李辛庚+赵芃++张晋梅
摘 要：采用热喷涂ZnAlMgRe合金制备输变电钢构件防腐涂层，可实现40年以上免维护的效果，提高输变电钢构件的耐腐蚀性能和抵御自然灾害能力，延长防腐维护周期，降低日常运行维护成本。
关键词：国家电网；全寿命周期；铝镁稀土合金防腐涂层；技术性；经济性
1 背景和概况
沿海、湿热、重工业污染等重腐蚀条件地区，采用热镀锌防腐技术的输变电钢构件防腐寿命明显偏短，腐蚀防护性能远远不能满足国家电网公司颁发的《关于进一步提高工程建设安全质量和工艺水平的决定》（国家电网基建【2011】1515号）[1]文件中规定，严重降低钢构件的安全可靠度。相对落后的腐蚀防护技术，成为实现“最优目标”中的“短板环节”之一。
2 输变电工程钢构件防腐技术
输变电工程钢构件普遍采用热浸镀锌技术一般防腐设计寿命为20年。在普通干燥的大气环境条件下，传统热浸纯锌镀层在投运5-10年后防腐性能开始退化。在沿海和重工业污染地区，平均首次维护时间仅为4-8年。而镀层材料合金化和配套涂层设计理念，可大幅度提高镀层的防腐蚀性能。
3 热喷涂锌铝镁稀土涂层的技术性分析
3.1 涂层制备工艺分析
采用热喷涂技术，工艺有表面处理和喷涂施工两道工序，对于存在的缺陷可按原工艺的要求重新施工，涂层基本性能和防护性能没有差别。采用热浸镀技术，各环节需要控制的因素较多，对于漏镀等缺陷不能按原工艺重新处理，只能采用冷涂锌技术，长期使用过程中可能会导致涂层局部防腐性能不能满足设计要求。
3.2 工作效率分析
热喷涂技术一般以单位时间内喷涂面积核算其工作效率，热浸镀技术是以单位时间内浸镀工件的重量核算。经调研，对于结构较复杂的工件，热喷涂技术工作效率低于热浸镀技术；对于结构较简单的钢管杆，如采用生产线进行热喷涂，其工作效率远高于热浸镀技术。
4 热喷涂锌铝镁稀土涂层的经济性分析
热喷涂锌铝镁稀土合金涂层具有涂层成分准确、孔隙率低、耐蚀性能好等特点。采用热喷涂锌铝镁稀合金涂层+封闭处理方案制备钢构件防护涂层，可大大延长钢构件使用寿命。
4.1 初期投资分析
采用热喷涂技术制备涂层，有电弧喷涂和火焰喷涂两种技术。车间施工时，表面处理一般采用喷砂处理，初期投资为十几万元。现场修复处理时，用打磨工具进行表面处理，初期投资较低。采用火焰热喷涂技术喷涂施工，需要氧气瓶、乙炔气瓶、压缩空气瓶和送丝机，初期投资几万元。采用电弧喷涂技术制备涂层，需要喷涂电源、送丝机，其初期投资为几十万元。采用热浸锌技术制备涂层，需要热浸镀锌锅、加热系统、锌锭、行吊等，处理工艺一般为碱洗、水洗、酸洗、水洗、助镀处理、烘干等。除厂房外，初期投资需要1000万元以上。
4.2 经济效益分析
（1）角钢塔涂层制备成本分析。ZnAlMgRe合金丝材单价为38元/kg。电弧喷涂过程中丝材的损耗以20%核算，按标准《输电线路铁塔制造技术条件》[2]的规定，电弧喷涂层厚度以与热浸镀工艺相同的涂层厚度（选择86μm）进行防护处理，不考虑其他因素影响，采用算数加权平均的方法核算ZnAlMgRe合金涂层密度为6.2g/cm3，涂层成本按式计算：c=（t×A×ρ×Ρ）/（1+D），式中P-单价，元；C-成本，元；t-涂层厚度，m；A-涂层面积，m2；ρ-涂层密度，g/m3；D-喷涂中丝材损耗，%。喷涂ZnAlMgRe涂层1m2的丝材成本为25元/m2。采用效果最好的棕刚玉砂的市场价格按4400元/吨，对杆塔塔材进行喷砂表面处理，每平方米消耗棕刚玉砂2kg。喷砂消耗棕刚玉的成本按式计算：c=（2A×P）/1000=8.8A，封闭处理采用硝基清漆，市售价15元/kg，每公斤清漆施工面积以12m2计。查阅相关输变电钢构件角钢手册，在1吨不同规格输变电角钢上制备ZnAlMgRe涂层成本为L63×6型表面积43.2m2/t，合计2741元，L100×10型表面积25.8m2/t，合计1645元，L125×12型表面积21.6m2/t，合计1379元，L160×14型表面积，18.5m2/t，合计1180元。（2）钢管杆涂层制备成本分析。钢管杆的规格参照国家电网公司企业标准《输电线路钢管塔构造设计规定》（Q/GDW391-2009）[3]。采用相同的计算方法，对在不同规格钢管杆表面制备ZnAlMgRe涂层的成本进行计算，如果采用传统热浸镀锌技术制备镀层，每吨钢材的加工价格为1300元/吨。
4.3 耐蚀性能对比分析
重工业污染或酸雨环境下，传统热镀锌层投入运行3～4年后，线路塔出现大量锈点，4-5年便逐步转变为整塔锈蚀。采用热喷涂ZnAlMgRe合金涂层，不进行封闭处理的情况下，当ZnAlMgRe合金涂层的耐蚀性能为热浸镀锌的15倍以上可满足全寿命周期免维护的要求。
4.4 ZnAlMgRe合金涂层全寿命周期经济性分析
（1）重腐蚀地区ZnAlMgRe合金涂层全寿命周期经济性分析。重工业污染区和沿海地区，热浸镀锌初次维护的时间取为4年，在全寿命周期内至少维护8次，如维护采用目前常用的冷涂锌技术，每次费用为1300元/吨，共计10100元/吨，与初次建设投资的费用（仅考虑热镀锌部分）总和为11400元/吨。以铜加速乙酸盐雾试验结果核算，ZnAlMgRe合金涂层+封闭处理可以保证40年免维护，用于防腐的全部成本仅为初期建设时的制造成本。取以上计算中最高的2741元/吨。与热浸镀锌相比较，性价比可达到4倍以上。（2）一般腐蚀性地区ZnAlMgRe合金涂层全寿命周期经济性分析。一般腐蚀性地区，热浸镀锌初次维护的时间为10年，在40年的全寿命周期内至少维护3次，如采用目前常用的冷涂锌技术，每次费用为1300元/吨，共计3900元/吨，与初次建设投资的费用（仅考虑热镀锌部分）总和为5200元/吨。采用热喷涂ZnAlMgRe合金涂层则具有1.8倍性价比。以上分析可知，在一般腐蚀性地区，角钢厚度≥10mm时，采用热喷涂ZnAlMgRe合金涂层具有较好的经济效益，如在不同规格的钢管杆上制备涂层，则均有非常好的经济效益。在重工业污染区和沿海地区等重腐蚀地区，采用ZnAlMgRe合金涂层+封闭处理工艺在角钢塔材和钢管杆上制备的合金涂层，与传统热浸镀锌镀层相比，均具有更加优异的经济效益。
5 结束语
（1）与热浸镀锌相比，采用规格为Φ2～Φ3mm的锌铝镁稀土丝材电弧喷涂工艺技术可以提高耐腐蚀性能5倍以上。适合于输变电工程钢构件的耐环境腐蚀防护应用。（2）采用热喷涂技术可以减少热浸镀锌的污染排放。（3）与传统热浸镀锌镀层相比，在一般腐蚀性地区，角钢厚度≥10mm时，采用热喷涂ZnAlMgRe合金涂层具有较好的经济效益；对于不同规格钢管杆，则均有良好经济效益；而在重工业污染区和沿海地区等重腐蚀地区，采用ZnAlMgRe合金涂层+封闭处理工艺在角钢塔材和钢管杆上制备的合金涂层，均具有更加优异的技术经济效益。
参考文献
[1]国家电网公司2011年颁发的《关于进一步提高工程建设安全质量和工艺水平的决定》（国家电网基建【2011】1515号）[Z].
[2]国家电网公司企业标准.Q/GDW391-2009.输电线路钢管塔构造设计规定[S].
[3]GB/T 2694-2010.输电线路铁塔制造技术条件[S].
作者简介：李辛庚（1962-），男，汉族，河北，博士，教授/高级工程师，材料专业。
赵 （1989-），女，满族，北京，硕士，助理工程师，变电专业。
张晋梅（1971-），女，汉族，天津，工程硕士，高级工程师，土建专业。
