大氣腐蝕是金屬腐蝕中數量最多、覆蓋面最廣、破壞性最大的一種腐蝕形式。80%以上的電力設備處于大氣環境中,其金屬材料的大氣腐蝕嚴重威脅著電網運行安全。隨著電力設備服役時間的延長,由大氣腐蝕造成的設備耐久性降低問題日益突出。目前,由統一防腐蝕措施保護的金屬設備服役后,在各地區腐蝕差異巨大;故根據大氣腐蝕等級,針對性地進行防腐蝕設計、運維具有十分重大的現實意義。
目前,國內外研究者初步繪制了一些區域性的大氣腐蝕等級分布圖(簡稱大氣腐蝕圖)。但現有大氣腐蝕圖往往未考慮腐蝕源、運行經驗等因素影響,繪圖精度也有待提高。
浙江省大氣環境較為復雜,存在著海洋性氣候區、重工業污染大氣區、工業大氣區、普通大氣區等多類型氣候環境,且目前還沒有金屬材料在浙江大氣的腐蝕分布圖。
為此,杭州意能電力技術有限公司、浙江省蕭山中學、國網浙江省電力有限公司電力科學研究院的技術人員在浙江省各縣級區域開展碳鋼、鋅、銅等常用金屬的實地掛片工作,并結合工業腐蝕源影響等因素,繪制形成高精度的浙江省大氣腐蝕等級分布圖,為今后浙江省電力設備等金屬構筑物選址、防腐蝕設計、運行維護提供關鍵性基礎數據。
1 基本原則
腐蝕等級劃分
大氣腐蝕等級的劃分原則按GB/T 19292.2-2018《金屬和合金的腐蝕大氣腐蝕性 第2部分:腐蝕等級的指導值》的規定執行,由低到高分為C1至CX共6個等級。在繪制浙江省大氣腐蝕等級分布圖時,相鄰區域不應出現大氣腐蝕等級的跳變。
繪圖數據來源
(1) 曝露法金屬掛片數據。該部分數據為標準金屬試片在實地大氣環境中曝露1年的自然腐蝕速率,采集點密度為1000km2/個。
(2) 典型腐蝕源加權。腐蝕源以工業腐蝕源為主,自然腐蝕源僅考慮海洋環境;在腐蝕源影響范圍內,腐蝕介質含量超過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》規定范圍時,應將相應的大氣腐蝕等級提高1個等級。根據DL/T 2055-2019《輸電線路鋼結構腐蝕安全評估導則》,工業腐蝕源影響半徑為3km,自然腐蝕源(海洋)影響范圍為離海岸線5km。
(3) 運行經驗加權。根據DL/T2055-2019標準,新建電力設備在6年內發生重腐蝕的地區,可判定該地區大氣腐蝕等級為CX;10年內發生重腐蝕的地區可判定大氣腐蝕等級為C5;15年內發生重腐蝕的地區可判定大氣腐蝕等級為C4。
2 研究方法
掛片曝露試驗
采用曝露金屬掛片方式,在11個地市供電公司的變電站布置100個金屬曝露掛片架,如圖1所示。

(a) 掛片架

(b) 掛片架分布
圖1 掛片架及其分布
經1年曝露后,取下掛片,于一周內進行后處理。按下式計算金屬腐蝕速率:
vcorr =(10000·Δm)/(A×ρ×t)
式中:vcorr為腐蝕速率,μm/a;Δm為金屬掛片的質量損失,g;A為掛片表面積,cm2;t為掛片曝露時間,a;ρ為金屬密度,g/cm3。
表1為碳鋼、鋅、銅三種金屬在浙江省各地曝露1年期的腐蝕速率以及對應的大氣腐蝕等級。DL/T 1425-2015《變電站金屬材料腐蝕防護導則》規定,以多種金屬試樣進行大氣腐蝕環境等級評定時,應取較重的腐蝕等級。因此取碳鋼、鋅、銅中最嚴重的腐蝕評價作為該地大氣腐蝕等級。
表1 不同金屬材料在浙江省各地曝露1年期的腐蝕速率及腐蝕等級

由表1可知,在獲得有效數據的100個測試點中,大氣腐蝕等級為C3的點有34個,大氣腐蝕等級為C4的點有61個,大氣腐蝕等級為C5的點有3個,大氣腐蝕等級為CX的點有2個。
腐蝕源數據來源及加權
工業腐蝕源主要包括化工、石化、煉油、冶金、建材、熱電廠、礦產等。自然腐蝕源僅考慮海洋環境。工業腐蝕源影響半徑為3km,核心影響區半徑為1km;自然腐蝕源(海洋)影響范圍為距海岸線5km內,核心影響區為距海岸線2km內。
目前,初步收集的浙江省典型工業腐蝕源有69處,表2為部分典型工業腐蝕源信息。在腐蝕等級分布圖修編過程中,應重點結合腐蝕源變化情況進行相應的修訂。
表2 浙江省部分典型工業腐蝕源信息

運行經驗來源及加權
由曝露掛片法繪圖,并進行腐蝕源加權后,大氣腐蝕等級分布圖基本已成型。但仍然會因數據不足導致局部微環境內腐蝕等級誤判,因而根據運行經驗(金屬構筑物實際服役中腐蝕情況)對腐蝕等級地圖進行修正十分必要。
結合每年設備腐蝕監督,排查腐蝕案例,對所處大氣環境進行等級判定。當發現重腐蝕案例后,將該設備周邊半徑3km范圍劃定為同等級大氣腐蝕區域,由此對大氣腐蝕等級地圖進行加權修正。通過梳理252起典型腐蝕案例,排查出4處CX級區域、7處C5級區域、9處C4級區域。
表3 浙江省部分運行經驗來源

3 大氣腐蝕等級分布圖繪制
大氣腐蝕地圖繪制方法

圖2 大氣腐蝕圖繪制流程
首先根據經緯度信息,將曝露掛片的腐蝕速率數據標注在電子信息地圖上,形成大氣腐蝕圖底圖。之后,將腐蝕源數據及運行經驗數據在底圖上局部修正。重疊區域的邊界按重腐蝕案例點數據>腐蝕源數據>曝露法掛片點數據的數據優先級確定。
大氣腐蝕等級分布圖繪制
根據已取得的數據,利用軟件繪制形成浙江省金屬材料大氣腐蝕等級分布圖,見圖3。

圖3 浙江省大氣腐蝕等級分布圖
由圖3可見,大部分電力工程均處于C4及以上等級大氣環境之中,即重腐蝕大氣環境;浙江省金屬材料大氣腐蝕等級分布圖與浙江省氣候環境的分類大體一致,其中C3級大氣基本處于普通地區,C4級大氣基本處于工業污染區、C5級大氣處于海洋性氣候區域、CX級大氣處于重工業污染區。
結論
通過浙江省金屬材料大氣腐蝕等級分布圖的建立,可知浙江省約三分之二的區域處于C4級(含)以上重腐蝕大氣環境。由于浙江省內工業企業眾多,腐蝕源對周邊電力工程微大氣環境的影響較大,這將直接影響電力設備服役安全。
該大氣腐蝕圖的建立,可大幅提高省內電力設備金屬構筑物設計和選材的效率,同時提升了電網設備防腐蝕運維的針對性,制定更為經濟高效的防護措施,對電網安全運行和經濟效益都有重要意義。
后續將增大掛片架的布點密度,特別是在腐蝕源附近增加布點,進一步提高大氣腐蝕圖的精度,以發揮其更大價值。
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