广东沿海地区输电铁塔锈蚀现状及其锈蚀因素分析

谭健聪，龙紫筠，陈剑平，黄练栋，林彩麟

（1.广东电网公司江门供电局，广东江门 529000；2.江门市大光明电力设备厂有限公司，广东江门 529000）

广东沿海地区输电铁塔锈蚀现状及其锈蚀因素分析

谭健聪1，龙紫筠2，陈剑平1，黄练栋1，林彩麟2

（1.广东电网公司江门供电局，广东江门 529000；2.江门市大光明电力设备厂有限公司，广东江门 529000）

锈蚀现象是输电铁塔服役过程中经常出现的问题。结合广东沿海地区的环境特征对该地区输电铁塔的锈蚀现状和铁塔主要锈蚀现象的锈蚀机理进行了分析。在此基础上，从相关环境因素和相关管理因素两个方面对主要锈蚀因素进行了进一步分析，从而对进一步提高该区域输电铁塔的防锈蚀工作提供一定的参考。

输电铁塔；锈蚀；沿海地区；锈蚀因素

输电铁塔是输电系统的重要结构装置，其可靠性对整个供电系统的安全有着重要的影响。国内现有的输电塔大多采用钢结构，主要采用热镀锌方式防锈蚀，在一般大气环境中可维持多年，基本满足输电铁塔的运行要求。然而，输电铁塔在其服役期间，所处的环境复杂多样，尤其是在沿海地区或者环境恶劣的工业区，由于气象因素与环境因素的影响常常对输电铁塔产生锈蚀现象，使输电铁塔的耐用年限明显缩短，同时增加了相关部门的维护工作量，从而影响输电线路的可靠运行。因此，输电铁塔的锈蚀现象和防锈蚀技术方面的研究已经成为电力部门的研究问题之一。

国内许多科研机构和电力部门都在输电铁塔的锈蚀问题和防锈蚀技术、金属的腐蚀和防护技术等相关方面上进行了许多调查和研究工作[1-8]。文献[1]对大气环境的各个腐蚀因素相关性进行了研究。文献[2]对钢结构的腐蚀因素以及相关防护技术进行了分析。文献[3-6]对输电铁塔以及输电铁塔的相关金属部件的腐蚀和防护等相关问题进行了调查研究。文献[7-8]结合地域的环境特点，对特定地域输电铁塔的锈蚀问题以及防护方法进行了分析和讨论。本文主要针对广东省沿海地区输电铁塔的锈蚀现状和锈蚀机理进行分析，并从相关环境因素和管理因素两个方面对输电铁塔的主要锈蚀因素进行分析和讨论。

本文在首先基于广东沿海地区的环境特征对该区域输电铁塔锈蚀现状和主要锈蚀机理进行了分析。在此基础上，论文对输电铁塔的主要锈蚀因素进行了分析。

1 广东沿海地区环境及铁塔锈蚀现状

1.1 广东沿海地区环境特征

广东沿海地区大多属于海洋大气环境。由于海水的蒸发，致使大气相对湿度大且中含有大量盐分。广东省的纬度相对较低，全年日照时间长，气温较高。总的来说，广东省沿海地区的地区气候环境特征具有高温、高湿、高盐分的特点。尤其是3-4月份相对湿度较大，铁塔表面易积水，并形成较厚的水膜，锈蚀速度会明显加快。表1是广东省各地区气象数据统计表。

表1 广东省各地气象数据统计表

从以上数据可以看出，广东沿海地区全年相对湿度在75%左右，其中广州、汕尾、阳江等地相对湿度超过80%，各地的平均温度大多在21℃左右，日降水量平均200 mm左右。

珠江三角洲作为改革开放的门户地区，工业增长速度迅速。该地区工业生产、城市交通和日常生活所造成的废气排放使广东面临着较为严重的空气污染问题，空气中含有一定二氧化硫、烟尘和粉尘。表2是广东省各地区大气污染物浓度统计表。

从以上数据可以看出，近年来广东各地SO2的排放量均在0.015 mg/m3以上，佛山地区的SO2排量在表中地区的排量最大，达到0.04 mg/m3以上。同时可看到，各地污染物的排量在时间上有所上升。

表2 2011-2013年广东省各地废气粉尘浓度统计表毫克/立方米

1.2 输电铁塔锈蚀现状

输电铁塔是输电工程建设和安装中重要的配套构件。随着我国经济的快速发展，用电需求的逐步增加，近二十多年以来国内输电铁塔的使用量也在逐渐增加。我国输电铁塔主材为16Mn、辅材为Q235，防锈蚀方式主要采用热镀锌方式。一般来说，在沿海地区铁塔热镀锌防锈蚀效果一般为多年，随后铁塔开始局部锈蚀，局部锈蚀会带动整塔锈蚀使锈蚀速度呈比例增长。目前，铁塔锈蚀后维护方式为刷油漆，常用油漆为冷涂锌漆，油漆的防锈蚀寿命为2-3年，维护频繁，且工程量大。输电铁塔建设的时间不同，不同时期输电铁塔加工工艺、安装和防腐维护水平的差异，致使输电铁塔现在的锈蚀情况也呈现出差异。根据输电铁塔锈蚀状况可分为局部锈蚀和整塔锈蚀两种情况。

图1 输电铁塔局部锈蚀现场

局部锈蚀的铁塔大部分构件表面有镀锌层，部分局部区域或个别塔件有锈蚀现象。输电铁塔的局部锈蚀多出现在塔脚、塔件连接处以及铁塔镀锌漏电或是有伤痕位置等放锈蚀能力较为薄弱的区域，如图1所示。图中铁塔按当时的技术标准采用热镀锌防腐方式，仅在螺栓、缝隙处出现局部锈蚀。

整塔锈蚀主要出现在盐雾浓度大的沿海地区或酸雨严重的工业区。整塔锈蚀的输电铁塔镀锌层完全被锈蚀，而且基体钢材已经出现锈蚀，如图2所示。图2中铁塔在当时并未形成统一的技术标准，图2（a）所示铁塔锈蚀情况严重，为整塔锈蚀，采用的防锈蚀方法是热镀锌方式。图2（b）所示铁塔已多次采用刷油漆维护。

图2 输电铁塔整塔锈蚀现场

2 输电铁塔锈蚀机理分析

大气锈蚀基本上属于电化学性腐蚀范围，是一种液膜下的电化学腐蚀。由于金属表面上潮湿的大气中吸附了一层很薄的水膜，当水膜达到20～30分子厚度时，就变成电化学腐蚀所必须的电解膜而产生锈蚀。

一般铁塔使用的基材为碳钢，碳钢是碳含量小于2.11%，并含有少量硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金。因其含有许多不同杂质，各有不同的电位，如果有水汽存在，就会形成锈蚀微电池。铁在潮湿的空气中形成铁碳原电池，发生阳极反应，与氧气和水一起形成氢氧化亚铁。氢氧化亚铁进一步被氧化氢氧化铁，脱水形成锈蚀。反应式如下：

在沿海地区因为海风中含有盐分，如果盐分沉积在铁塔上，将会增大表面液膜的电导作用，加速了锈蚀过程。其化学反应如下：

由于金属锌的电化学反应比铁要活泼，可采用热镀锌方式对输电铁塔进行防锈蚀保护。当水分子覆盖这铁塔上时，锌镀层作为阳极先被腐蚀，从而对铁塔的钢材进行保护。其电化学反应如下：

另一方面，由于工业发展造成的环境污染，使大气中含有一定的SO2成分，也会造成输电铁塔的锈蚀。其锈蚀机理是：一部分SO2在高空中能直接氧化成SO3并溶于水后生成H2SO4，另一部分SO2被吸附在金属表面上与铁起作用生成易溶的FeSO4。FeSO4会进一步氧化并由于水解作用变成H2SO4后侵蚀铁变成Fe2O3·H2O。

图3 角钢和镀锌层的极化曲线

3 主要锈蚀因素分析

从输电铁塔的锈蚀机理上可以看出输电铁塔的锈蚀多取决于输电铁塔所处的相关环境因素。从另一方面来说，输电铁塔的锈蚀从一定程度上也取决于铁塔所用材料的加工工艺、安装水平和铁塔建成后的维护。因此，输电铁塔主要锈蚀因素可以分为环境因素和管理相关因素两个方面。相关的环境因素直接与铁塔的锈蚀过程相关，铁塔的管理因素也会在一定程度上影响铁塔的锈蚀水平。

3.1 相关环境因素

输电铁塔锈蚀相关的主要环境因素主要包括湿度、温度、空气中SO2和盐分含量等几个方面。

（1）相对湿度的影响：湿度是决定大气腐蚀类型和速度的基本因素[8]。各个金属都有一个腐蚀开始加速的湿度范围。例如，铁在洁净的空气中随着湿度的增加，锈蚀将会缓慢增加；但是在含有0.01%的SO2的情况下，当相对湿度达到75%左右时，铁的锈蚀速度突然提高。一般来说，湿度越大钢铁表面形成的水膜越厚，随着水膜厚度的增加，锈蚀速度变大。

（2）温度的影响：空气的温度和温差对大气腐蚀速度有一定的影响。一般随温度的升高，腐蚀加快。在海洋大气环境中由于空气湿度大，常常高于金属的临界相对湿度，温度的影响较为明显，温度升高使海洋大气对输电铁塔的锈蚀加剧。

（3）SO2的影响：火力发电、工业生产、汽车尾气中常常含有多种腐蚀性气体如SO2、H2S、NH3、HCl等等。其中，以煤和石油燃烧产生废气中的SO2对金属的腐蚀作用最大。在SO2污染的大气中，输电铁塔中的铁和锌将会生成硫酸盐化合物，从而加重输电铁塔的锈蚀现象[8]。SO2对铁塔的锈蚀作用随其在大气中浓度成正比。

（4）含盐量的影响：盐粒子杂质溶于钢铁表面的水膜中，使水膜成为了导电性较好的电解质溶液，从而加速了铁塔金属的微电池作用，加重了铁塔的锈蚀。与干净大气的冷凝水膜比，被海雾周期饱和的空气能使钢的锈蚀速度增加多倍。一般来说，空气中的盐分浓度越大，铁塔受到的腐蚀作用也越严重。因此，离海岸较劲的铁塔受到的盐分腐蚀也就越严重。

除此以外，还有其他因素也会加速输电铁塔的锈蚀，如：光照条件光照会促进钢铁表面的光敏锈蚀反应及真菌类生物的生物活性，这就为湿气和尘埃在金属表面贮存并锈蚀提供更大的可能性、海风夹砂会对输电铁塔表面造成的划痕和损伤也会加重输电铁塔的锈蚀。

3.2 相关管理因素

从输电铁塔材料的加工到铁塔建成后服役期间的防护，相关管理因素对输电铁塔的锈蚀程度有一定的影响。这些因素可以大致分为：输电铁塔所用钢材的加工工艺的改进和耐腐蚀相关技术指标的监督、输电铁塔施工过程中安装的规范化和焊接过程中铁塔表面处理、铁塔施工完成后验收的规范化和质量监督、输电铁塔服役期间的定期维护以及发现铁塔锈蚀后的处理方案选择以及实施等几个方面。从铁塔的建材生产、施工建设和服役期维护三个阶段，建立相关的科学管理和监督机制，提高输电铁塔的防腐水平。

4 结语

本文结合广东沿海地区的环境特征对该地区输电铁塔的锈蚀现状和铁塔主要锈蚀现象的锈蚀机理进行了分析。在此基础上，论文结合该区域的环境特点和输电铁塔实际建设和维护过程，对从相关环境因素和相关管理因素两个方面对主要锈蚀因素进行了进一步分析，从而对进一步提高该区域输电铁塔的防锈蚀工作提供一定的参考。

［1］屈祖玉，董玉兰，李长荣，等.大气环境腐蚀性因素的相关性［J］.北京科技大学学报，1999（06）：552-555.

［2］王彩华，吴剑锋，张丽娜.钢结构的腐蚀与防护［J］.建材技术与应用，2009（02）：17-19.

［3］陈军君，胡加瑞，谢亿，等.典型工业区输电线路金具腐蚀失效分析［J］.腐蚀科学与防护技术，2013（06）：508-513.

［4］刘纯，陈军君，陈红冬，等.输电铁塔的腐蚀特性和防护［J］.湖南电力，2012（03）：24-26+42.

［5］陈云，强春媚，王国刚，等.输电铁塔的腐蚀与防护［J］.电力建设，2010（08）：55-58.

［6］陈彤，谈天，洪毅成，等.输电网镀锌金属部件的腐蚀与防护［J］.中国电力，2013（11）：1-7.

［7］樊雄伟，彭泉光.广西输电铁塔腐蚀防现状调查与防治建议［J］.广西电力，2012（04）：64-66.

［8］畅航.重庆地区输电铁塔腐蚀与防腐蚀研究［D］.重庆：重庆大学，2002.

Analysis on Corrosion of Transmission Tower and Related Factors in Guangdong Coastal Area

TAN Jian-cong1，LONG Zi-jun2，CHEN Jian-ping1，HUANG Lian-dong1，LIN Cai-lin2
（Jiangmen Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corp.，Jiangmen529000，China；2.Jiangmen DGM Electric Power Equipment Factory Co.，Ltd.，Jiangmen529100，China）

Corrosion of transmission tower a common problem appearing in the service process of transmission tower.With considering on environment characteristics of the coastal areas of Guangdong，this paper analyzed both of the corrosion phenomena of transmission tower and its mechanism.Based on that，some related corrosion factors were further discussed from the views of environment and management，hence provided certain reference to further improve the corrosion prevention of the transmission tower.

transmission tower；corrosion；coastal area;corrosion factor

TM75

：A

：1009－9492(2014)11－0116－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.11.031

谭健聪，男，1966年生，广东台山人，大学本科，工程师。研究领域：电力工程技术及运行管理。已发表论文3篇。

(编辑：王智圣)

2014－09－17