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低價中標背后的思考:火力發電廠露天鋼結構防腐技術探討及不同方案經濟比較
作者:yincheng   發布時間:2020/7/19 13:56:57   文章來源:本站   點擊率:

低價中標背后的思考:火力發電廠露天鋼結構防腐技術探討及不同方案經濟比較

近年來隨著國民經濟的大幅增長,火力發電工程的建設步伐加快,鋼結構或鋼構件在工程中大量的應用,國內的工程建設對鋼結構或鋼構件的腐蝕防護并不是特別重視,腐蝕成為影響結構安全性的重要因素。


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由于腐蝕造成的經濟損失也是一個驚人的數字,國內通過對5個行業的調查分析得出每年由于腐蝕造成的損失占國民經濟的5%-6%。各國腐蝕防護專家普遍認為,合理應用腐蝕防護技術,會降低因腐蝕造成的經濟損失25%-30%。本文對火力發電廠腐蝕環境較惡劣的露天鋼結構腐蝕防護進行探討。


 一、鋼結構腐蝕分析


由于建筑結構暴露在大氣中,其主要的腐蝕為大氣腐蝕。金屬在大氣中的腐蝕主要是金屬表面形成的電解質液態膜與空氣中去極化因子同時作用的結果。存在電解質液態膜時,陽極氧化反應將金屬溶解,而陰極反應通常被認為是氧的還原反應。


Fe→Fe2e+2e-   O2+2H2O+4e-→4HO


根據碳鋼在大氣中腐蝕的主要影響因子,得出的腐蝕速率經驗計算公式:

M=0.484T+0.701W+0.075H+8.202S-0.022Y-52.67 式中:M—碳鋼在大氣中的腐蝕量,mg/(dm2·d);

T—地區氣溫,℃;

W—地區濕度,%;

H—海鹽粒子量,mg/L;

S—SO2量,mg/(dm2·d);

Y—降水量,mm.

從以可以看出,對暴露在空氣中的鋼結構的腐蝕相關因素為氣溫、濕度、海鹽粒子量(主要為氯離子腐蝕)和SO2量。


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國內一些科研單位對碳鋼及耐候鋼經8年自然暴曬試驗的數據如下(μm/a):


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由上表可見,海洋大氣環境的腐蝕遠大于內陸環境,南方潮濕環境大于北方干燥環境。試驗驗證了大氣腐蝕破壞的本質和速率是由表面薄電解質液膜成分和性質決定的,普遍認為大氣腐蝕的因素中濕度(濕潤時間)、SO2和氯化物污染水平最為關鍵。


按照國際標準化組織的腐蝕分類體系, ISO12944標準將腐蝕類型分為以下幾類。


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 二、鋼結構腐蝕防護


2.1 鋼結構的有機涂層腐蝕防護


涂料覆蓋層俗稱“油漆覆蓋層”,它是應用最廣泛的一種防腐蝕方法。我國在20世紀五六十年代涂料的產量就達到 600 萬噸,日本的涂料覆蓋層在防腐蝕領域占有 62%—63%的比例,可見涂料覆蓋層在鋼結構的腐蝕防護中占有很大的比例。


由有機高分子化合物為主體組成覆蓋層統稱為有機覆蓋層。有機涂料覆蓋層是通過阻抗抑制、氧缺乏、阻止金屬向環境放電和緩蝕技術來達到腐蝕防護的目的。


阻抗抑制:涂膜的作用類似于離子過濾器,它保證任何通過涂膜連續區到達金屬表面的水分在涂沫-金屬界面都要具有足夠高的阻抗,從而抑制陽極區和陰極區間的電流遷移。


氧缺乏:合適配方的涂膜可以阻止足夠的氧達到金屬,從而阻礙陰極反應。


阻止金屬向環境放電:陰極保護在涂膜中通過阻止金屬向環境放電來保護金屬底漆。為達到這一效果,可以在金屬表面應用陽極金屬涂膜(通過鋅來保護鋼結構)。涂料中鋅粒的擔載量要足夠高,從而保證有連續的電流可以穿過涂層。如能確保電流連續的從涂層到環境放電,金屬就可以保護。


緩蝕技術:緩蝕涂層通過改變界面環境使鋼結構構件達到鈍化或緩蝕,從而控制腐蝕。

有機涂層防腐體系是利用上述的一種或兩種技術的組合達到控制金屬腐蝕的目的,《鋼結構設計手冊》(第三版)給出的油漆配套組合紅丹系列、氯化橡膠系列、氯磺化聚乙烯系列等多是阻抗抑制、氧缺乏和緩蝕的綜合應用。環氧富鋅底漆屬則是通過油漆中的鋅粒的放電來保護金屬基層,相對保護效果比較好。


在室外使用的耐候性樹脂覆蓋層的耐久性按下面的順序遞增:


油脂≤酚醛≤醇酸樹脂≤氯化橡膠系≤丙烯酸系≤聚氨脂系≤丙烯酸有機硅≤氟樹脂類


各類樹脂的耐久性與價格相對比較如下:


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有機涂料覆蓋層防腐蝕壽命的決定因素有材料質量、涂層厚度、施工質量和使用環境等,一般影響涂層使用壽命的因素比例如下:


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由此可見基體表面處理對涂層質量影響較大,一般要求:

(1)基面要干凈、無油污、無雜質、無焊藥、表面平整、無毛刺等。

(2)表面干燥無水分,特別是酸洗、磷化前處理的基面,一定要表面干燥完全之后才可以涂裝。

(3)不同基體表面的粗糙度要求不同。


2.2   鋼結構的無機非金屬涂層腐蝕防護


以非金屬元素氧化物或金屬與非金屬元素生成的氧化物為主體構成的覆蓋層統稱為無機非金屬覆蓋層。無機非金屬覆蓋層具有耐熱、耐蝕和高絕緣性的優點,但由于其脆性大沖擊韌性差在建筑結構的腐蝕防護中應用受限。


2.3   鋼結構金屬覆蓋層腐蝕防護


凡把一種(或多種)金屬通過一定的工藝方法牢固地附著在其他基體上,而形成幾十微米乃至幾個毫米以上的功能覆蓋層稱為金屬覆蓋層。


鋼結構用金屬覆蓋層大多為鋅及其合金,常采用的工藝有電鍍、熱浸、噴涂、擴散和機械鍍等。鋁及其合金的應用也在鋼結構有應用,其工藝為噴涂、熱浸、擴散、包縛和氣象沉積等,鋁的耐蝕性遠高于鋅,但其工藝性能不如鋅覆蓋層,特別是在噴厚之后,其韌性以及其與基體的結合能力較差,在建筑結構中較少應用。


火力發電工程中對于金屬覆蓋層應用最廣泛的的一般為輸變電的塔架、空冷平臺、室外平臺格柵板等,近年來由于沿海電廠腐蝕較重,也有工程在室外露天鋼結構中采用鋅金屬覆蓋層。我國在19世紀五六十年代就開始鋅金屬覆蓋層的應用,主要為熱噴和熱浸工藝,近年來隨著技術交流和進步,在國外廣泛使用的冷噴鋅技術開始在國內電力工程建設中應用。


熱噴涂工藝:利用不同的熱源,將材料溶化、霧化后,高速堆積到基體表面,形成一定厚度的金屬附著層。


熱噴涂的優點是適用范圍廣,即可大面積附著,又可局部修復,工藝靈活即可工廠施工又可以現場施工,厚度易于控制,便于和其他工藝形成復合功能覆蓋層;缺點是和基層結合力受到限制,一般以機械結合為主,小面積噴涂不經濟,且噴涂層的孔隙率較高易形成點蝕。


熱浸工藝:把金屬構件表面經過預處理后全浸入某一種熔融金屬溶液里,熔融金屬與構件表面發成一定的冶金介面擴散而形成的金屬覆蓋層。熱浸鍍金屬工藝一般分為溶劑法和氧化還原法(“森吉米爾法”),溶劑法又分為“濕法”和“干法”。


國內工廠化生產工藝,一般結構構件采用的是溶劑干法,而板材和鋼帶多采用氧化還原法。溶劑干法的工藝流程:除油 -熱水洗-酸洗-水洗-溶劑預處理-干燥-熱浸鍍-冷卻或后處理-檢驗,其特點是金屬覆蓋層和基層結合好,防腐蝕性能較熱噴涂高,缺點是構件經熱浸金屬覆蓋層處理后有變形,表面不均勻,處理處理尺寸受熱浸槽影響,環保法規限制較多。


熱噴涂和熱浸鍍工藝因都是需要在特定的溫度條件下進行,能耗高,對周邊環境有影響,工藝成本較高,現場修復條件差。


冷噴鋅工藝:通過涂裝工藝在金屬構件表面形成鋅金屬保護膜,具有陰極保護(陽極犧牲)功能。冷噴鋅干膜內含純鋅達 96%以上,其腐蝕機理均屬于陰極保護電化學理論。冷噴鋅涂層,同時自身具有良好屏障保護,形成雙重保護作用,使它具備優異的防腐性能。其特點是環境友好,涂層和基層結合力好,便于施工,易于維護,經濟性好。


碳鋼、鋅的大氣腐蝕速率比較:                             單位:μm/a


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熱鍍鋅不同厚度的耐大氣腐蝕壽命:                         單位:a


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 三、火力發電廠露天鋼結構腐蝕防護方案選擇


3.1 腐蝕防護方案選擇原則


隨著國民經濟水平的不斷提高,火力發電廠露天鋼結構腐蝕防護方案的選擇,應滿足使用功能和壽命要求,本著安全可靠,便于施工、維護,環境友好,經濟合理的原則。


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按照一般經驗,各種防腐蝕方法單位面積的費用按下列順序遞增:

緩蝕劑<有機涂層<無機涂層<有機層加陰極保護<金屬層<金屬(或轉化膜)層加有機層<包裹層<復合材料<耐蝕材料<高耐蝕材料


一般按照電廠所處地區的環境條件的不同按以上順序選擇合理的涂裝材料。筆者認為內陸地區可選用環氧富鋅底漆配套環氧云鐵中間漆氯化橡膠面漆;在沿海地區由于環境濕度大,空氣中含鹽粒子量大,一般采用環氧富鋅類油漆 3-7 年就需要維護性涂裝,且可維護性較差,可采用全壽命周期內經濟性較好的冷噴鋅復合涂層方案。


3.2 沿海大氣環境火力發電廠露天鋼結構兩種腐蝕防護涂裝方案的經濟比較


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注:1 以上表中防腐總費用為估算價格,參考的是華中地區火力發電國華廠露天鋼結構防腐平均施工費用,地區不同,各廠設備條件不同費用會有差異,僅供參考。


2 表中涂料價格僅供參考,施工損耗系數按照 20%計算,實際施工時根據施工廠家技術條件不同,會有差異。


電力工程建設中露天鋼結構防腐蝕涂層需經常性維護,耗費了大量的人力和物力,一些較先進的防護方案卻由于初始投資稍高,沒能在重要工程中應用。


希望本文能夠給大家一些啟示,工程中通過合理的技術經濟分析,在特定環境下選擇適當的防護材料,使防護方案和工程投資找到最優和平衡點,實現壽命期效益最大化的工程建設目標。