不同因素對桿塔和接地網(wǎng)腐蝕特性的研究

闞 毅，曹祥薇，毛曉坡

（1.湖北方源東力電力科學(xué)研究有限公司，湖北 武漢430077；2.湖北中煙卷煙材料廠，湖北 武漢430050；3.國網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢430077）

0 引言

工業(yè)發(fā)展改善了物質(zhì)水平，同時出現(xiàn)了大量的環(huán)境污染，而工業(yè)廢氣成為大氣污染物的最大因素，空氣在不斷地流動過程中，使得電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境所受影響越來越大，腐蝕速度加快［1-5］。

因為工業(yè)對環(huán)境的污染，受自然因素和人為因素的影響，具有復(fù)雜多變的特點［6-10］。本文采用加速腐蝕技術(shù)，模擬獲得桿塔和接地網(wǎng)處于重工業(yè)污染環(huán)境下的腐蝕發(fā)展情況，包括溫度與濕度的交變、鹽霧、紫外線和多種腐蝕性氣體等條件［11-15］。實驗過程中，使用加速腐蝕技術(shù)，提高桿塔與接地網(wǎng)的腐蝕速度，針對桿塔和接地網(wǎng)等建材進(jìn)行加速腐蝕試驗［16-20］。

1 實驗裝置

選擇的試驗裝置結(jié)構(gòu)包含［21-25］：計算機(jī)控制單元、單向閥、開關(guān)閥、轉(zhuǎn)子流量計、質(zhì)量流量計、電磁閥、不銹鋼氣瓶、特氣體柜和試驗箱構(gòu)成，結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

選擇SO2、NO2、H2S、NH3、Cl2五類常見腐蝕氣體，其濃度大小為：50～10 000 pphm；腐蝕溶液噴霧系統(tǒng)里溶液類型是NaCl 與（NH4）2SO4，其沉降量為0.5～2 mL/100 cm2·h，鹽溶液濃度為8%～20%；溫度-濕度交變以及定溫定濕試驗中溫度范圍為5 ℃～100 ℃，濕度大小是：15%～90%；紫外選擇UVA或UVB，兩者能夠相互轉(zhuǎn)換。模擬工業(yè)污染大氣環(huán)境循環(huán)加速腐蝕試驗流程如圖2 所示，試驗完成之后，研究樣品銹蝕情況，首先開始樣品除銹工作，當(dāng)銹蝕部分和本體分離后，采用刷子把銹蝕部分脫除［26-30］。當(dāng)把腐蝕部分全部脫去后，把樣品從除銹液里拿出來，依次采用蒸餾水和乙醇清洗，吹風(fēng)機(jī)吹干后，放到干燥器里24 h后稱重。

圖1 試驗裝置結(jié)構(gòu)原理圖Fig.1 Schematic diagram of the test device structure

圖2 模擬工業(yè)污染大氣環(huán)境循環(huán)加速腐蝕試驗流程圖Fig.2 Flow chart of cyclic accelerated corrosion test for simulating industrial polluted atmospheric environment

2 加速腐蝕試驗

實驗中選擇了系統(tǒng)常用的鍍鋅鋼材料，設(shè)計材料樣本的直徑是Φ16 mm、長度是5 cm，如圖3 所示。樣品的兩端經(jīng)由環(huán)氧樹脂密封，并且丙酮去油。

圖3 用于加速腐蝕的鍍鋅鋼材料Fig.3 Galvanized steel material for accelerated corrosion

不同實驗條件下，電源接到兩端密封的接地材料試樣上，試驗后取出樣品，除銹、清洗、干燥、稱重得到受到腐蝕的樣品質(zhì)量。全部結(jié)果按照每24 h每平方分米的質(zhì)量損失，單位是g/dm2·day，計算公式如下。

式（1）中：Vcorr為腐蝕速度（g/dm·day）；Δm為腐蝕失重（g）；Δt為腐蝕時間（h）；A為試樣暴露面積（dm2）。

2.1 含水量對桿塔和接地線腐蝕的影響

實驗條件：電位差保持在DC 10 V，陰陽極面積比是70∶1，溫度是25 ℃，加速腐蝕時間是24 h。采用中性土壤含水量依次是：10%、15%、20%、25%、30%。含水量和腐蝕數(shù)據(jù)如圖4所示，其關(guān)系如圖5所示。通過圖4和圖5可以知道，隨著土壤含水量的提高，樣品的腐蝕速度加快，采用y=ax+b函數(shù)進(jìn)行含水量與電解加速腐蝕速度的擬合，可得指數(shù)擬合函數(shù)為y=3.156 8x-0.232 4，指數(shù)擬合系數(shù)R2=0.988 6，因此，材料的腐蝕速度和土壤含水量高度相關(guān)。

圖4 不同含水量下的加速腐蝕速度數(shù)據(jù)Fig.4 Accelerated corrosion rate data under different water content

圖5 含水量與加速腐蝕速度之間的關(guān)系Fig.5 The relationship between water content and accelerated corrosion rate

2.2 溫度對桿塔和接地線腐蝕的影響

實驗條件：電位差是DC 10 V，陰陽極面積比是70∶1，土壤含水量是25%，加速腐蝕時間是24 h。溫度依次選擇是：15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃。不同溫度下的加速腐蝕數(shù)據(jù)如圖6 所示，溫度與加速腐蝕之間的關(guān)系如圖7 所示，通過圖6 和圖7 可以知道，隨著實驗溫度的提高，樣品腐蝕的速度越快，指數(shù)擬合的決定系數(shù)R2=0.986 2，高度相關(guān)。

圖6 不同溫度下的加速腐蝕數(shù)據(jù)Fig.6 Accelerated corrosion data at different temperatures

圖7 溫度與加速腐蝕之間的關(guān)系Fig.7 The relationship between temperature and accelerated corrosion

2.3 電位差對桿塔和接地線腐蝕的影響

實驗條件：土壤含水量是25%，陰陽極面積比70∶1，試驗溫度是25 ℃，加速腐蝕時間是24 h。電位差依次是：4 V、6 V、8 V、10 V、12 V。不同陰陽極電位差下的腐蝕數(shù)據(jù)如圖8 所示，電位差和加速腐蝕之間的關(guān)系如圖9 所示，通過圖8 和圖9 可以知道，隨著電位差的增加，加速腐蝕速度隨之線性增加，其線性擬合的決定系數(shù)R2=0.973，表明電位差與加速腐蝕速度之間高度線性相關(guān)。

圖8 不同電位差下的加速腐蝕數(shù)據(jù)Fig.8 Accelerated corrosion data under different potential differences

圖9電位差與加速腐蝕之間的關(guān)系Fig.9 The relationship between potential difference and accelerated corrosion

2.4 陰陽極面積比對桿塔和接地線腐蝕的影響

實驗條件：電位差是DC 10 V，土壤含水量是25%，溫度是25 ℃，加速腐蝕時間是24 h。陰陽極面積依次是70∶1、90∶1、120∶1、180∶1、360∶1。不同陰陽極面積比下的加速腐蝕數(shù)據(jù)如圖10所示，陰陽極面積比和加速腐蝕之間的關(guān)系如圖11所示，通過圖10和圖11可以知道，隨著陰陽極面積比的增大，加速腐蝕速度隨之呈對數(shù)關(guān)系增加，采用對數(shù)擬合的決定系數(shù)R2=0.997 6，高度相關(guān)。

圖10 不同陰陽極面積比下的加速腐蝕數(shù)據(jù)Fig.10 Accelerated corrosion data under different ratio of cathode to anode area

圖11 陰陽極面積比與加速腐蝕之間的關(guān)系Fig.11 The relationship between the area ratio of cathode and anode and accelerated corrosion

3 多因素耦合正交綜合試驗

為了分析桿塔和接地網(wǎng)處于多個因素影響下，其腐蝕發(fā)展特性，設(shè)計了6種土壤條件下，材料的腐蝕速度，如表1所示。

結(jié)合不同腐蝕因素，設(shè)計了不同加速腐蝕因素及其參數(shù)下的實驗，如表2所示。通過正交綜合試驗，在表2中，不同加速腐蝕因素及其參數(shù)下，每種土壤總共需要進(jìn)行16次試驗，試驗結(jié)果如圖12所示。

表1 正交試驗采用6種土壤中鍍鋅鋼自然腐蝕速度Table 1 Orthogonal test adopts the natural corrosion rate of galvanized steel in 6 soils

表2 加速腐蝕正交試驗中的因素及水平Table 2 Factors and levels in accelerated corrosion orthogonal test

圖12 加速腐蝕多因素正交試驗結(jié)果Fig.12 Accelerated corrosion multi-factor orthogonal test results

通過圖12可知，土壤1、3、4里，影響加速腐蝕速度的因素關(guān)系是含水量＞陰陽極面積比＞溫度＞電位差，土壤2 與土壤6 里陰陽極面積比＞含水量＞溫度＞電位差，而土壤5里則為陰陽極面積比＞溫度＞含水量＞電位差。因此加速腐蝕因素和不同腐蝕速度土壤的作用不同，而電位差起的作用最小。

4 結(jié)語

本文首先進(jìn)行了單因素試驗，并結(jié)合單因素方差分析，尋找人工加速腐蝕試驗因素中對腐蝕試驗結(jié)果影響顯著的因素，接著進(jìn)行了多因素耦合試驗，本文研究的結(jié)論如下：

1）加速腐蝕的單因素試驗結(jié)果表明，含水量、陰陽極電位差、陰陽極面積比及試驗溫度對加速腐蝕速度試驗結(jié)果的影響有非常顯著的影響，而加速腐蝕時間對加速腐蝕速度影響不顯著。

2）桿塔和接地網(wǎng)處于多個因素影響下，加速腐蝕因素和不同腐蝕速度土壤的作用不同，而電位差起的作用最小。