论
1．水下腐蚀磨损环境下金属结构物的防腐蚀主要采取涂层保护方式
高速水流区的金属结构物使用环氧金刚砂涂层防腐蚀保护,具有极好的抗冲磨耐腐蚀效果,防腐蚀成本也适中。热喷碳化钨层保护具有很好的抗冲磨耐腐蚀效果,可用于水轮机叶片表层保护,也可在一些高速水流区、不易更换维修的闸门平面轨道钢板等金属结构物上使用。
2．静水中或小流速环境下的闸门体宜采用热喷锌加涂料封闭的防腐蚀方法,也可以采用底涂层无机富锌或环氧富锌涂料、面涂层耐磨环氧类涂料的防腐蚀方法。
3．大气环境下金属结构物的防腐蚀以有机涂料层为主。金属结构物外表采用底涂层环氧富锌涂料、中涂层环氧云铁防锈涂料、面涂层丙烯酸聚氨酯涂料的保护方法能够取得比较好的防腐蚀和设备装饰效果。
4．金属表面预处理直接影响到金属结构物涂层的防腐蚀效果,除锈程度和表面粗糙度宜达到Sa25或St3级标准,表面预处理与热喷锌层、涂料封闭层施工工序的间隔时间、施工环境温度与湿度、热喷涂工艺、喷(刷)涂层厚度等应严格控制。此外,水下金属结构物防腐蚀的有机涂层干膜总厚度一般不应小于250μm。
五．结束语
水电站金属结构物防腐是水水电站管理工作中一项重要内容，防腐工作不合格能直接影响到水利工程的安全。防腐工作的操作过程要严格控制，要按照金属结构物所处环境选择相适宜的材料和方法。
参考文献：
[1]王兴旺 泽城西安水电站(二期)导流洞进出口段闸门及埋件防腐蚀施工及质量控制山西水利科技2012-08-20期刊
[2]张为明; 张世萍 三峡水电站二期泄洪坝段金属结构埋件安装技术综述水力发电2010-02-12期刊
[3]黄伟箓 谈水利工程闸门的技术安装与质量控制——以广西红水河桥巩水电站工程为例企业科技与发展2009-05-20期刊
[4]刘畅快; 刘诚; 张壮志 葛洲坝水利枢纽泄洪、冲砂闸金属结构防腐技术研究大坝与安全2007-04-08期刊
[5]韦家森; 罗昭秋; 覃如柏 昭平水电站机械、电气及金属结构安装广西水利水电1999-12-30期刊
[6]任淑娟; 杜培文; 许志刚; 刘天政 南水北调东线第一期工程金属结构总体设计与研究水利规划与设计2006-05-01期刊
[7]张广川; 邹锋 波波娜水电站金属结构的布置与设计水工机械技术2008年论文集2007-09-01中国会议
【关键字】水电站，金属结构，埋件，防腐蚀，方法
中图分类号：[TM622] 文献标识码：A 文章编号：
一．前言
某水利枢纽是以防洪、通航、发电为主要效益的特大型水利工程。大坝及电站建筑中有大量的闸门、拦污栅、门机、钢管、铁塔及门槽埋件等，这些上万吨金属结构件长期露裸在水中或暴露在大气环境下，受到泥砂、水流、水生物、大气等各种介质的腐蚀与磨损，破坏防腐涂层及金属体，影响结构物强度和正常运行。该水利枢纽金属结构物及埋件腐蚀按运行工况及所处环境主要分为水下腐蚀磨损与气蚀、水面干湿交替腐蚀、大气腐蚀等。在工程建造和运行管理上，不同腐蚀环境下的水工金属结构物及埋件采用了相适应的防腐蚀方法和维护措施，取得了比较好的防腐蚀成效。
二．水下腐蚀磨损与气蚀环境下金属结构物及埋件的防腐蚀
1．有(无)机涂层
该水利枢纽的水下钢结构在20世纪80年代制造安装和投运初期时采用了红丹防锈漆涂层加氯化橡胶铝粉漆涂层进行防腐蚀,其防腐蚀性能并不理想,以后不再采用。工程建设后期,对处于静水中或小流速环境下的闸门采用了热喷涂锌层覆盖加有机涂料封闭的方法, 10多年的运行检查显示,复合保护涂层的底层基本完好,防腐蚀抗蚀效果比较理想。大坝泄水检修门曾采用玻璃钢层防腐蚀,但是门体棱边的玻璃钢层容易产生暴裂和破损。
部分弧形工作闸门、检修门及拦污栅采用过无机富锌类涂料层防腐蚀,但运行1至2a后就出现了较多的锈斑。随后,枢纽闸门的防腐蚀改用无机富锌类涂料做底涂层,采用抗磨蚀性好的环氧类涂料做面涂层,耐蚀性及防腐蚀效果比较好。
2．热喷涂金属层
金属结构物经过热喷锌层覆盖后,其耐腐蚀性得到提高,但锌层的抗磨蚀性差,采用抗磨蚀性好的环氧类涂料做面涂层封闭后,其综合防腐蚀性能明显提高。喷锌层的耐腐蚀性效果在于锌层必须与金属基体以及锌层与涂料封闭层牢固结合。因此,金属结构物热喷锌层覆盖前的预处理采用喷射钢砂或刚玉砂、石英砂除锈,除锈程度和表面粗糙度应达到Sa25至30级,对表面预处理与热喷锌层、涂料层封闭的工序间隔时间以及环境温度、湿度、热喷涂工艺、喷涂层厚度等都应进行严格控制。
3．环氧金刚砂涂层
处在高速水流区的金属结构物表面采用环氧金刚砂涂层保护,其抗磨蚀性能较突出,运行8至10a后,涂层有效覆盖率仍在95%以上。环氧金刚砂涂层防腐蚀的成本适中,比较适合在弧形闸门迎水面、水轮机叶片、座环、导叶等处使用。
4．热喷碳化钨层
热喷碳化钨层加改性环氧液渗透保护的防腐蚀方法主要适用于水轮机叶片或叶片缘,也可用于其他高速水流区的金属结构物表面,其特点是耐磨性极好、抗气蚀性强,但是造价较高。
5．热喷金属层与有(无)机涂层防腐蚀比较
环氧金刚砂涂层、热喷碳化钨层以及高效防腐蚀性涂层的施工成本都较高,环氧类涂料层防腐蚀的成本相对较低,一般用于检修周期较短、使用年限要求不高的拦污栅等。拦污栅检修周期通常为10a左右,检修时需要做门形矫正、断栅条的检修、滑块等支撑件更换以及栅体的防腐蚀。因此,金属结构物采用有(无)机涂料层,其8至10a的有效保护期能够满足防腐蚀要求。
该水利枢纽对水下闸门体采用环氧富锌类涂料或无机富锌类涂料做底涂层、环氧云铁类涂料做中间涂层,面涂层采用改性耐磨环氧类涂料或底涂层采用重防腐蚀环氧涂料+面涂层重防腐蚀环氧厚浆型涂料保护,经过5至8a运行后观察,金属表面的防腐蚀涂料层保存面积仍达85%以上。该水利枢纽水下腐蚀磨损与气蚀环境下金属结构物及埋件的現行防腐蚀保护方案如表1。
表一 金属结构物水下防腐表
三．大气环境下金属结构物防腐蚀
该水利枢纽大气环境下的金属结构物主要有门机、桥机、清污机、启闭机、主变压器外壳以及高压线塔、开关站钢构件、钢结构桥梁等。露天环境下的金属结构物受到太阳光、大气湿度、降水量、风尘以及大气中腐蚀物质等的综合因素影响，主要产生均匀腐蚀。金属结构物材质、形状和环境的不同，也会产生斑状腐蚀和缝隙腐蚀。
1.露天环境下的金属结构物防腐蚀主要采用防腐耐候性涂料。这些金属结构物的防腐蚀工程大多数需要在设备现场施工，受环境条件限制，涂装前的金属表面除锈处理一般采用手工机械方法。因此，这些设备的金属表面手工除锈应彻底，特别是那些形状起伏突变、深凹隐藏的易锈结构部位更要除锈干净。
2.该水利枢纽大气环境下金属结构物的现行防腐蚀材料以有机涂料为主。大部分金属结构物外表采用底涂环氧富锌涂料、中涂环氧云铁防锈涂料、面涂丙烯酸聚胺醋涂料，防腐时效可以达到10年。在门机、清污机等设备上使用环氧类涂料作底涂和丙烯酸聚胺醋涂料作面涂后防腐蚀效果良好，运行5年后，无脱皮、无起泡、无粉化，涂层完好、色感饱满。
3.环氧类涂料、特别是环氧富锌涂料作为底涂层具有良好的附着力，与金属面接合力好;丙烯酸聚胺醋涂料用作面涂，涂料价格适中，耐候保色性好，能够起到很好的大气环境下的金属结构防腐蚀作用，而且金属设备表面的装饰效果也很好。氯化橡胶涂料用作面涂层也有较好的耐候性，且价格也较低。大气环境下金属结构物防腐蚀汇总表(见表2)。
表二大气环境下金属结构物防腐表
四．结论
1．水下腐蚀磨损环境下金属结构物的防腐蚀主要采取涂层保护方式
高速水流区的金属结构物使用环氧金刚砂涂层防腐蚀保护,具有极好的抗冲磨耐腐蚀效果,防腐蚀成本也适中。热喷碳化钨层保护具有很好的抗冲磨耐腐蚀效果,可用于水轮机叶片表层保护,也可在一些高速水流区、不易更换维修的闸门平面轨道钢板等金属结构物上使用。
2．静水中或小流速环境下的闸门体宜采用热喷锌加涂料封闭的防腐蚀方法,也可以采用底涂层无机富锌或环氧富锌涂料、面涂层耐磨环氧类涂料的防腐蚀方法。
3．大气环境下金属结构物的防腐蚀以有机涂料层为主。金属结构物外表采用底涂层环氧富锌涂料、中涂层环氧云铁防锈涂料、面涂层丙烯酸聚氨酯涂料的保护方法能够取得比较好的防腐蚀和设备装饰效果。
4．金属表面预处理直接影响到金属结构物涂层的防腐蚀效果,除锈程度和表面粗糙度宜达到Sa25或St3级标准,表面预处理与热喷锌层、涂料封闭层施工工序的间隔时间、施工环境温度与湿度、热喷涂工艺、喷(刷)涂层厚度等应严格控制。此外,水下金属结构物防腐蚀的有机涂层干膜总厚度一般不应小于250μm。
五．结束语
水电站金属结构物防腐是水水电站管理工作中一项重要内容，防腐工作不合格能直接影响到水利工程的安全。防腐工作的操作过程要严格控制，要按照金属结构物所处环境选择相适宜的材料和方法。
参考文献：
[1]王兴旺 泽城西安水电站(二期)导流洞进出口段闸门及埋件防腐蚀施工及质量控制山西水利科技2012-08-20期刊
[2]张为明; 张世萍 三峡水电站二期泄洪坝段金属结构埋件安装技术综述水力发电2010-02-12期刊
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[7]张广川; 邹锋 波波娜水电站金属结构的布置与设计水工机械技术2008年论文集2007-09-01中国会议