小浪底电站闸门抗磨防腐蚀技术的研究与应用.docVIP

小浪底电站闸门抗磨防腐蚀技术的研究与应用 唐红海1 魏皓2 邓玉海3 陈 飞4 （1,2 小浪底水利枢纽建设管理局水力发电厂，济源 459017 3,4 水利水电三门峡防腐工程有限公司，三门峡 472000） 摘要：小浪底水电站排沙洞偏心铰弧门因运行工况特殊,运用频繁,弧门面板磨损破坏较为严重。由于目前国内水工闸门耐磨防腐蚀技术的应用少、发展缓慢。通过研究、分析和借鉴其它行业类似技术，研发涂层抗磨性能模拟试验设备，进行多方案的对比试验和方案优化，将优化的“喷锌+喷316不锈钢+环氧封闭油漆”方案成功应用在小浪底电站的闸门上。 关键词：小浪底电站 不锈钢 抗磨防腐蚀 闸门 我国水利资源丰富，水电站众多，金属结构设备的磨损、腐蚀问题较为普遍。小浪底电站是黄河开发和治理的关键性控制工程，电站水轮机的工作具有过机含沙量高，水头变幅大的特点，通过三门峡电站的喷涂实践，吸收国际研究成果并在充分论证的基础上，对小浪底电站的转轮和导叶采取喷涂碳化钨方案，在固定导叶和尾水锥管进口段喷涂聚氨酯的方案，涂层经过十多年的运行考验, 小浪底电站转轮、导叶等部位的抗磨蚀效果良好[1]。但是，由于受喷涂材料、喷涂设备、工艺条件和高昂费用的制约[2]，该项技术在水电站闸门上推广应用受到了很大限制，而寻找一种经济、实用、寿命长，便于在水工闸门上广泛推广抗磨防腐蚀喷涂技术显得十分必要。 1 国内抗磨防腐蚀概况 目前，我国基础设施好时机，船舶能源、化工、重型机械建设大力发展推广表面技术对节能减排建设资源节约、环境友好社会具有重要意义。抗磨防蚀表面的一个分支具有交叉性、边缘性、多学科性等特点核心是新材料新技术的应用，主要包括：热喷涂、堆焊及耐磨板、激光熔覆、耐磨陶瓷技术、抗蚀耐磨涂料技术、不定形抗蚀耐磨材料技术等。 —4环氧富锌防锈底漆+8840环氧不锈钢鳞片漆”作为抗磨防腐蚀方案，经过十多年的运行考验,二种方案的防腐蚀效果均较好，但是抗磨蚀性能尚不能满足特殊工况条件下闸门的运行要求。目前小浪底明流洞工作闸门和排沙洞偏心铰弧形工作闸门的面板均存在油漆刮伤损坏问题，如图1。因为磨损加剧，造成防腐周期缩短，一方面加大了防腐检修管理和维护费用，最关键的是磨损、锈蚀及频繁的防腐喷沙对闸门基体产生了较强的破坏,使闸门变薄，缩短闸门的使用寿命，危及闸门的安全运行。 3 抗磨防腐蚀技术的调研和方案的选择 通过比选、调研，考虑到金属热喷涂是一种材料表面强化和表面改性的新技术，可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、减磨和密封等性能，具有应用广泛，施工工艺相对成熟，易于推广等优点[4],[5]。为此，对国内常用金属喷涂技术的优、缺点进行简要分析： （1）常用水工钢结构金属涂层有锌、铝、锌铝合金、锌镁合金、喷稀土铝、先喷锌后喷铝和先喷铝后喷锌，涂层厚度控制在120um左右，常用的封孔涂料为磷化底漆、环氧封闭漆和氯化橡胶，厚度控制在80um左右。使用寿命一般为15年左右，铝基涂层易钝化而失去阴极保护作用，在后期易出现鼓泡和白色物析出现象[6]。而锌基涂层颗粒较细且均匀，阴极保护效果稳定可靠，效果良好，特别是锌的防渗透能力强，缺点是锌层的表面硬度较差、耐磨性和抗破坏性较差。 （2）不锈钢涂层的保护周期为40年左右，其优点是硬度高、耐磨性好、强度大，抗破坏性能好，其缺点是易锈蚀、无阴极保护功能，表面粗糙，孔隙率大，防渗透能力弱，很少在水工钢结构中应用。 （3）碳化钨金属陶瓷，主要成分为WC-CoCr(Ni)是目前国际上公认的水轮机过流部件上采用的抗磨蚀涂层，具有优良的抗磨和防气蚀、防腐蚀效果的涂层，涂层致密且结合强度高，耐磨性能好。其原理是让碳化钨金属陶瓷粉末，以超音速的速度喷射到工件表面，形成高强度的涂层。其缺点是喷涂设备需要进口，设备价格昂贵，喷涂成本很高，现阶段在水工闸门上大面积的推广应用的可能性不大[7]-[12]。 通过对分析、总结，提出了利用锌层具有良好的附着力和阴极保护效果，和不锈钢具有高强度、高耐磨和长寿命的特点，决定采用喷锌+喷不锈钢的组合方案，同时用封闭漆来弥补不锈钢表面粗糙，孔隙率大，防渗透能力弱的缺点。具体方案见表1。 表1 不锈钢抗磨防腐蚀技术方案 件号 试验方案内容 设计涂层厚度 遍数 喷涂工艺 备注 1 喷锌+喷201不锈钢 60μm+60μm 2 粗糙度Ry60-80μm，清洁度Sa2.5，电弧喷涂 不涂封闭漆的抗磨性 2 喷锌+喷316不锈钢 60μm+60μm 2 同上 3 喷锌+喷201不锈钢+环氧金刚砂油漆 60μm+60μm+30μm 2 同上 考察完整喷涂系统的抗磨性能和耐腐蚀性能 4 喷锌+喷316不锈钢+环氧金刚砂油漆 60μm+60μm+30μm 3 同上 5 喷316不锈钢+环氧金刚砂油漆 60μm+3