水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕的防護(hù)與檢測(cè)

曹邦建

（青海省三江水電開發(fā)股份有限公司，青海 西寧 810000）

由于水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部長(zhǎng)期處于腐蝕環(huán)境下，其中包括：水下腐蝕磨損、水面干濕交替腐蝕、氣蝕以及大氣腐蝕等，導(dǎo)致水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的使用壽命減短[1]。針對(duì)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕進(jìn)行相應(yīng)的防護(hù)與檢測(cè)是提高金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備綜合性能的重要手段，長(zhǎng)期以來(lái)一直成為相關(guān)部門的重點(diǎn)研究對(duì)象。在我國(guó)，針對(duì)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕的防護(hù)與檢測(cè)研究中普遍停留在理論階層，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中往往無(wú)法取得預(yù)期的效果。因此，本文在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕的防護(hù)與檢測(cè)，致力于通過(guò)對(duì)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部記進(jìn)行周期性檢測(cè)和防腐蝕保護(hù)，最大限度上避免各種介質(zhì)的腐獨(dú)對(duì)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備綜合性能的影響。

1 水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕的防護(hù)

在水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕的防護(hù)中，本文結(jié)合水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的物理屬性，共分為三步實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕的防護(hù)。水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕的防護(hù)框架圖，如圖1所示。

圖1 水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕的防護(hù)框架圖

結(jié)合圖1所示，具體防護(hù)內(nèi)容，如下文所述。

1.1 金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備涂膜

考慮到涂層的抗沖耐蝕性能十分突出，本文通過(guò)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備涂膜的方式，保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部的金屬面[2]。在眾多涂料中，本文建議采用有效覆蓋率高達(dá)96%以上的環(huán)氧金剛砂涂層進(jìn)行涂膜。在此基礎(chǔ)上，將涂膜厚度控制在環(huán)氧富鋅涂料或無(wú)機(jī)富鋅涂料二道10μm 、環(huán)氧云鐵涂料一道50μm ～10μm、改性耐磨環(huán)氧涂料二道10μm，配套的涂料名稱包括：底涂環(huán)氧帶銹防銹涂料十中涂環(huán)氧云鐵涂十環(huán)氧云鐵涂料+ 面涂丙烯酸聚胺酯耐候涂料。采用839 長(zhǎng)效厚漿型防污漆作為水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部的封閉面漆，避免水生生物中對(duì)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部的腐蝕。與此同時(shí)，必須對(duì)涂裝封閉涂料前對(duì)鋅層外觀進(jìn)行仔細(xì)檢查，防止粗糙度過(guò)高導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備涂膜失效的現(xiàn)象。

1.2 金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備等效防護(hù)

針對(duì)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備進(jìn)行等效防護(hù)也是提高水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕防護(hù)質(zhì)量的有效手段，通過(guò)水溶性的成分到達(dá)金屬表面使表面鈍化，進(jìn)而與酸性物質(zhì)反應(yīng)使其失去腐蝕能力。采用氧化鋅、氫氧化鋁、氫氧化鋇等兩性化合物，利用水溶性成分或與成膜劑的反應(yīng)生成物在水中溶解變?yōu)榉栏煞值龋苋菀椎貙?shí)現(xiàn)中和酸性或堿性的有害物質(zhì)而起防腐作用[3]。這些堿性物質(zhì)吸附在水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部表面使其表面保持堿性，在堿性環(huán)境下水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部不易生銹，進(jìn)而對(duì)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行等效防護(hù)。在實(shí)際進(jìn)行金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備等效防護(hù)過(guò)程中，需要注意的是由于金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備與水的接觸處于不同環(huán)境中，因此，必須針對(duì)不同部位采取不同的防護(hù)措施，提高金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備等效防護(hù)效果。

1.3 控制除銹質(zhì)量

在影響水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕的防護(hù)效果因子中，除銹質(zhì)量是其中的關(guān)鍵參數(shù)[4]。在手工除銹的過(guò)程中，必須充分考慮金屬腐蝕原理，并結(jié)合水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕的具體情況，控制除銹質(zhì)量能夠達(dá)到ST3 級(jí)，避免由于除銹質(zhì)量過(guò)低而導(dǎo)致水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕防護(hù)效果差的問(wèn)題。

2 水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕的檢測(cè)

在對(duì)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕進(jìn)行防護(hù)的基礎(chǔ)上，下文將開展對(duì)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕的檢測(cè)研究。本文提出的水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕檢測(cè)的具體流程，如圖2所示。

圖2 水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕檢測(cè)的流程圖

結(jié)合圖2所示，針對(duì)圖中3個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)闡述。

2.1 蝕余厚度超聲波檢測(cè)

本文采用超聲波測(cè)厚儀測(cè)量水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部蝕余厚度的方式，采集水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕數(shù)據(jù)。將超聲波測(cè)厚儀設(shè)置為“開啟”狀態(tài)，在水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部有涂層存在的情況下，可設(shè)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部的蝕余厚度為m，則其計(jì)算公式，如公式（1）所示。

在公式（1）中，n指的是原水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部的蝕余厚度；k指的是涂層厚度值。通過(guò)公式（1）得到水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部精準(zhǔn)的蝕余厚度數(shù)值，為分析處理檢測(cè)數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)支持。

2.2 分析處理檢測(cè)數(shù)據(jù)

將采集到的水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部的蝕余厚度檢測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，查找腐蝕具體情況[5]。檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)探傷技術(shù)中的DAC分析曲線對(duì)腐蝕定性做出定量的判斷，其定量判斷原理可以用工程應(yīng)用方程式來(lái)表達(dá)，如公式（2）所示。

在公式（2）中，L 指的是腐蝕定性水平數(shù)值；ε指的是被測(cè)超聲波的輻射率；T 指的是超聲波輻射相應(yīng)的數(shù)值水平；h指的是水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部在背景溫度下的對(duì)應(yīng)數(shù)值水平。通過(guò)公式（2）可以得出水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部的腐蝕定性水平數(shù)值，從而判斷水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部的腐蝕情況。L值的準(zhǔn)確程度能夠直接影響水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕情況的檢測(cè)精度，因此，必須通過(guò)探傷技術(shù)利用超聲波在金屬中折射角的正切值來(lái)獲得。對(duì)于“小面積腐蝕或無(wú)腐蝕”的水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部的腐蝕檢測(cè)，可直接采用局部探傷法對(duì)其進(jìn)行腐蝕檢測(cè)。

2.3 腐蝕檢測(cè)評(píng)級(jí)

根據(jù)計(jì)算得出的水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕情況，建立水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)可針對(duì)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部的腐蝕情況，進(jìn)行腐蝕檢測(cè)評(píng)級(jí)，分為：一般腐蝕、嚴(yán)重腐蝕以及危急腐蝕[6]。水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部一般腐蝕的評(píng)級(jí)方法為：L數(shù)值低于20，屬于小面積腐蝕或無(wú)腐蝕，不足以影響水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部的性能參數(shù)。本文針對(duì)一般腐蝕的處理要求為：首先對(duì)腐蝕情況記錄在案，再通過(guò)密切關(guān)注其發(fā)展趨勢(shì)，有針對(duì)性的安排檢修，最后將缺陷扼殺在搖籃里，防止腐蝕進(jìn)一步擴(kuò)大造成的安全隱患。嚴(yán)重腐蝕的評(píng)級(jí)方法為：L數(shù)值的范圍在20～60之間，水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕面積較大。針對(duì)嚴(yán)重腐蝕的處理要求為：必須盡快安排處理，在必要時(shí)可以降低負(fù)荷電流，進(jìn)一步確認(rèn)腐蝕性質(zhì)，在此基礎(chǔ)上，立即采取相應(yīng)解決措施。危急腐蝕的評(píng)級(jí)方法為：L數(shù)值超過(guò)60，水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕范圍超過(guò)規(guī)定范圍內(nèi)最高允許數(shù)值。針對(duì)危急腐蝕的處理要求為：必須立即安排處理，在有必要的情況下，可以結(jié)合其他檢測(cè)手段，以最快的速度對(duì)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部的腐蝕進(jìn)行處理，最大程度上避免出現(xiàn)安全事故。通過(guò)長(zhǎng)期的檢測(cè)，按照水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部的腐蝕情況建立檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，為不同階段、不同腐蝕程度的檢測(cè)提供歷史參考。針對(duì)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后，可生成完整的水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕檢測(cè)報(bào)告，完成對(duì)水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕的檢測(cè)。

3 結(jié)束語(yǔ)

考慮到水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕的防護(hù)與檢測(cè)愈發(fā)的受到重視，水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕的防護(hù)與檢測(cè)的研究經(jīng)歷了從起步到快速發(fā)展的階段。因此，本文提出的水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕的防護(hù)與檢測(cè)是十分必要的，且具有現(xiàn)實(shí)意義，能夠?yàn)樗娬窘饘俳Y(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕的防護(hù)與檢測(cè)提供理論支持。但本文唯一不足之處在于，沒(méi)有對(duì)提出的水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕的防護(hù)與檢測(cè)方法在實(shí)際應(yīng)用中的可行性進(jìn)行深入分析，相信這一點(diǎn)，可以作為水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)部腐蝕的防護(hù)與檢測(cè)領(lǐng)域日后的研究?jī)?nèi)容之一。