強(qiáng)腐蝕地區(qū)的大氣環(huán)境對輸電設(shè)施的腐蝕影響
2021-05-11 02:04:57
hualin
腐蝕，這一全人類共同面對的問題，涉及資源消耗、環(huán)境污染、人類健康等諸多問題。腐蝕產(chǎn)生的重金屬離子會污染土壤、植物、水，同時(shí)還會威脅人類健康。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年由于腐蝕引起的經(jīng)濟(jì)損失約占各國每年GDP的3%~5%，我國腐蝕總成本約為GDP的3.34%，腐蝕代價(jià)大于所有自然災(zāi)害損失的總和。隨著我國大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，這一數(shù)據(jù)仍會不斷上升。
近年來，我國電力事業(yè)不斷發(fā)展，承載電力輸送任務(wù)的輸電網(wǎng)線路建設(shè)里程也快速增長，為使輸電設(shè)施具有輕自重和高支撐強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)件多采用鍍鋅鋼、碳鋼、鋁線等金屬材料，但這些設(shè)施多暴露于戶外露天環(huán)境中，常年遭受不同自然條件的侵蝕。輸電網(wǎng)線路各部件的腐蝕與損耗較為廣泛，且很難進(jìn)行全天候管理，這嚴(yán)重威脅了輸電設(shè)施的運(yùn)行安全，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐扇藛T傷亡。
不同于內(nèi)陸地區(qū)，我國南方沿海地區(qū)由于特殊的氣候原因，導(dǎo)致該地區(qū)的大氣環(huán)境濕度和溫度相對較高，且隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，逐漸形成了典型濕熱工業(yè)的強(qiáng)腐蝕環(huán)境，使該地區(qū)的金屬構(gòu)件較易發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。
在內(nèi)陸干旱地區(qū)，由于大氣中的水含量較低，輸電設(shè)施的腐蝕較為緩慢，加之防護(hù)手段的作用，其有效服役時(shí)長一般可達(dá)20年。但在一些強(qiáng)腐蝕地區(qū)，尤其是沿海重污染地區(qū)，腐蝕條件惡劣得多，大氣中水蒸氣含量較高，且含有較高濃度的酸性離子和鹽，較易穿透防護(hù)層對基材造成快速侵蝕，這極大地縮短了構(gòu)件的服役期限。
強(qiáng)腐蝕地區(qū)的大氣環(huán)境
隨著國民經(jīng)濟(jì)的增長，工業(yè)生產(chǎn)的日益頻繁和居民生活排污的增加，導(dǎo)致大氣中SO2?NO2?H2S等氣體的含量增加，加速了大氣腐蝕。在沿海地區(qū)，溫度、濕度及鹽分對大氣腐蝕也有顯著影響。另外，大氣中的塵土粉體顆粒等固體污染物也是加速大氣腐蝕的一個(gè)重要因素。近些年，資源型經(jīng)濟(jì)地區(qū)由于資源過度消耗，致使當(dāng)?shù)丨h(huán)境遭到前所未有的破壞，重污染天氣指數(shù)呈直線上升趨勢，具有持續(xù)時(shí)間長、影響范圍廣等特點(diǎn)。因此，各地區(qū)針對其大氣污染的監(jiān)控和防治工作也受到了廣泛關(guān)注，并逐漸開展了監(jiān)測研究。
有研究針對2016年濟(jì)南市大氣重污染期間的空氣質(zhì)量及其污染物組分特征進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，濟(jì)南市受工業(yè)污染影響，市轄區(qū)空氣污染物濃度是清潔對照組的三倍，污染程度較高，水溶性離子濃度由高到低依次為：SO42- >NO3- >NH4+ >Cl- >K+ >Na+ >Ca2+ >F-，且大氣中SO2和NO2的二次氧化程度較高。
也有研究人員對2016年南昌市主要的大氣污染過程及其污染物（PM2.5）進(jìn)行了綜合分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)重污染時(shí)段PM2.5主要組成為SO4- ?NO3-以及NH4+，三者濃度占比高達(dá)42.1%，大氣污染物中有機(jī)碳（OC）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.73%，wNO3-/wSO42-均值為0.85，明顯高于正常的0.56，重污染期間各污染物具體質(zhì)量濃度和空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）如圖1所示。
（a） 污染物濃度
（b） AQI
圖1 污染物濃度及AQI監(jiān)測數(shù)據(jù)
也有研究人員采用被動式多軸差分吸收光譜技術(shù)（MAX-DOAS）對長三角地區(qū)大氣污染物，開展了持續(xù)數(shù)年的監(jiān)測研究，分析了其時(shí)空分布和演變規(guī)律。結(jié)果表明長三角地區(qū)由于工業(yè)發(fā)達(dá)，污染排放也相對較重，大氣環(huán)境中的酸堿性氧化物如NO2?SO2等濃在長江流域主要工業(yè)園的下風(fēng)位置，這是因?yàn)樵摰貐^(qū)排放的污染物在下風(fēng)地區(qū)積聚。
大氣污染物對輸電設(shè)施的腐蝕影響
上述大氣污染物的存在加劇了重污染地區(qū)腐蝕環(huán)境的惡劣程度，對該地區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)、金屬設(shè)施等構(gòu)件造成了嚴(yán)重的安全威脅，較大地加速了其腐蝕進(jìn)程。
有研究人員基于廣東、廣西、貴州等地區(qū)輸電線路的建設(shè)情況，選取了城市、工業(yè)污染、海洋及鄉(xiāng)村4種大氣環(huán)境，開展了為期一年的實(shí)地輸電線路大氣腐蝕行為研究，結(jié)果顯示，工圖2 茂名和云浮兩地的腐蝕情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果
另有技術(shù)人員采用循環(huán)干/濕模擬腐蝕增重試驗(yàn)、電化學(xué)試驗(yàn)等研究了SO2對鋼結(jié)構(gòu)腐蝕行為的影響。結(jié)果表明，薄液膜較易吸附SO2 形成H2SO3，進(jìn)一步氧化成H2SO4，腐蝕溶解金屬基材及其腐蝕產(chǎn)物，形成孔洞，使腐蝕介質(zhì)更易穿透銹層接觸基材，加速腐蝕進(jìn)程。在SO2達(dá)到較高濃度后腐蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為較為致密的γ-FeOOH，腐蝕減緩，但隨時(shí)間的推移
為研究重工業(yè)污染和城市環(huán)境中鐵塔的腐蝕情況，有研究人員對實(shí)際運(yùn)行的熱鍍鋅輸電鐵塔取樣，借鑒GB/T 8923.1-2011的評價(jià)方法，對e級污區(qū)大氣環(huán)境中基材的腐蝕情況進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果顯示，塔材的表面形貌不一，說明鐵塔在強(qiáng)腐蝕環(huán)境中的腐蝕程度也不同，總體可分為輕腐蝕、部分腐蝕和完全腐蝕，且都存在不同程度的鍍鋅層消失，完全腐蝕區(qū)基材已全部裸露，需要進(jìn)行維護(hù)。
還有技術(shù)人員采用力學(xué)試驗(yàn)和形貌表征等手段研究了試制高強(qiáng)高韌耐候鋼在良鄉(xiāng)、曹妃甸、平潭及永泰四地的腐蝕行為，結(jié)果表明，耐候鋼試樣在北方地區(qū)的腐蝕情況較為輕微，這是因?yàn)樵摰貐^(qū)大氣污染物主要為SO2等酸性物質(zhì)，在腐蝕過程中會形成新的保護(hù)層；而南方沿海地區(qū)的大氣中Cl-濃度較高，這使耐候鋼失去自修復(fù)能力，短時(shí)間內(nèi)即發(fā)生快速腐蝕。
工業(yè)污染環(huán)境的形成主要是煉化企業(yè)等高污染企業(yè)在工業(yè)生產(chǎn)過程中持續(xù)性排放積聚廢氣和粉塵等污染物。相較于普通大氣環(huán)境，重污染大氣腐蝕環(huán)境更為惡劣，該區(qū)域輸電設(shè)施的腐蝕速率和腐蝕程度都進(jìn)一步加深。其中，受濕熱氣候和污染物共同影響，南方工業(yè)污染地區(qū)，尤其是濱海地區(qū)輸電設(shè)施的腐蝕廣泛且嚴(yán)重。