濕熱氣候變電站防腐工程設(shè)計與防腐工程實踐

李成鑫，王志高，安 政，耿 植，王方強(qiáng)

(1.國網(wǎng)四川省電力公司，四川 成都 610041；2.國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610041；3.國網(wǎng)四川省電力公司巴中供電公司，四川 巴中 636000)

0 引 言

四川省位于中國西南地區(qū)，屬于典型的亞熱帶濕潤氣候，由于青藏高原、秦嶺、大巴山、橫斷山脈的阻隔，四周山區(qū)東南部相對較低有利水汽進(jìn)入，西北部山區(qū)相對較高不利于水汽的散失，導(dǎo)致空氣濕度大，多陰雨天氣，多霧，日照不足，這種濕熱氣候環(huán)境為金屬腐蝕提供了有利條件[1]。在這種惡劣的大腐蝕環(huán)境下，四川電網(wǎng)由于設(shè)備金屬材料腐蝕失效而影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的事故頻繁發(fā)生[2-3]，福建、湖南等其他省份也有類似電網(wǎng)設(shè)備腐蝕案例報導(dǎo)[4-7]。現(xiàn)有的電網(wǎng)防腐工程存在涂料選擇不當(dāng)、除銹不徹底、施工工藝不規(guī)范、質(zhì)量驗收手段缺乏等諸多問題，導(dǎo)致防腐效果不理想，防腐壽命過短。

為防止設(shè)備銹蝕危及電網(wǎng)的運(yùn)行安全，選取銹蝕較為嚴(yán)重的某110 kV變電站作為示范工程進(jìn)行防腐設(shè)計與實踐，力求達(dá)到“電網(wǎng)設(shè)備10年不生銹”的目標(biāo)要求。根據(jù)該示范工程總結(jié)的國網(wǎng)四川省電力公司變電站防腐施工技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)卡等典型經(jīng)驗，已在四川省變電站防腐大修技改工程全面推廣。在防腐質(zhì)量檢驗、防腐施工、防腐維護(hù)方面的經(jīng)驗也已寫入國家電網(wǎng)有限公司《電網(wǎng)輸變配電設(shè)備防腐技術(shù)指導(dǎo)意見》[8]，對于四川、重慶、貴州等中國西南濕熱環(huán)境變電站防腐維護(hù)具有重要的指導(dǎo)意義。

1 防腐工程簡介及施工方案設(shè)計

某110 kV變電站位于四川省巴中市，于2009年7月投入運(yùn)行。該變電站因氣候潮濕多雨，加上周邊環(huán)境污染嚴(yán)重，自投運(yùn)以來戶外一次設(shè)備出現(xiàn)大面積銹蝕情況，為設(shè)備以及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行埋下了嚴(yán)重隱患。據(jù)四川省統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)，四川省巴中市年平均溫度17.6 ℃，年平均濕度75%，年降雨量1 260.1 mm[9]。高溫、高濕、高降雨量的特殊環(huán)境導(dǎo)致這一地區(qū)的電網(wǎng)設(shè)備腐蝕較為嚴(yán)重。該變電站防腐示范工程前的腐蝕情況如圖1所示。

圖1 變電站防腐示范工程前腐蝕情況

在充分開展現(xiàn)場查勘后確定了施工方案設(shè)計，明確了巴中市區(qū)大氣腐蝕環(huán)境等級、除銹工藝、涂層體系設(shè)計以及涂料成分配比等相關(guān)技術(shù)要求。同時為保證施工質(zhì)量，工藝流程嚴(yán)格按照電動除銹、底漆、中間漆、面漆4道工序進(jìn)行，并確保每層涂料涂刷間隔時長滿足實干要求。現(xiàn)場每一道施工工序都須經(jīng)過技術(shù)人員驗收合格后方可進(jìn)入下一道施工。每一桶涂料開蓋前都須經(jīng)確認(rèn)成分、配比無誤后方可進(jìn)入現(xiàn)場使用。

四川省巴中市區(qū)經(jīng)實測，Q235碳鋼材料暴曬第1年期大氣腐蝕速率為15.88 μm/a，根據(jù)GB/T 19292.1—2018《金屬和合金的腐蝕 大氣腐蝕性 第1部分：分類測定和評估》[10]判定其大氣腐蝕環(huán)境等級為C2級。按設(shè)計使用年限10年，設(shè)計涂層干膜厚度須達(dá)到160 μm以上。同時，每層涂料涂刷間隔時長留夠，確保每層涂料有足夠時長實干。因此每道涂層實干后，除外觀檢查外，還須經(jīng)過涂層厚度、附著力質(zhì)量檢驗。涂層厚度要求見表1，涂層附著力大于等于5 MPa，檢測合格后方可進(jìn)入下一道工序。

2 防腐施工技術(shù)要求

2.1 涂層體系設(shè)計及涂料現(xiàn)場檢查

對于變電站的防腐工程，選擇適合的涂料至關(guān)重要。針對中國西南地區(qū)濕熱氣候特點，選用了防腐性能較好的重防腐涂料，要求不僅要具備普通涂料的基礎(chǔ)性能，最重要的是要具有良好的抗?jié)B性和耐濕熱、耐紫外老化性能[11]。本次變電站防腐示范工程涂層體系設(shè)計為3層：分別為環(huán)氧富鋅底漆大于等于60 μm，環(huán)氧云鐵中間漆大于等于50 μm，丙烯酸聚氨酯面漆大于等于50 μm，總干膜厚度大于等于160 μm。涂層體系設(shè)計如表1所示。

表1 變電站防腐示范工程涂層體系設(shè)計

2.2 涂裝工藝

防腐施工涂裝工藝流程如下：表面除銹→除銹驗收合格后→涂刷第一道底漆→干燥驗收合格后→涂刷第二道中間漆→干燥驗收合格后→涂刷第三道面漆→干燥驗收合格后→工程質(zhì)量、安全驗收。涂裝施工方案流程如圖2所示。

圖2 涂裝施工方案流程

2.3 表面處理

涂裝前首先要對設(shè)備原有的表面銹層進(jìn)行除銹處理，以保證涂層與金屬基體具有良好的結(jié)合力，基體的清潔程度直接影響設(shè)備的最終防腐效果。該變電站防腐示范工程表面除銹處理采用電動與手動工具相結(jié)合的形式進(jìn)行。在除銹處理前，金屬表面的厚銹層、焊渣、毛刺和飛濺物等附著物全部鏟除，對于表面涂層已劣化部位(起泡、銹蝕、開裂、剝落)處的原涂層也全部鏟除。表面處理使用電動砂輪機(jī)或電動鋼絲刷除銹，電動工具無法到達(dá)的部位采用鋼絲刷、鏟刀、砂紙等手動工具除銹，除銹完成后用干凈棉紗清除金屬表面的浮灰和碎屑。

除銹后金屬表面清潔度要求達(dá)到GB/T 8923.1—2011規(guī)定的St3級，即表面應(yīng)無可見的油、脂和污物，并且沒有附著不牢的氧化皮、鐵銹、涂層和外來雜質(zhì)，表面應(yīng)具有金屬底材的光澤[11]。對于不易清理部位，處理后表面應(yīng)達(dá)到GB/T 8923.1—2011規(guī)定的St2標(biāo)準(zhǔn)，即在不放大的情況下觀察時，表面應(yīng)無可見的油、脂和污物，并且沒有附著不牢的氧化皮、鐵銹、涂層和外來雜質(zhì)[12]。緊固件用砂紙包裹反復(fù)打磨，除銹等級達(dá)到GB/T 8923.1—2011規(guī)定的St2級以上。

2.4 底漆涂刷

除了表面處理，涂裝的施工工藝也同樣重要。在表面除銹處理完畢后，確保4 h內(nèi)完成環(huán)氧富鋅底漆涂裝。環(huán)氧富鋅底漆是以環(huán)氧樹脂、鋅粉、聚酰胺固化劑等為主要成分的特種涂料，含有大量金屬鋅粉，具有陰極保護(hù)作用，該漆自然干燥快、附著力強(qiáng)、耐水性好，在各種環(huán)境下的防腐蝕性能優(yōu)良，是重防腐領(lǐng)域選用最多的產(chǎn)品之一?；诘灼峁に囐|(zhì)量的重要性，在環(huán)氧富鋅底漆涂裝后，現(xiàn)場技術(shù)人員應(yīng)及時進(jìn)行回檢，對漏涂和缺陷立即進(jìn)行處理，確保涂裝后涂層均勻平整、色澤正常，無明顯的疏松、皺皮、流墜、針孔和氣泡等缺陷以及無漏涂、誤涂和涂層脫皮現(xiàn)象，對于非導(dǎo)流部件緊固件均用涂料予以全包覆。待底漆施工完成實干后，對底漆進(jìn)行附著力和涂層厚度檢測，確保滿足厚度不低于60 μm以及附著力大于等于5 MPa的試驗要求。

2.5 中間漆涂刷

待環(huán)氧富鋅底漆實干且滿足相關(guān)試驗檢測后，進(jìn)行環(huán)氧云鐵中間漆涂裝。環(huán)氧云鐵中間漆含有鱗片狀防銹保護(hù)等成分，能更好地封閉屏蔽及延緩各種環(huán)境條件下腐蝕介質(zhì)的侵蝕。環(huán)氧云鐵中間漆涂裝后，及時對涂裝質(zhì)量進(jìn)行檢查，漆膜應(yīng)無針孔、氣泡、裂紋、起皮脫落、流掛、漏涂等缺陷。實干后，隨機(jī)取點對中間漆進(jìn)行涂層厚度檢測，確保中間漆+底漆滿足厚度不低于110 μm要求。

2.6 面漆噴涂

最后一道工序進(jìn)行丙烯酸聚氨酯面漆涂裝。丙烯酸聚氨酯面漆是由羥基丙烯酸樹脂、脂肪族聚氨酯、耐候性顏料、助劑等組成的混合物，防腐蝕性能好，耐候性能優(yōu)異。此外，漆膜還具有較好的耐酸、耐堿、耐水、耐油、耐熱、耐化學(xué)腐蝕性，其漆膜光亮、飽滿，具有良好的表面裝飾性。變壓器、箱體等大面積部件采用噴涂方式；緊固件、邊角縫隙等其他小面積部件采用手工刷涂。丙烯酸聚氨酯面漆噴涂后，及時對涂裝質(zhì)量進(jìn)行檢查，面漆應(yīng)均勻平整、色澤正常，無針孔、氣泡、裂紋、起皮脫落、流掛、漏涂等缺陷。涂裝完畢后，測量漆膜總厚度，確保面漆+中間漆+底漆滿足總厚度不低于160 μm以及附著力大于等于5 MPa的要求。

3 防腐工程質(zhì)量驗收及防腐效果跟蹤

為檢驗防腐施工質(zhì)量及效果，對變電站防腐示范工程質(zhì)量進(jìn)行了驗收，開展了工程前、中、后期外觀和涂層厚度、附著力指標(biāo)前后檢測對比工作以及長期防腐效果跟蹤。該變電站典型部位防腐處理前后對比照片如圖3—圖5所示。

圖3 1號主變壓器本體防腐處理前后對比

圖4 2號主變壓器102斷路器支架防腐前后對比

圖5 35 kV 301斷路器間隔防腐處理前后對比

3.1 外觀檢查

從圖3—圖5可以看出，該變電站典型部位防腐處理前后對比效果明顯。原有的銹蝕、涂層起皮脫落處已被處理干凈，經(jīng)過底漆、中間漆刷涂后表面整體噴涂一層?；颐嫫?。涂層外觀均勻平整、色澤正常，無明顯的疏松、皺皮、流墜、針孔和氣泡等缺陷，無漏涂、誤涂和涂層脫皮現(xiàn)象。緊固件、邊緣棱角、縫隙等薄弱部位均采用涂料全包覆處理。

3.2 涂層厚度檢測

采用德國Qnix4500磁性法涂層測厚儀對該變電站典型部位開展了防腐工程前、中、后期涂層厚度檢測工作。檢測結(jié)果見表2、表3。從結(jié)果可以看出，抽檢的2號主變壓器102斷路器間隔支架和35 kV 301斷路器間隔，防腐處理前原涂層厚度平均值分別為63.4 μm和87.7 μm，遠(yuǎn)低于DL/T 1425—2015《變電站金屬材料腐蝕防護(hù)技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定的戶外最低120 μm的標(biāo)準(zhǔn)[12]。經(jīng)過三層涂層涂覆，抽檢的2號主變壓器102斷路器間隔支架和35 kV 301斷路器間隔的防腐涂層總厚度平均值分別達(dá)到330 μm和212 μm，均高于設(shè)計值160 μm。

表2 2號主變壓器102斷路器間隔支架涂層厚度 單位：μm

表3 35 kV 301斷路器間隔涂層厚度 單位：μm

3.3 涂層附著力檢測

采用美國Defelsko PosiTest AT-A拉拔法附著力測試儀對防腐工程前、后涂層附著力進(jìn)行了抽檢，現(xiàn)場測試照片見圖6。以1號主變壓器本體為例，防腐處理前，對于原涂層附著力抽檢結(jié)果為3.68～4.39 MPa，均低于DL/T 1425—2015《變電站金屬材料腐蝕防護(hù)技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定的5 MPa標(biāo)準(zhǔn)[13]。防腐處理后，對于涂層附著力抽檢結(jié)果為9.89～14.51 MPa，均高于標(biāo)準(zhǔn)值5 MPa。由于附著力試驗屬于破壞性試驗，因此抽檢的位置和數(shù)量應(yīng)嚴(yán)格控制。檢測完后，應(yīng)對破壞試驗造成的涂層損傷部位采用同種涂層體系進(jìn)行修復(fù)。

圖6 涂層附著力檢測

3.4 防腐效果跟蹤

本次變電站防腐示范工程完工后，經(jīng)過4年的實際運(yùn)行，未見涂層發(fā)生明顯失色、粉化，未觀察到涂層有起泡、起皺、開裂、脫落、銹蝕等現(xiàn)象，全站設(shè)備運(yùn)行情況良好。

4 結(jié) 論

針對四川濕熱氣候電網(wǎng)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重的實際情況，以某110 kV變電站作為試點，開展了變電站防腐工程設(shè)計及防腐工程實踐，探索出濕熱氣候變電站防腐涂層體系設(shè)計、施工技術(shù)要求、操作規(guī)范及質(zhì)量驗收方法，為其他類似環(huán)境條件下變電站的防腐工程提供了參考，工程中的創(chuàng)新做法如下：

1)電動除銹工藝應(yīng)用

充分發(fā)揮電動工具除銹效率更高、除銹力度更強(qiáng)等優(yōu)點，徹底將銹蝕設(shè)備表面銹渣清除干凈并打磨至可見金屬光澤，杜絕因除銹不徹底，從防腐涂層底層最先起殼的現(xiàn)象，有效地保證了防腐涂層底漆附著力效果。

2)三層涂層體系設(shè)計

較以往變電站防腐施工采用的“一底兩面”涂料搭配相比，防腐示范工程采用“一底漆一中間漆一面漆”的三層涂層配套體系。充分發(fā)揮環(huán)氧富鋅底漆附著力強(qiáng)、陰極保護(hù)，環(huán)氧云鐵中間漆封閉屏蔽效果好，丙烯酸聚氨酯面漆耐候性能優(yōu)良等特點，確保充分發(fā)揮涂層整體效果。

3)涂層附著力質(zhì)量驗收

很多情況下，涂層厚度雖然達(dá)標(biāo)，但由于除銹不徹底、涂料調(diào)配不當(dāng)、涂刷工藝不過關(guān)等施工工藝原因，導(dǎo)致底漆與基體之間、涂層整體附著力不足，運(yùn)行后涂層容易起皮、開裂，而這些內(nèi)部缺陷通過目視和涂層測厚無法發(fā)現(xiàn)。防腐示范工程采用拉拔法附著力測試儀，在現(xiàn)場對防腐工程前、后涂層附著力進(jìn)行檢測，檢出附著力不合格的涂層均鏟除重做，從根本上確保涂層施工工藝質(zhì)量過關(guān)。