強腐蝕地區的大氣環境對輸電設施的腐蝕影響
2021-05-11 02:04:57
hualin
腐(fu)蝕(shi)，這一全人(ren)(ren)類共(gong)同面(mian)對(dui)的問題，涉及(ji)資源消耗、環境污染(ran)、人(ren)(ren)類健(jian)康等諸多問題。腐(fu)蝕(shi)產(chan)生的重(zhong)金屬離子會(hui)(hui)污染(ran)土壤(rang)、植物、水(shui)，同時還會(hui)(hui)威(wei)脅(xie)人(ren)(ren)類健(jian)康。據(ju)統計(ji)，2014年(nian)由(you)于腐(fu)蝕(shi)引起的經濟(ji)損失約占(zhan)各國(guo)每(mei)年(nian)GDP的3%~5%，我國(guo)腐(fu)蝕(shi)總成(cheng)本約為GDP的3.34%，腐(fu)蝕(shi)代價大(da)于所有自然災害損失的總和。隨著我國(guo)大(da)型(xing)基礎(chu)設(she)施建設(she)的快速(su)發展，這一數據(ju)仍會(hui)(hui)不斷上升。
近年(nian)來(lai)，我(wo)國(guo)電(dian)力(li)事業不斷發展(zhan)，承(cheng)載電(dian)力(li)輸送任務的(de)(de)輸電(dian)網線路建設(she)(she)里(li)程也快(kuai)速增長，為(wei)使輸電(dian)設(she)(she)施(shi)具(ju)有輕自(zi)(zi)重(zhong)和高支撐(cheng)強度的(de)(de)優點(dian)，結構(gou)件(jian)多采用鍍鋅鋼(gang)、碳鋼(gang)、鋁線等(deng)金屬材料，但這(zhe)些設(she)(she)施(shi)多暴露(lu)(lu)于戶外露(lu)(lu)天環境(jing)中，常年(nian)遭受不同(tong)自(zi)(zi)然(ran)條件(jian)的(de)(de)侵蝕。輸電(dian)網線路各部件(jian)的(de)(de)腐蝕與(yu)損耗較為(wei)廣泛(fan)，且很難進行(xing)全(quan)天候(hou)管理(li)，這(zhe)嚴重(zhong)威脅了(le)輸電(dian)設(she)(she)施(shi)的(de)(de)運行(xing)安全(quan)，嚴重(zhong)時(shi)甚至會造成人員(yuan)傷亡。
不同(tong)于內陸(lu)地(di)(di)區，我(wo)國(guo)南方沿海地(di)(di)區由(you)于特殊的(de)氣候(hou)原因，導致該地(di)(di)區的(de)大氣環(huan)境(jing)(jing)濕(shi)度和溫度相(xiang)對(dui)較高(gao)，且(qie)隨著工業(ye)的(de)不斷發展，逐(zhu)漸(jian)形成了典(dian)型(xing)濕(shi)熱工業(ye)的(de)強腐蝕環(huan)境(jing)(jing)，使該地(di)(di)區的(de)金(jin)屬構件(jian)較易發生(sheng)嚴重(zhong)腐蝕。
在內陸干旱地(di)區，由于大氣(qi)(qi)中(zhong)的水(shui)含量較(jiao)低，輸電設(she)施的腐(fu)蝕(shi)較(jiao)為(wei)緩慢，加之防護(hu)手段的作用，其有效(xiao)服役時長(chang)一(yi)般可達20年。但在一(yi)些強(qiang)腐(fu)蝕(shi)地(di)區，尤其是沿海(hai)重污染(ran)地(di)區，腐(fu)蝕(shi)條件(jian)惡劣得多，大氣(qi)(qi)中(zhong)水(shui)蒸氣(qi)(qi)含量較(jiao)高，且(qie)含有較(jiao)高濃度的酸性(xing)離(li)子(zi)和(he)鹽(yan)，較(jiao)易穿透(tou)防護(hu)層對基材造成快速侵蝕(shi)，這極大地(di)縮短了構件(jian)的服役期限。
強(qiang)腐蝕地區(qu)的大氣環境
隨(sui)著(zhu)國民經濟的(de)增長，工(gong)(gong)業生產的(de)日益頻繁和居民生活排污(wu)的(de)增加(jia)，導致(zhi)大(da)氣中(zhong)SO2?NO2?H2S等氣體(ti)的(de)含量增加(jia)，加(jia)速了大(da)氣腐蝕。在(zai)沿海(hai)地(di)(di)區(qu)，溫(wen)度、濕度及(ji)鹽分對大(da)氣腐蝕也有(you)顯著(zhu)影(ying)響。另(ling)外(wai)，大(da)氣中(zhong)的(de)塵土粉(fen)體(ti)顆粒等固體(ti)污(wu)染(ran)物也是(shi)加(jia)速大(da)氣腐蝕的(de)一個重要因素。近些(xie)年，資源(yuan)型經濟地(di)(di)區(qu)由于資源(yuan)過度消耗，致(zhi)使當地(di)(di)環境遭到(dao)前所未有(you)的(de)破壞(huai)，重污(wu)染(ran)天氣指(zhi)數(shu)呈直(zhi)線上(shang)升趨勢(shi)，具有(you)持(chi)續時(shi)間長、影(ying)響范圍廣等特點。因此，各地(di)(di)區(qu)針對其大(da)氣污(wu)染(ran)的(de)監控(kong)和防(fang)治工(gong)(gong)作(zuo)也受到(dao)了廣泛(fan)關注，并逐(zhu)漸開展了監測(ce)研究。
有研究針對(dui)2016年濟(ji)南市(shi)大氣重污(wu)染期(qi)間(jian)的空氣質量及其污(wu)染物(wu)組分特(te)征(zheng)進行了分析，結(jie)果(guo)表明，濟(ji)南市(shi)受工(gong)業污(wu)染影響，市(shi)轄區(qu)空氣污(wu)染物(wu)濃(nong)度是清潔對(dui)照組的三倍，污(wu)染程度較高，水(shui)溶性(xing)離子濃(nong)度由高到低(di)依次為：SO42- >NO3- >NH4+ >Cl- >K+ >Na+ >Ca2+ >F-，且(qie)大氣中SO2和NO2的二(er)次氧化程度較高。
也(ye)有(you)研究人員對2016年南昌市(shi)主要的大(da)氣(qi)(qi)污(wu)(wu)染(ran)(ran)過程及其污(wu)(wu)染(ran)(ran)物(wu)（PM2.5）進行了綜合分析，結果發現重污(wu)(wu)染(ran)(ran)時(shi)段PM2.5主要組成為SO4- ?NO3-以(yi)及NH4+，三者(zhe)濃(nong)度占比(bi)高達42.1%，大(da)氣(qi)(qi)污(wu)(wu)染(ran)(ran)物(wu)中有(you)機碳（OC）的質(zhi)量(liang)分數為4.73%，wNO3-/wSO42-均(jun)值為0.85，明顯高于(yu)正常(chang)的0.56，重污(wu)(wu)染(ran)(ran)期(qi)間各(ge)污(wu)(wu)染(ran)(ran)物(wu)具體質(zhi)量(liang)濃(nong)度和空氣(qi)(qi)質(zhi)量(liang)指數（AQI）如圖(tu)1所示。
（a） 污染物(wu)濃(nong)度(du)
（b） AQI
圖1 污染(ran)物濃(nong)度及(ji)AQI監(jian)測數(shu)據
也有研究(jiu)人員采用被動式多軸差分(fen)(fen)吸收光譜技術(shu)（MAX-DOAS）對長(chang)三(san)角地(di)區大氣污(wu)染(ran)物(wu)，開展了持續數(shu)年的(de)監測研究(jiu)，分(fen)(fen)析(xi)了其時空分(fen)(fen)布和(he)演變(bian)規律。結果(guo)表明(ming)長(chang)三(san)角地(di)區由于工業發(fa)達(da)，污(wu)染(ran)排(pai)放也相對較(jiao)重(zhong)，大氣環境中的(de)酸堿(jian)性氧化物(wu)如NO2?SO2等濃在長(chang)江流域主(zhu)要工業園的(de)下風(feng)位置，這是(shi)因(yin)為該(gai)地(di)區排(pai)放的(de)污(wu)染(ran)物(wu)在下風(feng)地(di)區積聚。
大氣(qi)污染(ran)物對輸電設施(shi)的腐蝕影響
上述大(da)氣污染物的(de)存(cun)在(zai)加劇了(le)重污染地(di)區(qu)腐(fu)蝕環境的(de)惡劣程(cheng)度，對該地(di)區(qu)的(de)鋼結構、金屬設施等(deng)構件造成了(le)嚴(yan)重的(de)安全威脅，較(jiao)大(da)地(di)加速了(le)其腐(fu)蝕進(jin)程(cheng)。
有研究人員(yuan)基于廣東(dong)、廣西、貴(gui)州(zhou)等地區輸電線路的建設情況，選取了城市(shi)、工(gong)業污染、海洋及鄉村4種大氣環(huan)境，開展了為期一(yi)年(nian)的實地輸電線路大氣腐蝕(shi)行為研究，結果顯示，工(gong)圖2 茂名和云浮兩地的腐蝕情況(kuang)統計(ji)結果
另(ling)有技術人員采用循環干(gan)/濕(shi)模擬腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)增(zeng)重試驗、電化學試驗等研究了SO2對鋼結(jie)構腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)行為的(de)(de)影響(xiang)。結(jie)果表明，薄液膜(mo)較(jiao)易(yi)吸附SO2 形成(cheng)H2SO3，進一(yi)步氧化成(cheng)H2SO4，腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)溶解金屬基材及其腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)產物(wu)，形成(cheng)孔(kong)洞(dong)，使腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)介(jie)質更易(yi)穿透銹層接觸基材，加速(su)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)進程。在(zai)SO2達到較(jiao)高(gao)濃度(du)后腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)產物(wu)轉化為較(jiao)為致密的(de)(de)γ-FeOOH，腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)減緩，但(dan)隨時間的(de)(de)推移
為(wei)研究重工業污(wu)染和城市環(huan)(huan)境(jing)中(zhong)鐵(tie)塔的(de)(de)腐(fu)蝕情況，有(you)研究人員(yuan)對實際運行的(de)(de)熱鍍鋅(xin)輸電鐵(tie)塔取(qu)樣，借(jie)鑒GB/T 8923.1-2011的(de)(de)評價方法，對e級污(wu)區(qu)大氣環(huan)(huan)境(jing)中(zhong)基(ji)材(cai)(cai)的(de)(de)腐(fu)蝕情況進行評價。結果(guo)顯示，塔材(cai)(cai)的(de)(de)表面形貌不(bu)一，說明(ming)鐵(tie)塔在強腐(fu)蝕環(huan)(huan)境(jing)中(zhong)的(de)(de)腐(fu)蝕程度也不(bu)同(tong)，總體(ti)可分為(wei)輕腐(fu)蝕、部分腐(fu)蝕和完(wan)全(quan)腐(fu)蝕，且都存(cun)在不(bu)同(tong)程度的(de)(de)鍍鋅(xin)層消失，完(wan)全(quan)腐(fu)蝕區(qu)基(ji)材(cai)(cai)已全(quan)部裸露，需(xu)要(yao)進行維護。
還(huan)有技術人員采(cai)用力學試(shi)驗和形貌表征等(deng)手段研究了試(shi)制高強高韌耐(nai)候鋼(gang)在(zai)良鄉、曹妃甸、平(ping)潭及永泰四(si)地(di)的(de)(de)腐(fu)蝕行為(wei)(wei)，結果表明，耐(nai)候鋼(gang)試(shi)樣在(zai)北(bei)方地(di)區的(de)(de)腐(fu)蝕情況(kuang)較為(wei)(wei)輕(qing)微，這(zhe)是(shi)因為(wei)(wei)該(gai)地(di)區大(da)氣污染(ran)物(wu)主要(yao)為(wei)(wei)SO2等(deng)酸性物(wu)質，在(zai)腐(fu)蝕過程中(zhong)會(hui)形成新(xin)的(de)(de)保(bao)護層；而南方沿海地(di)區的(de)(de)大(da)氣中(zhong)Cl-濃度較高，這(zhe)使耐(nai)候鋼(gang)失(shi)去自修復能(neng)力，短時間內即發生(sheng)快速腐(fu)蝕。
工業(ye)污(wu)(wu)染環(huan)境的形成(cheng)主要是煉(lian)化企業(ye)等高污(wu)(wu)染企業(ye)在工業(ye)生產過程(cheng)中(zhong)持(chi)續性(xing)排放(fang)積聚廢氣和(he)粉塵等污(wu)(wu)染物。相較于普通大(da)氣環(huan)境，重(zhong)污(wu)(wu)染大(da)氣腐(fu)蝕環(huan)境更為惡劣，該區域輸電設施的腐(fu)蝕速率和(he)腐(fu)蝕程(cheng)度都進一步加深。其中(zhong)，受濕熱氣候(hou)和(he)污(wu)(wu)染物共同影響，南方工業(ye)污(wu)(wu)染地(di)(di)區，尤(you)其是濱海地(di)(di)區輸電設施的腐(fu)蝕廣(guang)泛且嚴重(zhong)。