摘要：葛洲坝水电厂水下金属结构有弧形钢闸门，各类平板工作闸门，检修闸门和拦污栅。闸坝机械设备有门式起重机16台，大江、二江和三江弧门启闭机共54台，厂房桥机等。金属结构安装7.5万t，总防腐面积达45万多m2。水工钢结构防腐是水电厂面临的工程技术难题，葛洲坝水力发电厂经过20年对水工钢结构喷锌防腐技术的探索和试验，收到较好的效果，并积累了大量实践经验。
关键词：葛洲坝水电厂； 金属结构； 防腐技术；喷锌防腐
1概况
葛洲坝水利工程是我国长江干流上兴建的第一座大型水利水电枢纽工程，具有通航、发电等综合效益。
葛洲坝水电厂装机21台，总装机容量2 715 MW，设计年平均发电量14.1 TW·h。枢纽布置有两座电站、两条航道、三座船闸，中间布置有27孔泄洪冲砂闸，在两条航道上各布置有一座泄洪冲砂闸。二个排漂孔，39个机组排砂底孔，两个排沙洞。右岸为混凝土重力坝，左岸为土石坝。坝轴线全长2 606.5 m。水下金属结构有弧形钢闸门，各类平板工作闸门、检修闸门和拦污栅。闸坝机械设备有门式起重机16台，大江、二江和三江弧门启闭机共54台，厂房桥机等。金属结构安装7.5万t，总防腐面积达45万多m2。葛洲坝枢纽的水工钢闸门、拦污栅的运行方式是：当机组运行时，拦污栅处于动水状况；各类检修门在工作时，处于静水中；各类平板工作门、弧形工作门泄流时，处于动水状态；机组拦污栅95%浸于水下，各类平板门有的95%全浸在水下，有的平板门和弧形工作闸门背水面受水位变化处于干湿交替状态。
2 水质条件和水工金属结构锈蚀状况
2.1 葛洲坝段水质条件
（1）库段现有水体pH值在6.8～9.1之间，略偏碱性，整个库区变化不大。
（2）溶解氧一般在8.0 mg/L左右，最大值9.1 mg/L。枯水期较多，丰水期较低，整个库段变化不大。
（3）耗氧量在1.4～4.9 mg/L范围内波动，洪水季节大于平水期和枯水期。
（4）三氮：〖ZK（〗氨氮（NH2-N）为0.09～0.39 mg/L。
亚硝酸盐（NO2-N）为0.013～0.037 mg/L。
硝酸盐（NO3-N）为0.45～0.91 mg/L。
整个库区硝酸盐含量都大于氨氮、亚硝酸盐。
（5）阴离子表面活性剂：枯水期波动范围0.067～0.099 mg/L。
（6）有机磷农药：敌白虫、敌敌畏、乐果、对硫酸、甲基对硫酸、杀螟松。在各水期汛末有，下限为0.3 mmg/L。
（7）含沙量：多年平均含沙量为1.19 kg/m3。最大含沙量为10.5 kg/m3。
含沙量年内分配不均匀，输沙量集中于汛期，5～10月的输沙量一般在（80～90）%以上，7～9月的输沙量在（40～75）%以上。
2.2 水工金属结构锈蚀状况
运行3年后，所有闸门及拦污栅普遍发生锈蚀，运行8年后，发现在排砂底孔工作门的面板上，出现直径约10 mm的锈泡，锈泡内有黑色的污水，干燥后，锈泡内为黑色的粉末，锈泡处为深度达2～3 mm的凹坑。其它闸门也有类似现象。
因锈蚀造成闸门损坏外，长江泥沙对闸门造成的冲刷、气蚀也相当严重。
二江泄水闸弧形工作门面板厚度为18 mm。1993年3月3日更换第2孔底止水橡皮水封时，测量底边以上100 mm范围内，弧形工作门面板厚度变化情况，测量仪表为：HCC-16超声波测厚仪，结果显示，在这100 mm的上部，钢板厚度约17 mm，中部厚度约16 mm。底边厚度约15 mm。在这100 mm范围内钢板减薄了1～3 mm。
最为突出的是二江泄水闸弧形工作闸门面板和弧门底坎，弧门面板下缘底止水螺栓孔附近，产生的气蚀凹坑和冲刷的沟槽。凹坑最大直径约10 mm，最大深度约5 mm。沟槽深度有3~4 mm。底坎钢板磨损达10几mm（底坎钢板厚度为14～16mm）。1994年1月19日检查26孔弧门底坎，左端钢板厚度为15.7 mm，右端钢板厚度为15.5 mm。底坎钢板中部厚度为9.7 mm，中部的下游边缘钢板厚度仅有2～3 mm，局部已经磨透，出现明显的月牙状缺口，整个底坎明显两边高中间低。
3 闸门和拦污栅的防腐保护
3.1拦污栅上外加电流阴极保护试验
阴极保护是防止金属产生电化学腐蚀的电化学保护技术，它不仅可以防止均匀腐蚀，更重要的是可以防止局部腐蚀，点腐蚀以及应力腐蚀。
电化学腐蚀必须有三个基本过程组成：阳极过程、阴极过程和电流流动。上述三个过程缺一不可，其中有某一个过程受到阻滞不能进行则整个腐蚀过程就停止了。
阴极保护的原理：使直流电流从金属周围的电解质中流入该金属，从而降低该金属腐蚀速度的方法，称为阴极保护。这时金属表面始终处于得到电子的状态，不再因失去电子而氧化。因而获得保护。
阴极保护有两种，即牺牲阳极法和外加电流法。它们只是通入阴极电流的方式不同，外加电流是采用直流电源给被保护的金属结构通以阴极电流。牺牲阳极是将某些电极电位较负的金属或合金如：锌、铝、镁与被保护金属结构短路连接，则电极电位较负的外接金属成为阳极，发射电流，自身溶解消耗，被保护的金属成为阴极，获得保护。这两种方法均可达到满意的保护效果。
为了探讨防腐蚀的各种方法，于1984年在7号机拦污栅上，进行了外加电流法的阴极保护试验。
其基本参数的选定：
最小保护电位选定为-750 mV；
最大保护电位选定为-950 mV；
保护电流密度选定为2~5 mV/m2；
阴极选型为∮20钢丸；
电源设备选用恒电位仪；
参比电极选用硫酸铜参比电极。
安装施工按设计书，先将阳极接线测量电极固定好后，再整块放到栅面上，固定在露出水面的拦污栅上。阴极保护在本枢纽难以推广，其理由：一是本枢纽发电厂为径流式，下游水位变幅太大；二是上游水位虽变幅不大，但三闸上游面的闸门面板腐蚀主要是磨蚀，闸门需随时开启泄流，单孔流量大，阳极难以固定。
3.2 玻璃钢防腐保护试验
其原理是利用高分子材料——玻璃钢的物理屏蔽作用，将金属与外界环境隔离，阻滞与减少腐蚀介质与金属的接触，以消除接触腐蚀。利用玻璃钢的抗磨损性能，达到保护金属不受泥沙冲刷、气蚀的目的。
（1）鉴于二江泄水闸弧形工作门、平板工作门受泥沙磨蚀冲刷严重。1989年3月，对二江泄水闸第19孔平板工作门、弧形工作门、排漂孔检修门进行玻璃钢防腐保护试验，总防腐面积4626 m2。经过一个汛期，第二年检查弧门支臂和门隔内的玻璃钢布大面积脱落，在未脱落的玻璃钢布内，也有大片红铁锈蚀产生。
（2）1990年4月在二江泄水闸第7孔弧形门工作面板底缘以上3 m，宽12 m，表面进行喷干砂除锈，露出金属本色，采用三层环氧玻璃钢保护。
1991年元月10日检查时，玻璃钢保护完好。1991年12月20日检查仍然良好。1994年1月17日检查，大面积良好，在底缘的螺栓孔以下，玻璃钢局部被冲刷，呈铁红色。
玻璃钢防腐蚀虽作了试验，难以作出评价，就第19孔弧形门与平板门的试验情况来看，主要是施工质量方面存在问题。
表现在：①表面除锈不彻底，②粘接剂涂刷不均匀，导至从边缘用手能成片撕下玻璃布。③层间玻璃布存在针孔、白点、气泡。④局部粘接剂固化不好。但可以肯定地说，环氧玻璃钢防腐用于本枢纽弧形工作门的迎水面，防腐是有一定效果的。1994年5月在对第19孔弧形工作门面板进行喷砂处理时，部分玻璃钢布结合很牢，撕不下来，凡撕不下来的玻璃钢布，至今依然保存着。
3.3 ZF101涂料防腐保护试验
1990年4月初对二江泄水闸第2孔弧形工作门面板，底缘3 m以上，宽12 m，喷干砂处理后，涂ZF101涂料保护（环氧类胶液、水泥和金刚砂等的混合物）。1991年4月17日检查，涂层大部分完好，但已开始出现锈蚀，锈蚀情况两边较轻，中间较生。涂层仍为黑褐色。1993年2月25日检查，弧形工作门下缘全部螺栓孔以下已冲刷成凹坑，中部面板底缘以上1.5m出现严重锈蚀，涂料明显减薄，并露出金属面，弧形工作门面板左侧涂料出现凹凸不平。1993年3月2日，对出现锈蚀部分，进行喷干砂处理后，用环氧金刚砂修补。
3.4 用环氧金刚砂防腐保护
在弧形工作门下缘2m以下，在喷干砂处理后，涂刷一层约2～3 mm厚的环氧金刚砂的防腐效果很好。
3.5 F553环氧油漆防腐保护试验
1994年5月16日至6月16日，对二江弧形工作门、平板门进行喷锌防腐，对弧形工作门面板上部10 m左右，涂刷了海鸥牌F553环氧油漆。由于施工中报废了一桶，故下部约5 m未作处理。1995年2月23日检查，弧形工作门顶止水以下大部分出现锈蚀。
3.6 LW-1型水性无机富锌油漆防腐保护
无机富锌油漆由锌粉和无机基料等配制而成，漆液覆盖后，常温固化。涂层牢固，耐磨、耐水、耐热、耐气候性能优良。对黑色金属表面有隔绝和阴极保护作用。
（1）1995年3～5月，大江冲砂闸6#、7#、8#、9#4个孔的弧门工作门进行喷锌后，LW-1型水性无机富锌油漆封闭。
弧形工作门的迎水面喷砂处理后，喷涂水性无机富锌漆，厚度约100um。在弧形工作门迎水面底缘以上1 m，采用环氧金刚砂保护。
大江冲砂闸4个孔，总防腐面积为1.45万m2。
（2）1995年3～5月，大江拦污栅的10#机中孔，17#机的中孔和左边孔，20#机的中孔和左边孔和1扇备用栅，采用水性无机富锌油漆，涂层厚度100μm左右，防腐面积为8900m2。
施工中，该油漆完全固化时间较长，喷涂2～3 d内不能被雨淋，如遇下雨，涂层就成了灰黑色的膏状。完全固化时间在10 d以上。
水性无机富锌油漆的防腐效果，在经受实践的检验后，再进行探讨。
3.7铝粉氰化橡胶油漆防腐保护
1987年至1988年在二江机组进水口拦污栅上采用铝粉化橡胶油漆防腐保护。经喷干砂处理后，金属表面露出灰白色的金属本色，喷涂铝粉氰化橡胶油漆四道，两底两面，总厚度为240 μm左右。防腐面积为1万多m2。
经过一两个汛期后检查，大部分油漆被泥沙冲刷掉，效果很差。
3.8喷锌防腐保护
葛洲坝电厂闸门金属结构总防腐面积达40多万m2，从1983年至1995年，共进行了喷锌防腐保护31万多m2。
（1）喷锌保护原理
利用喷锌层在钢材表面形成一层有毛细孔组织的金属薄层，靠该层形成氧化膜或碱性盐阻挡了氧和水分对基体的腐蚀。另外由于锌的电极电位比钢负，它能对钢材起着牺牲阳极的保护作用。所以锌层的防腐效果是比较理想的。再加上涂料封闭层的毛细孔组织阻止了“坑蚀”又进一步提高了抗蚀性能。
（2）喷锌防腐的施工工艺
①喷干砂表面处理。
②喷锌：将锌丝在高温火焰中熔化。用压缩空气将熔化了的锌吹成雾状微粒，这雾状微粒在高速喷射过程中受空气冷却，而处于半融状态，堆积到结构表面后，立即变形收缩，紧紧地嵌附在经过除锈、有一定粗糙度的钢结构表面上，形成镀层。
③在镀层的表面加以涂料保护，封闭孔隙。
（3）锌镀层的物理特性
①锌丝含锌量应大于99.99%。
②比重：锌镀层为多孔性堆积结构，一般孔隙率为10%左右，较原金属锌比重减小(5～30)%。
③抗拉强度：经喷射的锌镀层为物理堆积附着状态。颗粒间结合强度较低，且有孔隙，其抗拉强度为原铸造锌抗拉强度（1 127 kg/cm2）的28.7%。
④硬度：经喷镀后，由于镀层中夹杂着氧化物以及金属颗粒在喷射和撞击过程中有可能发生淬火和冷击硬化现象。锌镀层表面布氏硬度达32，较铸造硬度提高了三分之一。
⑤镀层对结构表面的附着力随结构材质及表面处理质量而异，约为锌镀层抗拉强度的1/3。
⑥具有一定的抗渗能力。
（4）喷锌防腐的质量要求
①喷干砂表面处理：按sa21/2级要求，表面必须全部露出灰白色的金属本色，表面无疏松的锈蚀产物及其它氧化物，无油污、无灰尘和细微的沙粒，表面彻底干燥并有一定的粗糙度。
②喷锌：镀层平均厚度为150μm。允许范围在120～200μm之间，厚度不足120μm应加厚处理。
（5）喷锌的质量检查
①锌层厚度的测量采用非磁性测厚仪。
②外观检查：锌镀层表面无杂物、气孔、孔洞，凹凸不平，粗颗粒及裂纹现象，若出现上述现象，应根据情况除去重新补喷，但对附着力影响不大，可以保留。
③附着力检查：在不太重要部位或认为质量较差部位，用利器削刮，将锌层切断，划平行线，平行线间的锌层不得有锌层脱落，若有此现象，应喷砂处理后补喷，每次受检查面积如有15%不合格，则全部重新喷锌。
④孔隙检查：用10 g/dm3铁氰化钾（赤血盐）和20g/dm3氰化钠混合液，将50 mm×50 mm或100 mm×100 mm形状的滤纸放在上述溶液中，然后取滤纸覆盖在锌层上，并不断用毛刷蘸溶液，向滤纸上涂刷，约5～10 min，取下滤纸，观察滤纸上的兰点或锌层上出现的黑色斑点，标准是：不应大于2点/cm2，若较大面积出现超标，则需要重新补刷。
（6）锌层表面涂料保护，密封空隙
涂料选用铝粉氧化橡胶防锈漆，涂装两道，干膜厚度达到60μm，涂层总厚度（含锌层厚度）为160～240μm。
要求涂料粘度适中，涂层均匀，外观一致，无漏涂、起皱、起泡、脱落、流淌。
（7）喷锌防腐效果
喷锌防腐效果令人满意。三江冲砂闸6扇弧形工作门1983年喷锌至今，仍保护完好，只是在局部的门隔焊缝处有锈蚀产生。二江泄水闸弧形工作门从1986年开始进行喷锌防腐，至今未发现大面积锈蚀，但在弧形工作门背水门的下部，局部出现了锈蚀。出现局部锈蚀的主要原因是除锈不彻底，或在施工中漏喷漏涂、锌层厚度不够等原因造成的。在15 a内经喷锌保护的闸门，不会发生大面积锈蚀是完全可能的。
3.9 喷铝防腐
铝在不氧化时，电极电位比钢材为负，但在喷铝时，高温铝与压缩空气中的氧气化学反应，极易生成氧化铝，由于氧化铝的导电率低，电极电位较钢材为正，使用中没有阳极保护作用，氧化铝自身的防腐效果很好，但当氧化铝受到破坏后，钢材金属就受到腐蚀。
二期工程的水工金属结构均采用喷铝保护，由施工单位组织施工，其基本要求施工工艺与喷锌相同。
4 金属防腐工作中值得注意的几个问题
（1）当正确选择涂料之后，金属的表面处理不好，无论采用什么工艺，都不可能达到理想的效果。
（2）喷锌防腐的关键也是金属表面的喷砂处理，除锈不彻底，或出现二次生锈，都将严重的影响喷锌防腐质量。
（3）油漆、喷锌防腐工作中，防腐质量的好坏与操作人员的熟练程度、技术高低有关，所以选择一支高素质的队伍，是搞好油漆、喷锌防腐的关键。
（4）在施工过程中实行全过程的质量控制与质量监理，确保每道工序符合技术要求。
（5）对防腐村料的选择应作小面积试验，经过实践的考验，取得效果后，再进行大面积的推广使用。 |
