水电站金属结构的防腐蚀方法

水电站金属结构的防腐蚀方法

郭天佑

郭天佑

中国电建西北勘测设计研究院有限公司陕西西安710000

摘要：水电站的金属结构是水电工程的重要组成部分，维持着水电站的正常运行。然而每个水电站都有大量的金属结构受到大气、水以及泥沙等介质的腐蚀与磨损，必须采取周期性的防腐蚀处理。本文从金属结构的腐蚀环境的角度，阐述了以涂层保护为主的可行性较高的防腐蚀方法。

关键词：水电站金属结构防腐蚀方法

在水电工程中，金属结构的腐蚀是不可避免的影响水电站正常运转的危害。大量的金属结构通常会长期处于水中、大气环境中或者干湿交替的环境中，遭受水质、水生物、大气、阳光以及泥沙等介质的侵蚀。腐蚀会使金属以及涂层遭到破坏，影响内部结构强度以及防腐蚀效果。根据金属结构的腐蚀环境，其主要方式为水下磨损腐蚀与气蚀、大气腐蚀以及干湿交替腐蚀。针对不同的腐蚀环境制定适宜的防腐蚀方法，有利于防腐蚀效果最大化。

一、水下磨损腐蚀与气蚀

对于暴露于水中的金属结构，泥沙含量、磨损程度、气蚀作用影响以及总运转时间等因素共同影响其磨损腐蚀与气蚀的程度，进而影响检修与防护周期，通常周期为10年。该腐蚀环境下的主要防腐蚀方法包括有机及无机涂料、热喷涂金属层、热喷涂金属层及有机涂料复合保护层，以及无机物填料涂层。

有机及无机涂料

早时期常用的的红丹防锈漆涂层以及氯化橡胶铝粉漆涂层由于防腐蚀效果不明显停止使用后，由于不同部分的防腐蚀要求不一致，采取了针对性的防腐蚀保护层。枢纽闸门的底涂层为无机富锌类涂料，面涂层是抗磨蚀性强的环氧类涂料，增强了闸门的耐磨损性以及防腐蚀性。同时对于小流速或静水环境中的闸门，用热喷涂锌层以及有机涂料封闭的复合保护层。

热喷涂金属层

常见热喷涂金属层选用金属锌，并用环氧型涂料进行面涂层的封闭，使耐腐蚀性与耐磨损性增强，并通过控制金属表面与锌层、锌层与面涂层的结合程度，提升综合防腐蚀性能。为有效提高金属表面与锌层的紧密程度，在热喷涂前必须进行金属表面预处理，常为石英砂与刚玉砂除锈，直至表面粗糙度达到理想要求。在实际进行中也要控制各工序的时间间隔、环境温度以及各工序的工艺技术要求。

环氧金刚砂涂层

环氧金刚砂涂层的防磨蚀性能优良，且通过对涂层有效覆盖率的检测发现该涂层有效时间长，且成本不高。主要适合于高流速水流环境，常用于座环、导叶、水轮机叶片、金属体迎水面等部位。

热喷碳化钨层

热喷碳化钨层常与环氧液渗透保护层组合防腐蚀，主要优点是强抗气蚀性与高耐磨损性，但是成本较高。该方法适合小范围用于水轮机叶片以及叶片缘，或者其他高流速水流区的金属结构体。

防腐蚀方法比较

上述防腐蚀方法的成本差距大，环氧金刚砂涂层、热喷碳化钨层以及其他高效涂层的成本高，必须小范围选择性使用，应用于高流速区域。而环氧型涂料层的成本低，适用于拦污栅、闸门等检修周期较短、更换频繁的金属结构体。拦污栅一般以九年为检修周期，门型矫正、断栅条更换、栅体防腐蚀层更换等检修项目决定了有机及无机的涂料足够满足其在周期内的要求。对于水利枢纽类的闸门部位，底涂层为无机或环氧类富锌涂料，中间涂层为环氧类云铁涂料、面涂层为耐磨性环氧类涂料，防腐蚀性能也可以通过检验。

二、大气腐蚀

裸露于大气环境中金属结构一般为门式及桥式起重机、清污机械、主变压器的外壳部分以及钢结构桥梁等。大气腐蚀环境中的金属结构主要遭受大气、阳光、降水、尘土等各方面因素腐蚀，一般为均匀腐蚀。由于金属材质与性状及具体环境的区别，斑状腐蚀以及缝隙腐蚀也会发生。

露天条件下的防腐蚀方法常用耐候防腐涂层，并且要求现场施工，且只能用手工除锈方式进行金属表面除锈，这意味着金属表面的预处理的难度增大，而异形结构的彻底的除锈处理更是难上加难。耐候防腐涂层以有机涂料为主，常常用环氧富锌涂料、环氧云铁涂料以及丙烯酸聚氨酯涂料作为底、中间、面涂层。经检测，该有机涂层并无脱皮、粉化、变色等失效性特征，同时成本与效果均可观。其中，环氧富锌涂料的优良附着力有助于与金属表面的接合；丙烯酸聚氨酯涂料价格适中、耐候性能高、色感饱满度高、有较好的修饰效果。同样可以考虑的是氯化橡胶涂料，其干燥快、附着力强、可以与多种涂层接合使用，耐日晒的同时具有良好的保色、保光性以及抗粉化性。

三、其他防腐蚀方法

相比以上常见的有机及无机涂料法以及热喷涂金属层法，金属结构防腐蚀法还有电化学法、合金保护法。

电化学法

电化学法将水电站金属结构看做阴极，通过降低金属失去电子的速率使其处于稳定的饱和或是剩余状态，由此降低被腐蚀的可能性。外加电流法和牺牲阳极法都属于电化学保护阴极法。

外加电流法是寻找金属活泼型低于将该金属结构体的辅助材料作为阳极，与金属材料相连，并外加直流电使其形成通路，从而牺牲阳极保护阴极。但该方法虽然防腐周期较长，但管理较复杂、维修成本较高。牺牲阳极法是将金属活泼型高于将该金属结构体的辅助材料与金属材料相连形成通路，从而形成原电池系统。辅助材料的电子将转移到金属结构上，从而保护金属结构。该方法管理方便且成本低，但是有效年限较短。

合金保护法

通过在被保护的金属结构体镀合金这一传统方式，可以在金属表面形成一层致密的氧化物膜，并形成物理隔离层，从而有效避免金属结构发生电化学腐蚀，提高抗腐蚀能力。该方法常用铝合金以及成膜工艺。

四、结论

水电工程建设的寿命与金属结构的状态息息相关，为我国工程建设的长远利益，要强化金属防腐蚀的意识，加强金属结构的防腐蚀研究，同时加强金属结构腐蚀性的检测力度，从而提高金属结构防腐性以及水利水电工程的运行寿命。

参考文献：

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