水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的腐蝕檢測(cè)與維護(hù)研究

呂品正，杜佼偉，劉 亮

（1.陜西能源電力運(yùn)營(yíng)有限公司，陜西 西安 710016；2.四川華能涪江水電有限責(zé)任公司，四川成都 610041）

水電站金屬結(jié)構(gòu)（包括鋼閘門(mén)、攔污柵及其門(mén)槽埋件等）長(zhǎng)期處于干濕交替、浸沒(méi)水下及水流沖刷等環(huán)境中，受到大氣、日光、溫度和水生物的侵蝕，以及泥沙和其它漂浮物的沖擊摩擦，使鋼材表面極易發(fā)生腐蝕。鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕后承載強(qiáng)度會(huì)逐漸降低，嚴(yán)重地影響工程的安全運(yùn)行。為了有效控制鋼材的腐蝕，延長(zhǎng)相應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)備的使用壽命，必須采取有效的防腐措施。

1 水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的腐蝕檢測(cè)主要內(nèi)容分析

1.1 常見(jiàn)檢測(cè)方法

1.1.1 超聲波測(cè)厚法

該方法主要依托超聲波脈沖反射原理完成金屬結(jié)構(gòu)的厚度測(cè)量，以此判斷水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備是否存在腐蝕。實(shí)踐中，探頭發(fā)出超聲波脈沖，在其通過(guò)被檢測(cè)物體達(dá)到材料分界面時(shí)，脈沖會(huì)被反射回探頭，此時(shí)，可以根據(jù)超聲波在材料中傳播的時(shí)間長(zhǎng)度測(cè)量與分析，完成被檢測(cè)材料實(shí)際厚度的確定。對(duì)于超聲波測(cè)厚法來(lái)說(shuō)，其屬于無(wú)損接檢測(cè)方法，在當(dāng)前的水電站金屬結(jié)構(gòu)腐蝕檢測(cè)中極為常用，測(cè)量精度極高，可以達(dá)到0.01mm。實(shí)踐中，可以直接完成無(wú)縫鋼管壁厚的測(cè)定。

1.1.2 腐蝕深度測(cè)量法

腐蝕坑深度是表征材料局部腐蝕程度的重要參數(shù)，也是國(guó)標(biāo)中要求測(cè)量的參數(shù)[1]。腐蝕坑深度測(cè)量可采取腐蝕坑深度儀法、顯微鏡法、超聲波測(cè)厚、焊縫檢驗(yàn)尺等方法。對(duì)于腐蝕深度測(cè)量法來(lái)說(shuō)，其主要依托對(duì)的腐蝕坑深度這一參數(shù)的檢測(cè)，完成對(duì)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備腐蝕情況的確定，直接使用數(shù)據(jù)表示出相應(yīng)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的銹蝕量。當(dāng)前，常使用焊縫檢驗(yàn)尺、腐蝕坑深度儀完成對(duì)腐蝕坑深度的測(cè)量，其中，焊縫檢驗(yàn)尺的精度為0.05mm，腐蝕坑深度儀的精度可以達(dá)到0.01mm。

1.1.3 腐蝕曲線法

依托腐蝕曲線，可以直觀的表達(dá)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備表面的腐蝕狀態(tài)以及類(lèi)型，在當(dāng)前的腐蝕檢測(cè)實(shí)踐中，腐蝕曲線法普遍配合上文中提出的超聲波測(cè)厚法、腐蝕深度測(cè)量法這兩種方法進(jìn)行使用。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)腐蝕曲線的直觀程度更高時(shí)，表明水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備中存在的腐蝕類(lèi)型相對(duì)單一；而若是該曲線具有一定的復(fù)雜性，則可以判斷存在于水電站金屬設(shè)備中的腐蝕類(lèi)型呈現(xiàn)出多樣化趨勢(shì)。

1.2 數(shù)據(jù)處理技術(shù)

1.2.1 列表法

在該方法中，所有在腐蝕檢測(cè)中獲取到的數(shù)據(jù)均以表格的形式體現(xiàn)，一般來(lái)說(shuō)，需要在列表中體現(xiàn)出腐蝕速度的平均值、腐蝕速度的最大值、平均腐蝕率、蝕余厚度平均值等數(shù)據(jù)。同時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備/構(gòu)件/位置的蝕余厚度低于6mm，則可以判斷該結(jié)構(gòu)報(bào)廢，需要進(jìn)行更換并在列表中體現(xiàn)。對(duì)于列表法來(lái)說(shuō)，其體現(xiàn)出的數(shù)據(jù)信息量更大，且直觀性相對(duì)較強(qiáng)，可以直接為強(qiáng)度的復(fù)核計(jì)算提供數(shù)據(jù)支持，并直接以數(shù)據(jù)的形式體現(xiàn)出水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的完整、真實(shí)腐蝕情況。

1.2.2 對(duì)比圖法

通過(guò)對(duì)比圖法的應(yīng)用，可以更加直觀的了解到水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的腐蝕現(xiàn)狀，明確金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的原始厚度以及平均蝕余厚度，以此完成對(duì)腐蝕速度的確定。通常情況下，對(duì)比圖法需要配合列表法一同使用，對(duì)列表法中所展示出的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充、輔助說(shuō)明。

1.2.3 直方圖法

參考腐蝕檢測(cè)中各種數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)計(jì)表，能夠完成不同水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備銹蝕量頻數(shù)分布直方圖、主要構(gòu)件總體腐蝕量頻數(shù)分布直方圖的制作，以此完成對(duì)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備主要腐蝕情況、不同構(gòu)件的腐蝕情況、最大腐蝕速度等數(shù)據(jù)的確定與直觀顯示。在分析直方圖中，當(dāng)觀察到水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的腐蝕量在某處頻數(shù)達(dá)到最大（如1mm處），則可以判定其普遍腐蝕程度為1mm左右。該方法也需要配合列表法進(jìn)行使用。

2 水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的防腐處理及維護(hù)策略探究

2.1 水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的防腐維護(hù)技術(shù)

2.1.1 涂料保護(hù)法

該方法主要依托在水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的表面刷涂一層防腐涂料作為保護(hù)膜，以此隔絕外部電解質(zhì)與金屬表面之間的接觸，降低水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備腐蝕問(wèn)題的發(fā)生概率。相比于其他的防腐維護(hù)技術(shù)來(lái)說(shuō)，涂料保護(hù)法的操作更為簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低，但是保護(hù)周期較短，一般在5~10年左右。當(dāng)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境良好，檢修方便且對(duì)保護(hù)年限的實(shí)際要求不高時(shí)，可以選擇涂料保護(hù)法實(shí)現(xiàn)防腐處理。

在當(dāng)前的水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備防腐實(shí)踐中，常用的防腐涂料包括環(huán)氧樹(shù)脂涂料以及不銹鋼粉末。其中，環(huán)氧樹(shù)脂涂料擁有極強(qiáng)的物理機(jī)械性能以及金屬附著力，耐油性、耐化學(xué)藥品性相對(duì)較強(qiáng)，且具備極高的耐堿性。而不銹鋼粉末是最近今年興起的一種金屬防腐涂料，具有極強(qiáng)的不活潑性，特別是在高溫強(qiáng)蝕環(huán)境中的防護(hù)性極好[2]。

2.1.2 金屬熱噴法

使用電位高于待保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)的金屬鍍?cè)诮Y(jié)構(gòu)表面，促使基本金屬轉(zhuǎn)變?yōu)槲㈦姵氐年帢O，以此達(dá)到對(duì)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)的效果，降低其腐蝕程度。同時(shí)，在金屬熱噴法的支持下，水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備表面與外界環(huán)境隔絕，此時(shí)鍍上的金屬層也發(fā)揮出“保護(hù)層”的效果，也可以視為基于金屬保護(hù)層的涂料保護(hù)法。對(duì)于金屬熱噴法來(lái)說(shuō)，其防腐蝕的效果更為明顯，且保護(hù)周期較長(zhǎng)，一般可以達(dá)到15年以上。當(dāng)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備運(yùn)行于水下或干濕交替的惡劣環(huán)境中時(shí)，可以選擇金屬熱噴法實(shí)現(xiàn)防腐處理。

2.1.3 電化學(xué)法

在現(xiàn)階段的水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備防腐處理實(shí)踐中，常用的電化學(xué)法包括犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法以及外加電流法。其中，犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法主要將待保護(hù)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)殛帢O，引入電位更低的金屬，將其與被保護(hù)金屬相連且放入同一環(huán)境中，以此構(gòu)建起原電池系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)陰極的保護(hù)。該方法的成本更低、管理維護(hù)難度不高，但是保護(hù)周期較短，一般在10年左右。外加電流法與犧牲陽(yáng)極的保護(hù)法原理具有一致性，區(qū)別在于使用高電位金屬與導(dǎo)線，利用導(dǎo)線連接待保護(hù)金屬與高電位金屬，促使待保護(hù)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)殛帢O而受到保護(hù)。該方法的管理維護(hù)難度較大，但是保護(hù)周期更長(zhǎng)。當(dāng)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于電解質(zhì)液的環(huán)境中（如海水、工業(yè)污染嚴(yán)重的水域等）時(shí)，可以選擇電化學(xué)法實(shí)現(xiàn)防腐處理。

2.1.4 不銹鋼復(fù)合材料

不銹鋼復(fù)合材料的應(yīng)用也能夠達(dá)到對(duì)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備展開(kāi)防腐處理的效果，當(dāng)前，最為常見(jiàn)的方法為玻璃鋼防腐。實(shí)踐中，主要利用玻璃鋼對(duì)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備進(jìn)行包裹，形成保護(hù)層，促使金屬表面與介質(zhì)分隔。由于玻璃鋼具有極強(qiáng)的耐腐蝕請(qǐng)，且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)海水、工業(yè)污染的有效防護(hù)，因此整體防腐效果良好。但是，其成本相對(duì)較高，且容易與水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的表面貼合度偏低，因此并不適合在當(dāng)前廣泛應(yīng)用。當(dāng)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的檢修難度相對(duì)加較大（或是其中某一部位的檢修難度較大）時(shí)，依托不銹鋼復(fù)合材料的防腐處理更為適用。

2.2 水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的防腐處理要點(diǎn)

2.2.1 基體表面預(yù)處理

閘門(mén)、鎖錠裝置及其埋件表面預(yù)處理均需要使用噴砂除銹方法；在噴砂前，必須要對(duì)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的表面展開(kāi)脫脂凈化，仔細(xì)清除焊渣、飛濺等附著物，并清洗掉基體表面可見(jiàn)的油脂及其他污物；表面預(yù)處理后應(yīng)用吸塵器或干燥、無(wú)油的壓縮空氣清除浮塵和碎屑，清理后的表面不得用手觸摸；涂裝前如發(fā)現(xiàn)表面被污染或返銹，應(yīng)重新處理到原除銹等級(jí)。依托這樣的預(yù)處理，能夠促使防腐涂層與金屬結(jié)構(gòu)表面之間的接觸更為牢固、貼合，達(dá)到提升水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備防腐處理效果的目標(biāo)。

2.2.2 熱噴涂施工

實(shí)踐中，需要重點(diǎn)把握的操作要點(diǎn)內(nèi)容如下所示：噴涂用的壓縮空氣應(yīng)清潔、干燥；壓力不得小于0.4Mpa；噴涂距離100mm~200mm；噴射角度盡可能與基體表面成直角，不得小于45°；噴槍移動(dòng)速度應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定在一次噴涂操作厚度可以達(dá)到25m~80m的水平；各噴涂帶之間需要保留不低于三分之一的寬度重疊，厚度要盡可能保持均勻；噴涂時(shí)，各噴涂層之間的噴槍走向應(yīng)相互垂直，交叉覆蓋；當(dāng)涂層的表面溫度降到70°C以下時(shí)，再展開(kāi)下一層的噴涂操作。

2.2.3 防腐檢查工作

在防腐檢查工作的落實(shí)中，一方面要根據(jù)所有信息的管理方法與建設(shè)依據(jù)，分析所有設(shè)施的防腐性能能否根據(jù)現(xiàn)有的管理工作方法和方案得到信息，另一方面要根據(jù)各類(lèi)設(shè)施的當(dāng)前建設(shè)方法與已經(jīng)取得的處理結(jié)果，研究當(dāng)前相關(guān)設(shè)施的處理成果，并且所有設(shè)施的專(zhuān)業(yè)化使用方法，對(duì)其進(jìn)行選擇。比如對(duì)于熱噴涂處理工作中，要研究所有的處理工作方法、處理結(jié)果、處理工作信息的配置方法，研究當(dāng)前的所有熱噴涂處理工作的取得結(jié)果，研究在當(dāng)前的工程施工階段，所取得的各類(lèi)信息能否正常運(yùn)行。此外在所有器件的專(zhuān)業(yè)化使用過(guò)程中，必須要根據(jù)所有這類(lèi)專(zhuān)業(yè)化設(shè)施的處理工作成果，研究是否真正按照專(zhuān)業(yè)化的技術(shù)使用工作方法、管理預(yù)案和處理工作體系，研究在目前的信息處理和信息分析過(guò)程中，能否完全按照現(xiàn)有的管理工作方案得到專(zhuān)業(yè)方案，以確保在目前的工作中，選用的設(shè)備質(zhì)量可以符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.4 日常檢查工作

在日常性的檢查工作落實(shí)中，要全面完成在目前的日常性檢查過(guò)程中，針對(duì)各類(lèi)新型信息和數(shù)據(jù)的處理方法，從而全面按照日常性的管理工作方法、管理預(yù)案以及金屬材料的腐蝕參數(shù)，研究在目前的信息處理和信息的研究過(guò)程中，能否按照日常性的檢查工作方案，研究現(xiàn)有工程數(shù)據(jù)和工程項(xiàng)目的建設(shè)方案中，是否存在不正常的金屬材料腐蝕問(wèn)題。此外在所有的日常性檢查工作中，需要完全按照現(xiàn)有的管理工作方法，得到各類(lèi)專(zhuān)業(yè)性的處理結(jié)果，從而讓日常性的檢查工作結(jié)果必須要能夠跟蹤與驗(yàn)證。此外在日常性的檢查工作中，要求派遣的檢查人員和工作數(shù)據(jù)中，都必須要完全順應(yīng)現(xiàn)有的管理決策和工作方法，并且觀察到的腐蝕狀況都要經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確記錄，之后把所有取得的管理數(shù)據(jù)都輸入到信息化系統(tǒng)中，按照這類(lèi)數(shù)據(jù)分析是否有必要填補(bǔ)防銹層。

3 總結(jié)

綜上所述，依托腐蝕檢測(cè)，結(jié)合列表法、對(duì)比圖法、直方圖法對(duì)數(shù)據(jù)信息的處理與呈現(xiàn)，能夠明確水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的腐蝕現(xiàn)狀以及需要更換的構(gòu)件設(shè)備。在不同的水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備運(yùn)行條件下，通過(guò)涂料保護(hù)法、金屬熱噴法、電化學(xué)法、不銹鋼復(fù)合材料的合理選用，提升了防腐處理的效率效果，推動(dòng)了水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備防腐蝕保護(hù)工作的升級(jí)。