近年来，我国多个地区空气质量明显下降，雾霾天数显著增加，电力工业设施、设备的腐蚀问题日益严重，制备高效防腐新材料、研发防腐新技术是最大限度减少和对抗腐蚀的可行办法，也是电力工业安全运行的前提保障。编者整理了电力工业最前沿的材料防腐科技供大家参考。

 

1石墨烯基重防腐涂层实现电力设施长效防腐

 

    2016 年 10 月 13 日，浙江宁波供电公司 220 千伏蟹浦变电站附近，工作人员正在给铁塔涂刷防腐涂层。看似普通的一层薄薄涂料，却包含了当今世界最前沿的“黑科技”——石墨烯。

    日前，宁波供电公司和中国科学院宁波材料技术与工程研究所（下称“中科院材料所”）成立联合实验室，共同探索研究石墨烯的奥秘，其中一项重要成果就是石墨烯基电力杆塔导电重防腐新型涂料。它的防腐性能超出传统涂料至少两倍，使杆塔的防护寿命达到 10年以上，填补了国内电网防腐涂料的技术空白。而这仅仅只是石墨烯应用的冰山一角，它的神奇之处还远不止于此。

    什么是石墨烯？

    2010 年的诺贝尔物理学奖将石墨烯带入了人们的视野，获奖者英国曼彻斯特大学的安德烈 ? 海姆和康斯坦丁 ? 诺沃肖洛夫两位教授，从石墨薄片中成功剥离出了石墨烯。

    石墨烯非常薄，厚度只有一根头发的 20 万分之一，是目前已知最薄的一种材料。同时，石墨烯又非常硬，一片石墨烯就能承受相当于一头成年大象的重量，其硬度超过钻石，比世界上最好的钢铁还要再硬上 100 倍，足以问鼎最坚硬材料。石墨烯还拥有惊人的柔软性，可在不出现破损的情况下伸展 20% 以上。此外，石墨烯的导电性远高于铜，导热性在地球上难有匹敌，几乎完全透明，不亲水也不亲油，耐酸耐碱，化学稳定性良好。总之，隐藏在铅笔芯中的石墨烯有着数百种神奇的能力。

    其实，拥有诸多特性的石墨烯化学结构十分简单，简单到令人不可思议。一片石墨烯就是一层碳原子，它们按照六边形紧密排布、相互连结，形成蜂巢图案。要得到石墨烯似乎也不太难，人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而成，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，石墨烯就出现了。

    石墨烯能给我们带来什么？

    如果使用石墨烯作为原材料或辅助材料，很多科幻片中的场景将成为现实。我们不妨想象一下，用石墨烯做的手机可以随意折叠，用石墨烯做的飞机、汽车又轻又坚固，石墨烯甚至可以为医学领域带来重大突破。

    简单却又神奇，石墨烯的发现轰动了材料学界。石墨烯因高导热性、优异的导电性、耐蚀性、高机械强度和良好的自润滑性成为重要的结构和功能新材料的增强体。随着石墨烯的生产逐渐规模化及其质量和层数可控性程度的提高，石墨烯复合材料的研究越来越受到国内外学者的关注。

 

    欧盟委员会将石墨烯列为仅有的两个“未来新兴技术旗舰项目”之一，美国也将石墨烯视为同 3D 打印技术同等重要的支撑未来科技发展的战略性产业。目前，英、德、美、日等国已在石墨烯低成本、规模化绿色制备及石墨烯增强复合材料和应用技术领域取得了一定的研究成果，初步揭示了石墨烯复合材料的结构、产品性能、应用功能的调控机制，初步实现了石墨烯增强复合材料在高频电子、传感器、柔性显示等领域的应用。

    我国在石墨烯领域研发起步较晚，但发展速度惊人，目前已成为石墨烯研究和应用开发最活跃的国家之一。近年来，以中科院材料所、北京航空材料研究院为代表的研究结构已在石墨烯粉体低成本、规模化制备技术的研究上取得重要进展，石墨烯成本已从最初的每克几千元降到大批量生产时的每克几元甚至低于 1 元。尽管尚未经过产品均一、稳定性等严格的考验，但为其在下游的规模化应用提供了极大可能。

    近年来，国家电网公司大力推动新材料、新技术、新工艺的应用。相较于传统材料，新材料能进一步提升电网长期运行的可靠性和安全性，降低电网建造和维护成本，同时还兼具传统材料所不具备的优异性能和特殊功能，满足日益严苛的输电需求。在石墨烯与电网材料的相关研究中，为了使防腐新材料成功“孵化”，宁波供电公司把握国内石墨烯研究领军机构中科院材料所位于宁波的地缘优势，主动寻求合作，说明研究意向。在多次争取、沟通之下，本着优势互补、资源共享、合作共赢的基本原则，宁波供电公司与中科院材料所积极建设宁波电网新材料联合实验室，为新材料、新技术发展贡献力量。

    联合实验室是技术合作的联合体，双方共同研究开发电网设施、设备表面防护材料和高性能导电材料，加速科技成果的转化，提升电网企业在新材料领域的技术水平和自主创新能力，促进表面工程技术和电网新材料在电力行业的示范应用，实现共赢目标。于是，双方对石墨烯在电网材料上的研究、应用开始步入深水区。

 

    目前石墨烯应用方面取得了什么成果？

    “宁波沿海地区输电线路附近化工厂数量多、空气含硫废气含量高、湿润海风影响大，导致沿海输电杆塔腐蚀情况较内陆地区快 3 至 5 倍。”宁波供电公司信息通信分公司科技专职方云辉坦言，铁塔防腐一直是宁波供电公司致力研究的一个问题。

    目前，人们在防腐蚀方面的最新发现就是石墨烯。常用的聚合物涂层很容易被刮伤，降低了保护性能。而石墨烯做保护膜，能显著延缓金属的腐蚀速度，更加坚固抗损伤。基于石墨烯的这种特性，宁波供电公司把联合研究重点放在了如何实现石墨烯在铜基体中的均匀分散和两相界面的良好结合上，致力于研制两种体系高性能石墨烯基重防腐涂层——高导热石墨烯基重防腐涂层和石墨烯基导电涂层，实现沿海地区变电站变压器、隔离开关、输电塔架、变电站接地网等输变电设施设备的长效防腐。

    而将石墨烯材料与有机高分子防腐涂料结合起来，可获得环保、低成本、高效、便于施工的重防腐材料与技术。在输电设备中使用石墨烯基新型碳材料后，可平稳提升线路输电能力、保障输电安全，显著延长输电塔架、线路、输变电设备的服役寿命，将传统镀锌层输电塔架在海洋大气区和工业区的防护寿命提高 6 年以上，减少维修检修次数和维修频率，确保输电安全。目前石墨烯基电力杆塔导电重防腐新型涂料已经研制成功，并在镇海、北仑、鄞州等区域使用，效果良好。

 

    “我们会继续拓展、深入这方面研究。下一步，将重点研究石墨烯电网自清洁防结冰涂层材料及关键技术。”方云辉拿出研究计划表说。

    每年冬季，我国南部省份容易发生低温雨雪冰冻灾害，致使高压输电线路及绝缘子出现不同程度的结冰、覆冰现象，影响输电安全。从石墨烯入手，开展电力传输领域超疏水涂层防结 / 覆冰技术研究，并将其技术“嫁接”于输电线路、钢塔架及玻璃绝缘子产品上，进一步开展其“自清洁防覆冰输电线路”与“自清洁玻璃绝缘子技术”研发、工程应用示范及产业化推广，并形成高技术创新产品，逐步推广应用电力传输领域，对增强国家电力系统安全，保障人民正常生活生产有着重要意义。

    （资料来源：知网）

 

2钢结构腐蚀防护新技术在输电工程中的应用进展

 

    近年来，各行各业的蓬勃发展对科技不断提出了新要求，在此之下，也催生出了对钢结构研发的巨大的市场需求量，电力行业更为凸显。不论是发电厂房还是输电线的塔架，再或者是输电基础设施，钢结构可谓“无孔不入”，是主要的建筑材料。其原因有二：第一，钢材自身具备其他材料所不能比拟的优越；第二，输电工程所处自然环境的特殊性正好与钢材及其成品构件所具备的长处相迎合。长期暴露于自然环境中，风吹日晒之下，防火、防腐蚀是首要克服的难关。为了适应时代发展的要求，钢结构的设计与应用技术虽然已取得了卓越的进步，但是再接再厉是大势所趋，也是输电工程永葆生命活力、立于不败之地的力量源泉。

    钢结构防护新技术在输电工程中的重要作用

 

    输电钢件易遭受腐蚀的原因是其长期暴露在自然环境中。钢结构防护技术于输电工程而言，关系到其寿命的长短，更关系到一个国家经济实力的强弱。钢结构的防火、防腐蚀等问题随着钢材及其构件的大肆应用而铺天盖地地袭来，给人民的日常生活带来了诸多不便，也束缚住了国家经济建设的脚步。输电工程的安全生产，后续一系列的维护工作都是围绕着钢结构的防腐蚀等防护能力展开的，钢结构的防护能力强，则输电工程兴盛繁荣，钢结构的防护能力弱，导致事故多发，影响各行各业的安全与生产，则不仅人民的生活深受其害，纵观整个经济发展全局，牵一发而动全身。

    有不少统计材料显示，输电工程中钢结构的防腐维护成本所占整个钢结构防腐技术的 50% 左右，比例颇高，导致电网运营的成本较高，而且安全性也有待考究，尤其在一些环境条件尤其恶劣的地方，防腐的成本投入更高，然而倒塌事故发生的频率却并没有降低多少。近年来，国家电网公司致力于加强基建设计和技术管理积极应用新技术、新材料，不断致力于钢结构防护新技术的研发，着力延长项目工程的寿命。以合理的成本实现输电钢构件的防腐等维护工作是当前防腐技术研发工作人员的热点研究题材，也是“坚强智能电网”建设进程有效推进的重要举措。

    输电工程的钢结构防护技术的现状

 

    建筑的腐蚀介质有五大分类，如气态、腐蚀性水等。按照腐蚀性的强度，不同的介质的腐蚀作用又分为强、中、弱、无四个级别。就目前而言，钢结构大量使用的防腐性措施主要针对腐蚀性介质物理状态和其对建筑材料的不同的腐蚀性等级，采用不同的措施与方法。

    简单概括为三类：第一，为了增强抗锈能力，革新金属结构的要素组成，将铜、铬、镍等合金元素于冶炼过程中加入钢材；第二，镀金属保护层于钢材表面也是防腐工作中的一大特色，如电镀、热浸镀锌等金属保护层防腐蚀体系的构建等；第三，钢材表面用涂料等非金属将钢材表面保护起来，从而隔绝大气层中的有害介质的腐蚀。鉴于电力行业经济全局中的纽带作用，电力设施在正式投入使用后，一旦遇到停运检修的情况，其影响极其恶劣，有导致社会各部门配合失调、整个经济体系陷入瘫痪的可能。而且输电结构中的主要材料钢结构因为长期受大气温度冷热交替的影响以及其他不同种介质的水的侵蚀等因素的影响，对钢结构的防腐要求也颇高。

    钢结构防护新技术在输电工程中运用最为广泛的是镀金属保护层，该金属层选用比铁更加活跃的金属元素，如锌，当外界环境发生化学腐蚀变化时，电极电位低的阳极首当其冲，先遭受腐蚀，而保护层内的金属元素则因受到由此形成的电化学保护而免受侵蚀。

    因此，充分研究和分析输电工程所处的环境，包括地质因素和气候因素，将气温的高低、冷热变化的幅度以及大气降水的酸碱度、风向等因素全部囊括在内，兼顾考虑钢材或者是钢构件自身的抗腐蚀能力的最重承载负荷，选取一种合适的金属元素作为保护层，力求达到输电工程在投放运用过程中免维护、无停运的要求是输电工程钢结构防腐技术的完美运用。

    影响镀锌保护层质量的主要因素

 

    在镀金形成金属防护措施中的金属元素一般首选锌，这是由锌的氧化活性强这一特点所决定的，除此之外，锌所形成金属保护层的抗腐蚀质量还受其他因素的影响。

 

    1、自然环境

 

    自然环境始终是影响金属保护层质量的主要因素，输电工程一般都是直接与自然接触的，气候温度、大气湿度以及降雨量、酸碱度等因素每时每刻都对镀锌所形成的防护层产生重大的影响。倘若对这些影响因素置之不理或者处理不当，可能会加快钢结构的腐蚀速度。

    2、钢材自身性能

 

    钢材自身性能是决定金属保护层质量高低的基础。电力结构所采用的大多是以碳素结构为基本组成要素的钢材，内腐蚀性差是不容忽视的弊端。而且在冶炼过程中高温所产生的热残余应力易导致电焊缝隙以及钢件结构的缝隙处发生腐蚀的几率增大。

    3、锌的密度

 

    金属锌含量的高低及分布的致密性的稀疏决定了含锌类金属防护体系防护能力的强弱，而 60% 的锌含量是其发挥防腐防护作用的基准数，否则很难发挥作用。

    4、工作应力变形的影响

 

    钢结构腐蚀和钢结构自身所受到的应力紧密相关。钢结构在工作时所受到的可变荷载尤其是循环（冲击）交变荷载是影响的主力军，倘若其受力不均，应力会随之发生相应的改变，主要表现为应力的集中和变形。而且腐蚀性与两者之间的关系呈正相关，应力越大，变形越严重，腐蚀现象越严重。

    当前输电工程中钢结构镀锌防腐防护技术的对比

 

    1、镀锌工艺对比

 

    锌作为钢结构防腐技术的首选元素，其发挥保护作用的方式有很多种，比如金属涂料体系、电镀、冷喷等体系。

    据统计数据显示，电镀锌以高达60% 的比例运用于钢结构的表面处理，其防腐性能也得到了业内外人士的认可。但是高污染、高能耗等负面弊端伴随着良好防护性能作用的发挥而来，代价颇重。此外，热镀锌是在高温的环境下完成的，灼热的温度会使钢材热化变形，增大了钢材构件的热残余应力，为腐蚀的发生埋下了隐患。

    另外，电化镀锌在施工过程中，操作繁杂灵活性差，一旦出错，可修复性难度大。因此，电化镀锌的技工专业度要求更高。从钢结构构件的使用周期来看，重复性操作的成本费用花费较高，不够经济。

    冷喷锌工艺的问世解决了热镀锌的不足。冷喷锌工艺可让保护层的锌含量高达 96%，接近 100% 的极密的超强防护性能保护层。其本身的活性氧化性能及其致密性让保护层内的铁得到双重防护而不被氧化，从而提高了钢结构的防护性能。冷喷锌摒弃以往电化的高温条件，恒常的温度让钢结构不易热化变形，氧化率和缝隙都将减少，也大大降低了热残余应力。此外，冷喷锌工艺的节能环保性能大大增强，在施工过程中产生极少的废液， 污染小， 环保效果非常可观。

    2、镀锌成本比较

 

    将冷喷锌与电化镀锌的工艺过程相比较可知，冷喷的工艺不需要高温加热这一环节，从而节省了传统镀锌所消耗的能源损耗，也省去了此环节其他的一系列费用，经济实惠又环保。综上所述，抛开钢材自身的厚度因素，冷喷技艺的造价极有可能低于热镀锌的成本。

 

    3、防腐能力比较

 

    金属锌含量的高低及分布的致密性的稀疏决定了含锌类金属防护体系防护能力的强弱，而 60% 的锌含量是其发挥防腐防护作用的基准数，否则很难发挥作用。不论是电镀，还是冷喷，锌元素都是两大过程中的重要角色。

    在电镀过程中，因为电解液造成的腐蚀电流密度低等因素，导致电镀层紧密度稀疏、锌粉颗粒大，遇到氧化反应的阴极防护能力就会大大减弱。冷喷和电镀技艺所运用的原理一样，都是基于阴极保护电化学原理而成，两者较为突出的差别在于所形成的防护膜的锌的含量不同。冷喷技术可使锌的含量高达96%，致密度是电镀技术所无法超越的水平，阴极防护极强的能力由此形成。与此同时，冷喷镀层自身的紧固性极强，密不透气，形成极好的屏障。优异的双重防护功能大大延长了被保护的钢结构的寿命。

    除此之外，电镀和冷喷的适用范围也存在差异。因为热镀锌钢耐腐蚀性能受气候、大气湿度等因素影响的可能性更大，在实际的作业中，冷喷技艺所受的限制更小，适用的范围更大。

    结语

 

    钢结构的防腐防护工作是输电项目工程的重中之重，必须高度重视，不断创新技术，以较低的成本实现经济、安全、高效的目的，创造出巨大的利润。

    （资料来源：知网）

 

3风电叶片涂料用树脂研究进展

 

    化石能源的过度使用导致了目前世界范围内日益严峻的气候变化和能源危机，这已经引起各国政府越来越多的重视，新能源的开发已迫在眉睫。

    风能是自然界取之不尽、用之不竭的资源，是一种潜力巨大的清洁能源。最近五年，全球风电市场保持快速增长，累计装机量年复合增长率达到 16.9%。2014 年，全球新增装机量首次突破50GW，其中陆上新增装机量达到 48.8GW，海上新增装机量为 2.3GW。据全球风能理事会预测，未来五年全球累计装机量将以 12.9% 的年复合增长率增长。

    随着我国经济的快速发展，日益严峻的环境问题及能源浪费成为政府面临的一大难题。我国幅员辽阔，海岸线狭长，特殊的地理位置蕴含着极其丰富的风能资源。2005 年的十一五规划中明确提出支持风电等新能源的发展，此后我国风电产业迎来了快速发展。2010 年政府下达文件，要求提高风电技术装备水平，确定了风电产业的战略性地位。

    2014 年 我 国 新 增 装 机 量 达 到23GW，同比增长 44.2%。经过近 10 年的发展，目前我国已成为全球最大的风电市场。

 

    风电叶片的防护

 

    目前市场上的风机叶片材料主要是纤维增强的环氧树脂和不饱和聚酯。风力发电机组运行时会遭受诸多恶劣环境，如温差大、光照强、风砂磨损、酸雨腐蚀以及冰雪侵袭，而叶片在高速运转时，叶尖速度一般会超过 100m/s，未经防护的叶片长期暴露在自然环境中，会很快磨损、老化并产生粉化现象，直至发生断裂。另外，大型叶片的吊装耗时且昂贵，一般需要其运行 10 年以上才进行一次维护。目前最简单有效的防护方法是采用涂料进行保护。不同环境对风电叶片防护涂料的要求也不一样，主要有两种：

    1、内陆用防护涂料。目前 90% 以上的风电机组都是在陆上工作，所处的工作环境往往光照强，风沙及温差大，比如我国西部地区。这就要求叶片防护涂料必须具有优异的耐候性、耐冲击性、耐磨性及高低温柔韧性。此外，这些地方冬季往往比较寒冷，雨雪天气较多，叶片覆冰严重影响了发电效率，并且会大大缩短叶片的使用寿命，因此防覆冰性能也是一个很重要的指标。

    2、海上用防护涂料。海洋拥有巨大的风力资源，欧洲国家在海上风电方面走在世界前列。2011 年，包括英国、丹麦、荷兰、比利时等在内 9 个国家的 49 个风电场总共 1247 架海上风电机组发电 3.294GW。2014 年，海上累计装机容量已达到 8.771GW。预计到 2020 年，海上风电装机总量将达到40 ～ 55GW，占欧洲用电需求的 10%，到 2030 年将增大至 17%。未来的海上风电将会成为发展最为迅速的新能源技术。我国海上风电正在处于快速发展中，如在建的上海东海大桥和临港海上风电场将会引领我国海上风电的发展。因为受到海洋环境的影响，海上风电防护涂料除需具有优异的耐候性及高低温柔韧性外，还需要极佳的防腐性能。此外，优异的防覆冰性也是必不可少的。

 

    无论是内陆用防护涂料，还是海上用防护涂料，与基材优异的附着力、耐化学介质及耐雨蚀性能必不可少。叶片前缘部位是叶片最薄的地方，通常为曲面，最容易受到风沙磨损及雨蚀损坏，大型叶片的前缘防护是一项非常重要的工作，直接决定了叶片的使用寿命及工作效率。传统上采用在叶片前缘贴膜的方法对其进行防护，但是在叶片运行中会产生空气湍流及许多噪音，且很容易遭受紫外线损伤，此外贴膜的二次维护也十分困难。国外对此部位的防护非常重视，目前均采用涂料进行保护，因此风电叶片的防护涂料需要具备诸多优异的性能，才能延长叶片的使用寿命并提高工作效率。树脂是影响叶片涂料的最主要因素，对于树脂的研究，国内外已经进行了许多工作，目前可应用于风电叶片的树脂主要有聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、氟碳树脂、有机硅树脂及环氧树脂。

    风电叶片涂料用树脂的研究

 

    1、聚氨酯树脂

 

    聚氨酯树脂具有优异的耐磨性及高低温柔韧性，其中脂肪族的聚氨酯耐候性能优异，是目前风电叶片涂料中使用最多的树脂。目前较为成熟的叶片防护涂料一般为聚氨酯体系，主要由弹性聚氨酯修补腻子、聚氨酯底漆及聚氨酯面漆组成。

    国外早已开展对风电叶片用涂料的研究，近几年对叶片前缘用涂料的研究较多。叶片前缘修补面漆对耐风沙磨损及耐雨蚀性能的要求很高，由于国内外气候环境不同，国外在叶片涂料耐雨蚀方面开展了很多工作，目前常采用聚氨酯面漆。Kuehneweg 等制备了一种可应用于风电叶片的双组分聚氨酯基防护涂料，研究发现，羟基组分对于漆膜的力学性能具有较大的影响，高分子量和低分子量聚醚多元醇混合得到的漆膜具有更好的拉伸强度和断裂伸长率，经过 3h 耐雨蚀实验，漆膜无变化，9h 后只有很轻微的腐蚀损坏，可以对叶片前缘进行有效保护。Connel 等制备了一种多层涂料体系用于风电叶片防护，由环氧底漆和聚氨酯面漆组成，面漆随着其中 NCO : OH 比例的增大，耐雨蚀性能增大，并且经过对比不同树脂面漆对叶片前缘耐雨蚀性能的影响后发现，聚氨酯树脂面漆的耐雨蚀性能要优于氟改性丙烯酸树脂及聚脲树脂面漆，可达 3.5h。Kallesoee 等认为，风电叶片前缘防护涂料的弹性与耐磨性同等重要。他们制备了一系列双组分聚氨酯面漆，由不同官能度及相对分子质量的多元醇及异氰酸酯组成，发现多元醇组分中至少要含有50% 的聚酯多元醇，相对分子质量在200 ～ 3000g/mol 之间，异氰酸酯组分官能度在 2 ～ 3 之间，相对分子质量在250 ～ 2000 之间，得到的聚氨酯面漆经4h 雨蚀实验后无变化，可以有效地对风电叶片前缘进行保护。

    受耐雨蚀检测条件的限制，国内目前对聚氨酯涂料在风电叶片上的应用研究主要集中在弹性及耐磨性上。内陆地区的风沙对叶片造成磨损是主要的损坏方式，采用聚氨酯，可通过选择不同种类的多元醇得到具有优异弹性及耐磨性能的涂料。中昊北方涂料工业研究设计院有限公司采用弹性羟基树脂制备了一种耐腐蚀、耐冲击的聚氨酯涂料。该弹性羟基树脂由己内酯多元醇、聚碳酸酯和异氟尔酮异氰酸酯制得，得到的面漆落砂实验结果为 32L/靘，耐水 4d 后落砂实验结果为 29L/ 靘，可应用于海上风电场等对耐冲击防腐要求较高的高湿环境。

 

    江苏海晟涂料有限公司公开了一种风电机组叶片用涂料，由一种高羟值的聚酯多元醇和聚醚多元醇制得，抗石击性能可达到 7A，附着力可到 9MPa，可应用于风电机组。张瑞珠等在水轮机叶片上喷涂弹性聚氨酯防护涂层，该涂层具有优异的综合力学性能，与水轮机叶片间的物理结合力达到 12.6MPa，磨耗值保持在 2 ～ 3mg/min，可以很好地解决水利水电工程及灌溉排水工程中的叶轮磨蚀问题。

    目前风电叶片涂料市场基本上都是聚氨酯体系。比如，PPG 公司的HSP7401 型聚氨酯底漆、AUE5000 型聚氨酯面漆体系及 Selemix DTM 系列底面合一聚氨酯涂料，已应用于市场；3M 公司的W4600型聚氨酯面漆耐雨蚀测试可达 10h，耐砂蚀测试＞ 30g/cm 3 ，耐磨性 ＜ 30mg（CS-10，1000g/1000r），也已投入市场，主要用于叶片前缘的耐砂蚀及耐雨蚀防护；麦加公司的 WU200聚氨酯胶衣可通过 9h 的耐雨蚀实验，且经人工加速老化 4000h 后耐雨蚀时间基本不变，可以很好地保护叶片前缘。

    在日益重视环保的今天，高固体份及水性聚氨酯用于风电叶片涂层的研究也较多。聚天门冬氨酸酯是一种高固低粘的氨基树脂，厚涂性较好，与脂肪族异氰酸酯反应制成的涂层具有优异的耐磨性及耐候性，可以考虑用于风电叶片涂层，但是其价格昂贵，柔韧性不好，一般需要使用弹性固化剂才能得到弹性涂层，不过在耐磨及耐候性要求较高的地方可以发挥重要的作用。水性聚氨酯涂料在风电叶片上的应用也有过报道，但是其在工艺及价格方面与溶剂型聚氨酯相比还处于较大的劣势，不过随着水性聚氨酯技术的发展，有望在风电叶片涂料上发挥重要的作用。

    2、丙烯酸树脂

 

    羟基丙烯酸树脂具有优异的耐候性及保光保色性，采用脂肪族异氰酸酯作为固化剂制成的双组分丙烯酸聚氨酯涂料在汽车、航空行业应用广泛，是一种非常优秀的户外用涂料。最近 20 年，国内也对丙烯酸聚氨酯涂料做了很多工作，已开始将其用于风电叶片防护涂料。

 

    羟基丙烯酸树脂制成的涂料往往具有优异的耐候性及硬度，但在柔韧性、抗冲击性及耐磨性方面不甚理想，目前一般采用聚酯树脂对其进行改性。周树军等使用 E-10（叔碳酸缩水甘油酯）合成的聚酯预聚体改性丙烯酸树脂与纯丙烯酸树脂，并分别制备成面漆，性能对比结果表明，聚酯改性丙烯酸树脂制成的面漆柔韧性及抗冲击性能明显增大，并可以很好地平衡漆膜的软硬度。李儒剑等采用丙烯酸树脂和聚酯并用的方法制备了一种可应用于风电叶片的涂料，并与某进口品牌样品进行了比较。研究发现，随着丙烯酸树脂用量的增加，涂膜的耐候性能变好；而增加聚酯多元醇用量时，产品的耐冲击性能、附着力及耐磨性变优。所研制产品的耐磨性和附着力要优于某进口产品，且耐候性能与某进口产品相当。

    聚酯改性的丙烯酸聚氨酯体系可以明显改善漆膜的柔韧性、耐冲击性能及耐磨性，但是会降低漆膜的耐候性和低温延伸率。孙禹等对丙烯酸聚氨酯、聚酯改性丙烯酸聚氨酯、聚酯多元醇聚氨酯及聚碳酸酯聚氨酯制备的面漆的耐石击性能进行了比较，发现聚酯改性丙烯酸聚氨酯面漆的耐磨性最好，丙烯酸聚氨酯面漆的耐磨性最差，但是它们的耐石击性能都很差，而聚碳酸酯聚氨酯面漆和聚酯多元醇聚氨酯面漆的耐磨性虽然比聚酯改性丙烯酸聚氨酯面漆差一点，但是这两种面漆的耐石击性能最好。

    聚酯改性丙烯酸聚氨酯面漆的制备简单，施工方便，漆膜的综合性能优异，在目前国内风电叶片领域里广泛使用，但是与聚酯多元醇体系的聚氨酯相比，它虽然具有更好的耐磨性，但耐石击性能很差，不适合用于叶片的前缘防护，因此使用聚酯改性丙烯酸聚氨酯体系作为叶片面漆，搭配聚酯多元醇体系的聚氨酯作为叶片前缘修补面漆，可以为风电叶片带来更好的防护效果。

    目前国内使用的丙烯酸聚氨酯涂料主要为溶剂型，未来势必会被水性涂料所替代。双组分水性丙烯酸聚氨酯涂料不仅也具有较好的附着力、低温柔韧性、耐候性和耐磨性，而且具有极低的VOC，随着水性聚氨酯涂料的发展，这会是风电叶片防护涂料未来的一个重要发展方向。

    3、氟树脂

 

    目前使用的氟树脂主要是由氟烯烃单元和烷基乙烯基醚（或烷基乙烯基酯）交替排列而成的共聚物，与异氰酸酯或氨基树脂可常温固化。氟树脂最优异的性能是超耐候性。李运德等曾将氟树脂和丙烯酸聚氨酯树脂制成的面漆在我国不同地区、不同气候条件下进行全天候户外暴晒试验，结果发现：2 年后，所有丙烯酸聚氨酯样板均出现 2 级以上粉化，失光率达到了 40%，氟树脂样板均无粉化，仅出现轻微失光；4 年后，所有丙烯酸聚氨酯样板明显粉化，出现严重失光，氟树脂样板均无粉化，仅出现轻微失光。曾凡辉等对比了四氟型、三氟型氟树脂和丙烯酸树脂的耐候性，发现经过 30 个月户外暴晒后，四氟型氟树脂保光率可达到 90%，仅有轻微的失光，而三氟型氟树脂保光率下降到 82%左右，丙烯酸树脂保光率在 60% 以下。

    除了优异的耐候性能之外，氟树脂还由于氟原子电负性较大，往往具有较低的表面能，因此使用氟树脂可以得到具有优异防覆冰性能的涂料。

    冬季时叶片很容易遇到冰雪天气，尤其是在北欧、北美及我国的西北地区，如果叶片上的冰没有及时清除，会带来一系列严重的问题。目前主要有两种清冰技术——利用热、电、机械及超声波的主动清冰技术和使用防覆冰涂料的被动清冰技术。主动清冰技术应用广泛，效果很好，但是耗能耗时，而使用防覆冰涂料既简单方便，又环保，因此从长远来讲，防覆冰涂料将会取代传统的主动清冰技术，能更有效地保护风电叶片的正常运行。

    Peng 等在风电叶片上制备了一种超疏水 PVDF 涂料，水接触角和滑动角可分别达到 156°和 2°，与无 PVDF 涂料防护的叶片表面相比，具有非常优异的防冰性能。

    氟树脂具有优异的耐候性和防覆冰性能，非常适合应用于风电叶片涂料，但是纯氟树脂涂料的附着力及柔韧性较差，成本很高，因此可以考虑将其与聚氨酯或丙烯酸树脂搭配使用来得到具有优异综合性能的涂料。Alois 使用 IPDI和一种带全氟链段的多元醇制备了氟改性聚氨酯涂层，该涂层可常温固化，具有优异的耐候性，同时还具有防油、防水及防尘性能。狄志刚等以脂肪族共聚酯和氟树脂为原料，与 IPDI 反应得到了一种弹性聚氨酯固化剂，用它制成的涂层具有优异的耐候性及柔韧性，可用于风电叶片防护。株洲时代新材料科技股份有限公司采用羟基氟碳树脂和热塑性丙烯酸树脂制备了一种风电叶片用面漆，人工加速老化 6000h 后失光率仅为 20%。

    在水性氟树脂涂料方面，河北晨阳工贸集团有限公司采用羟基丙烯酸乳液、水性氟碳乳液与水分散型异氰酸酯反应制得一种风电叶片用水性氟碳面漆，耐候可达 3000h，附着力超过 10MPa，耐盐雾试验超过2000h， 耐磨性 （1000g/1000r）＜ 60mg。上海应用技术学院制备了一种水性含氟聚氨酯涂料，首先由 TMP、IPDI 及五氟丙醇合成得到一种含氟二异氰酸酯，再与聚醚二元醇、聚碳酸酯二醇合成得到水性羟基含氟聚氨酯树脂。该水性含氟聚氨酯涂料涂膜后硬度可达到 3H，与水的接触角为 106°。

    氟树脂优异的耐候性及低表面能对于风电叶片涂料来说是一个非常大的优势，通过聚氨酯树脂的改性可以有效地解决其不足之处，同时可以赋予涂层更优异的耐候性能及防覆冰性能。这是目前一个热门的研究方向。

    4、有机硅树脂

 

    有机硅树脂最突出的是耐高温性，在耐高温涂料方面应用较多。同氟树脂类似，它还具有较低的表面能和耐候性，因而在防污涂料、自修复涂料及耐候涂料方面也有研究。但是，纯有机硅制备的涂层往往附着力及力学性能较差，成本很高，一般同氟树脂一起，需要与聚氨酯树脂或丙烯酸树脂搭配使用，可以得到具有综合性能优异的涂层。如西北永新化工有限公司采用聚酯、聚四氢呋喃二醇、端羟基（氨基）硅氧烷、含氟硅氧烷及脂肪族二异氰酸酯制备了一种有机氟硅聚氨酯树脂，应用于风电叶片防护涂层。经固化得到的涂层耐磨性（1000g/1000r） 达 到 0.2mg， 拉 伸强度 37MPa，断裂伸长率 770%，可通过 5000h 人工加速耐老化实验。张乐显等采用氟碳树脂、有机硅改性丙烯酸树脂、线性聚酯树脂制备了一种风电叶片涂料，涂层耐磨性（1000g/1000r）达到 16.5mg，拉伸强度 22MPa，可通过4000h 人工加速耐老化实验和 3000h 耐盐雾实验。2009 年国际风能大会上，道康宁公司展示了一种风电叶片用硅树脂涂层，可直接涂敷在叶片表面，防护效果优异。但是，有机硅树脂因为价格昂贵、涂层制备复杂，在风电叶片上的研究报道不多，随着以后对硅树脂研究的增多，硅树脂在特种涂料方面会有更大的发展空间。

    5、环氧树脂

 

    环氧树脂涂料具有优异的防腐性能及粘接性能，但是柔韧性及耐候性能较差，这限制了其在风电叶片涂料，尤其是面漆上的应用。海上风电叶片需要涂层具有优异的耐盐雾性能及耐潮湿性，如江苏普兰纳涂料有限公司制备了一种耐潮湿的兆瓦级风电叶片用环氧底漆，得到的漆膜与玻璃钢附着力超过 8MPa，耐水 10d 后吸水率小于 1%，耐水 15d后无变化，且具有优异的耐盐雾性能。

    环氧树脂底漆与脂肪族聚氨酯面漆制备的配套涂层可以为海上风电叶片提供防护，但内陆用风电叶片涂层需要具有优异的耐风沙性能，这就要求底漆也要有优异的柔韧性及耐冲击性能。聚氨酯改性环氧树脂底漆不仅具有较好的防腐性能及附着力，还大大提高了涂层的柔韧性及低温固化性能，并且与聚氨酯面漆具有更优秀的配套相容性。李儒剑制备了一种风力发电叶片用底漆，主要由固体双酚 A 环氧树脂、液体双酚 A环氧树脂及缩二脲型 HDI 聚异氰酸酯组成，固化后的涂层具有优异的力学性能、柔韧性及抗冲击性能，对玻璃钢的附着力远大于丙烯酸聚氨酯涂料，同时还具有环氧树脂优异的防腐性能，适用于风电叶片防护底漆。

    此外，使用纳米无机材料改性环氧树脂制成的涂层，在耐磨性、耐候性及防腐性能方面均有一定程度的改善。Karmouch 等使用纳米级二氧化硅颗粒改性环氧树脂得到一种超疏水涂层，涂层表面接触角可达到 152°，且具备优异的耐候性，可应用在风电叶片基材上，但是其制备复杂，成本较高，仅处于实验阶段。

    结论与展望

 

    对风电叶片涂料来说，树脂的选择至关重要，聚氨酯树脂（包括丙烯酸聚氨酯）在高低温柔韧性、耐磨性、防风沙雨蚀方面表面优异，但是在耐候性及防覆冰性能方面不如有机氟硅树脂，而环氧树脂则可以提供优异的防腐性能及层间附着力。因此可以说，单独使用一种树脂所能达到的性能总是有限的，针对不同树脂的优缺点，合理搭配使用而制成的配套涂层体系往往可以达到更优异的防护效果，这仍是近期的主要研究思路。此外，颜填料助剂的合理筛选也是不可或缺的，弹性腻子、底漆及面漆组成的多涂层体系的配套性也有很大影响，这仍需要大量工作。

    目前，我国风电用涂料大部分仍需要进口，特别是叶片涂料，基本全依赖于国外品牌。德国 Mankiewicz、BASF、Bergolin 及美国 PPG 在叶片涂料上占有较大的市场。此外，麦加、陶氏化学、阿克苏诺贝尔、3M 也已投资风电叶片涂料。虽然起步较晚，国内西北永新、中远关西、时代新材、常州普兰纳等公司也一直专注于风电叶片涂料，这些企业的创新发展使得我国本土企业在风电领域取得了一定的成就。

    更强的耐候性、更优异的耐风沙雨蚀性、更好的耐湿热盐雾性、更方便的施工、更长的使用寿命及更环保将是未来风电叶片涂料的发展方向。随着对清洁能源的日益重视，风电产业将会持续稳定地发展，相关配套设施，包括风电叶片涂料体系不断完善，将会带来巨大的经济及社会效益。

    （资料来源：知网）

 

4高压变电站接地网的远程腐蚀监测技术

 

    发变电站接地网是埋入大地中并与大地紧密接触的金属网，为故障电流或雷电流快速泄放提供入地通道、保护人身安全和电气设备安全。当前，出于环境保护和成本考虑，我国普遍采用低碳钢而不是铜网作为接地网材料，接地体在土壤中腐蚀会导致截面积变小、接地电阻增加，造成接地网寿命减短，严重时甚至危及电网的稳定运行。因此，研究接地网在线腐蚀监测方法，实现不断电、不开挖情况下的腐蚀监测，以便及时发现故障，防患于未然，对于保障电力系统的可靠运行具有重要意义。

    当前大多数变电站接地网的腐蚀评估通常依靠测量接地网接地电阻值来间接判断，然而，由于电磁干扰和测量精度的限制，直接测量地网接地电阻很难准确评估地网腐蚀状态。也有研究者通过分析接地网埋深位置的土壤，如测量土壤含水率、pH 值、含盐量等腐蚀性参数来间接评价地网腐蚀状态，但该方法存在土壤取样工作量大、分析周期长、且不能直接反映地网自身腐蚀速率等不足之处。对接地网进行开挖检查最为直接，然而大面积开挖势必存在盲目性，且还要切断电网停电，存在一定的安全隐患。因此研究一种安全可靠、可操作性强、快速准确的发变电站接地网腐蚀诊断方法十分迫切。

 

    接地网在土壤中的腐蚀属于电化学腐蚀，可以采用多种电化学方法进行腐蚀监测，包括线性极化法、恒电流阶跃法和电化学阻抗法等。当前大多数电化学监测方法均需要预埋金属试片于土壤中，只能测量土壤的腐蚀性，并不能直接测量地网自身的腐蚀速率。如果将被测地网作为工作电极，则必须将极化电流限制在一定区域内，否则，被极化接地网面积的不确定性，将会导致腐蚀速率测量产生极大的误差。为了解决电流约束问题，Feliu 等提出采用纯阻容串并联电路来模拟电流分布，但该计算过程复杂且误差极大。Law 等提出了护环法（GRM）来约束 CE 电极的极化电流，但是 GRM 技术是基于完全约束实现的，导致实际体系中经常出现过约束或欠约束现象。针对上述问题，有专家在以前的研究工作基础上提出了 GE 电流约束电路的改进方案，并且研制了集成小孔限流与 GE 电流约束的接地网腐蚀监测传感器。该传感器通过小孔限流将极化电流约束在接地网钢板上的限定位置，同时通过护环电流约束电路，使弥散电流得到补偿。现场实测表明：具有电流约束的小孔限流电极测量结果与参考电极具有较好的一致性。

    腐蚀监测传感器设计

 

    1、电化学阻抗腐蚀监测

 

    电化学阻抗测量是用一个小幅值正弦波电位信号叠加在一个直流极化电位上，通过恒电位电路施加于被测体系，同步测量极化电位以及响应电流，再利用相关积分算法计算出被测电极体系的复数阻抗 Z，进而绘制出被测体系的 Nyquist 图和 Bode 图。选取适当的等效电路，通过计算机模拟可以获取被测电极体系的界面电容、电荷传递电阻和Randle 阻抗等诸多参数。

    改变激励正弦波和参考信号的频率，分别测量高、低两个频点和的阻抗值 ZH 和 ZL，然后根据碳钢在土壤中的腐蚀电化学等效电路，取高频端（100 ～ 1000Hz）的阻抗值为土壤电阻 Rs，而将低频端（0.005 ～ 0.01Hz）的阻抗值记为 Rs 与接地网钢板极化电阻（Rp）之和，显然 Rp=|ZL|-|ZH|。最后根据 Stern 公式 CR=B/Rp 计算腐蚀速率，其中，CR 为腐蚀电流密度，单位：mA/cm 2 ，Rp 代表极化电阻，单位：俜cm 2 ，B 为 Stern 系数，一般取值 26mV。

    2、电流约束传感器

 

    对于接地网腐蚀监测，由于接地网面积巨大，因此极化电流的约束是关键，为此我们设计了一款集成小孔限流与护环电极电流约束的接地网腐蚀监测传感器，该传感器采用自适应的电流补偿技术，将来自辅助电极圆环的极化电流限制在接地网钢板上的投影面积内，如图 1 所示。图 1a 显示了单纯小孔限流测量腐蚀速率的原理，由于小孔传感器底部的开口紧紧贴合在接地网钢板上，来自于辅助电极的极化电流无法泄露到孔外，因此所有极化电流均被限制在小孔的投影面积内。然而小孔限流方法有其天然的缺陷，图 1b 显示了由于小孔传感器与接地钢板之间存在一定的间隙（由于安装不良或土壤沉降造成），将导致一部分电流从缝隙处泄漏到小孔投影区外，这样就会使实际受到极化的接地网面积大于小孔投影面积，导致测量的腐蚀速率偏大。实际上单纯依靠小孔限流还存在另一个问题，由于小孔内是一个密封环境，如果小孔紧紧贴合在接地钢板表面，则孔内土壤与外部土壤失去电解质交换，形成了一个孤立的“死区”，这样测得的接地网腐蚀速率只能反映这部分“死区”土壤的腐蚀性，而无法反映外部土壤四季变化过程中对接地网的腐蚀情况。 为了避免内部形成 “死区”，必须在传感器圆柱侧壁开孔，如图 1c 侧面的交换孔，这样就可以保证孔内外的电解质（水分）交换。显然传感器侧面开交换孔后，来自腔内辅助电极 CE 的电流也会从交换孔中泄露，导致腐蚀速率的测量出现大的偏差。为此，我们设计了基于护环电极（GE）的电流约束环，如图 1c 中的 GE 电极环，该 GE紧紧套在传感器外侧，用于约束传感器内侧 CE 环所发出的极化电流。基于 GE的电流约束技术早期主要用于大型混凝土结构中钢筋锈蚀速率的测量，对于接地网的腐蚀测量，由于地网钢板面积巨大，来自 CE 的极化电流在地网表面分布是非常不均匀的。为了防止来自 CE的极化电流弥散，用来自 GE 的电流约束住 CE 电流，图 1c 中，由于 GE 与 CE具有相同的电势，使 CE 电流不能从图1c 中传感器侧面的交换孔或者底部的间隙流出，从而使 CE 电流完全约束在小孔投影面内。图 1c 显示了小孔限流与护环电极限流共同控制下的电力线约束情况，此时即使传感器开口有一定程度的密封不良，也可以通过传感器外壁的GE 电极来将孔内 CE 电流约束在孔内。

图1 电流约束型地网腐蚀监测传感器：（a）紧密接触时小孔限流电流分布；（b）间隙较大时小孔限流电流
发散，（c）间隙较大但外加GE护环时的流线

图２ 电流约束电路原理图（ U 1 为阻抗变换器 ， U 2 为加法器和功率放大器 ， U 3 为单位增益电压跟随器， R 1 端输入
直流电压， R 2 输入正弦波信号， R c 为电流取样电阻， R s 及 R s ＇ 分别为传感器小孔内、外的土壤电阻， R p 、 R p ＇
分别为小孔内外接地网的极化电阻，WE为与引上线相连的接地网）

 

    3、电流约束电路

 

    为了将极化电流约束在小孔投影面内，在地网腐蚀速率监测装置中设计有两套恒电位极化电路（如图 2），主回路由 U1 和 U2 两个运算放大器组成，U2输出电压加载到辅助电极 CE 上，使接地网钢板处于极化状态，同时通过差分放大器监测流过取样电阻 Rc 的极化电流；第二套恒电位极化电路由 U2 和 U3组成，来自 U2 输出端的电压信号加载到 U3 反相端，从而使 GE 输出的电压信号与 CE 具有完全相同的相位和幅值，即 CE 与 GE 形成了一个等电势输出，U3输出的电流则通过 GE 流向小孔投影面外侧的接地钢板，压制了 CE 电极的泄漏电流。

    结语

 

    （1）接地网腐蚀速率测量精度取决于传感器极化电流的约束能力，集成小孔限流与护环电极电流约束的腐蚀监测传感器，可以有效地将极化电流约束在接地网于传感器小孔投影区域内，防止电流弥散，提高了腐蚀速率测量精度。

    （2）基于交流阻抗技术和相关积分算法的接地腐蚀监测装置，实现了极化电阻和土壤电阻率的同时测量，具有较高的抗电磁干扰和交流干扰能力，其测量结果较传统方法离散性小。

    （3）接地网无线腐蚀监测系统，实现了接地网腐蚀监测的远程自动化。经过多次实例证明，腐蚀监测结果可信度高。

    （资料来源：知网）

 

5核电发展与核电材料的腐蚀防护

 

    能源是现代文明社会发展的基础和动力。能源消费水平，特别是电力消费水平，已经成为一个国家或者地区发展程度的重要标志。20 世纪中叶以来，核能发电已经成为发达国家电力供应的主要形式之一，核电发电量占比曾经达到全球总发电量的 17% 以上。目前，核电仍然是国际经济合作与发展组织（OECD）国家最大的低碳电力来源，超过 OECD 国家电力生产份额的 21%，占美国低碳电力的比例高达 63%。

    安全是核电发展的生命线。核电的安全、高效发展离不开核电设备的高度可靠性。核电设备一旦失效，不仅影响核电站的正常运行，而且可能导致重大核事故的发生。有关核电设备失效行为的研究，一直是核电站研究设计中的一个重要领域，也是核电站运行维护的重大课题。由于核电站的特殊环境（高温、高压、强辐射，易引起设备材料发生腐蚀），材料腐蚀是引发核电设备失效的重要原因之一。在我国核电发展进入规模化批量化的新形势下，加强对核电材料的腐蚀与防护研究，具有特别重大的意义。

 

    全球核电发展概况

 

    迄今为止，全球能源供应和消费仍以化石能源为主，煤炭、石油、天然气占全球能源消费总量的 85% 以上。不断增长的能源消费需求，不仅为能源的可持续发展带来严重挑战，而且深刻影响了全球自然环境。全球平均气温的持续攀升及其引发的一系列后果，在很大程度上与现代社会化石能源的过渡消费密切相关，这个问题已经引起了国际社会的高度关注。 2015年12月12日， 《联合国气候变化框架公约》第 21 次缔约方会议在法国巴黎闭幕，全球近 200 个缔约方国家通过了具有历史意义的《巴黎协议》，为人类迈向“低碳排放的绿色未来”指明了行动方向和具体道路。

    按照《巴黎协议》确定的目标，要“确保将全球平均气温较工业化前水平升高控制在 2℃之内，并为把升温控制在1.5℃之内付出努力”。为此，各国将尽快实现温室气体排放不再增加；到 2050年以后的某个时间点，全球人为碳排放量将降至森林和海洋能够吸收的水平。

    全球经济发展不平衡。在少数发达国家发展速率放缓的同时，一大批发展中国家正在寻求加速发展的种种途径。随着社会经济的不断发展，对能源、特别是电力的需要将持续增长。发电需要消耗能源，而环境保护必须减少碳的排放，在两难的双重压力下，核电和其他可再生能源将成为未来能源可持续发展的主要选择。鉴于太阳能、风能间歇性供应的特点，核能发电是当前唯一能够大规模提供无碳电力的技术。

    根据世界核协会（WNA）提供的数据，截至 2016 年 1 月 1 日，全球共有439 台在运的核电机组，总装机容量超过 382 百万千瓦。与 2015 年 1 月 1 日的数据（437 台机组、377 百万千瓦）相比，机组数量及装机容量均有小幅回升。

    美国拥有最多的核电机组，有 99台在运核电机组分布于美国 30 个州，核能发电量占美国总发电量的 19%。法国有 58 台在役核电机组，核能发电比例达到 70% 以上，是欧洲电力供应成本最低的国家，是世界上最大的电力输出国。日本目前在役核电机组有 43 台，受 2011 年 3 月福岛核事故的影响，曾经一度提出“弃核”的主张。近年来的实践表明，“弃核”将严重打击日本的经济发展。日本政府明确表示，将在严格进行安全评估的基础上，重启日本的核电站，目前已经有 2 台机组恢复运行。

    国际原子能机构（IAEA）等多家机构公布的全球未来能源供需情况的预测结果表明，在全球能源需求不断上升及气候变暖越来越受关注的背景下，全球核电装机容量将继续增长。IAEA 预计，2030 年全球核电装机容量将达低值情景的 435 百万千瓦和高值情景的 722百万千瓦。同时预测，2035 年全球核电装机容量将达到 578 百万千瓦，核发电量将增加至 4.3 万亿千瓦时，核发电量在全球总发电量中的份额约占 12%。

 

表1中国大陆核电概况（截至2016年4月）

    中国大陆的核电发展概况

 

    中国大陆核电从 20 世纪 80 年代起步。截至 2016 年 4 月，在役、在建核电机组总数达到 55 台，分布在浙江、广东、江苏、辽宁、山东、福建、广西、海南等沿海 8 个省区，总装机容量 5600多万千瓦。

    其中在役机组 30 台，装机容量2800 多万千瓦；在建 25 台，装机容量2700 多万千瓦，核电机组的概况见表 1。目前，中国大陆在役核电机组已经超过韩国、 俄罗斯， 仅次于美国、 法国、 日本，列全球第四。

    2015 年， 中 国 大 陆 核 电 发 电 量1690 亿千瓦时，占全国总发电量的3.01%， 比 2014 年 增 长 29.42%。 所有核电机组都保持了安全运行的良好记录，未发生国际核事件分级（INES）表中 1 级及 1 级以上的运行事件，安全生产状况、职业病危害防治等在所有工业行业中处于领先水平。国家环境保护部门对核电厂周围环境连续监测的结果表明，核电厂放射性排出物的排放量远低于国家标准限值，环境空气吸收剂量率继续保持在当地本底辐射水平涨落范围之内，环境效益良好。

    未来中国核电仍有很大的发展空间

 

    从需求侧来看，2015 年，中国全社会用电量 5.55 万亿千瓦时，人均用电量 4100 千瓦时，约是 2000 年的 4 倍，是全球增长最快的国家。但是，与发达国家相比，中国人均消费水平还比较低，不到美国的 40%，大约为 0ECD 国家平均水平的一半。未来中国城镇化比例将进一步提高，社会经济发展对电力生产与消费的需求也将进一步增长。

    从供给侧来看，中国目前的能源结构很不合理，以煤炭为主的化石能源比例过高，非化石能源比例过低，已经成为中国能源结构中的突出问题。

    2015 年，中国非化石能源比例为12%，与政府制定的“2020 年非化石能源占一次消费能源的比例到15%左右” 、“2030 年非化石能源占比提高到 20%左右”的目标有较大差距。在一次能源消费中，煤炭的比重占 64.4%，超出世界平均水平的两倍。尽快改变以煤为主的能源结构，建设绿色低碳、安全高效的现代能源体系，是中国面临的一项紧迫而艰巨的任务。为此，必须大幅度提高可再生能源、核能和天然气等低碳能源的占比。由于核能发电具有年运行时间长（7500h 以上）、能量密度高、运行成本低、可大幅减少温室气体和污染物排放等特点，是能源绿色低碳发展的重要选择。

    根据国家能源发展规划，2020 年全国核电装机 5800 万千瓦、在建 3000万千瓦以上。2030 年全国核电装机将超过 1.2 亿千瓦，核能发电量约占全社会用电量的 10%。届时，核能发电可替代煤炭近 3 亿吨，少排放二氧化碳 8 亿吨，成为低碳绿色能源的重要组成部分。

    中国核电发展坚持“安全、高效”的方针。新建核电机组要采用国际先进核电技术，主要发展“华龙一号”、CAP1000、 CAP1400等第三代核电机组，进一步提高核电的安全性、经济性。为了切实保障核电的安全高效发展，政府要加强严格的、科学有效的安全监管。在全行业大力推进核安全文化建设，把安全理念落实到核电设计、建造、运行、退役的全过程，落实到核电产业链的所有环节，不断提高安全水平。

    材料腐蚀与防护研究是核电安全高效发展的重要环节

 

    一座压水堆核电站，有数百个系统、几万台（套）设备。在核电站的高额投资中，设备费用占到将近一半。核电设备的质量与可靠性，决定了核电的安全性和经济性。

    我国核电机组以压水堆为主，在役和在建核电机组中，压水堆核电站占到95% 以上。压水堆核电站的设备分为核岛设备、常规岛设备与 BOP（核电站配套子项）设备三大类。按照设备服役工况或使用功能的不同，可分为核一级、核二级、核三级和非核级。有核级要求的设备及部件，其所用材料称为核电关键材料。

    核岛设备，特别是核岛主设备，是核电站的核心。核岛主设备包括反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、控制棒驱动机构、 堆内构件、 主管道、 主泵等，构成了压水堆冷却剂回路即一回路，是防止反应堆放射性物质外泄的第一道屏障。核岛主设备及部件与核安全紧密相关，可靠性要求最高。由于长期在高温和强辐射条件下工作，对核电关键材料的要求也最严格。在材料选择和制造过程中，不仅要考虑强度、韧性、焊接性能和冷热加工性能等常规性能的要求，而且必须考虑辐照带来的组织、性能、尺寸等的变化，以及材料与环境介质的相容性等。

    反应堆压力容器是装载堆芯、支撑堆内构件和容纳回路冷却剂并维持其压力的堆本体承压壳体，由上、下封头和筒体组成，具有密封放射性、阻止裂变产物逸散的功能。在核电站的整个寿期内，压力容器是不可更换的。目前国内外广泛采用 A508III（Gr.3CI.1） 和 16MND5等低合金钢作为反应堆压力容器材料。为了防止与冷却剂接触产生腐蚀，在低合金钢的内壁堆焊不锈钢。

    蒸汽发生器是将压水堆一回路的热能传递给二回路介质以产生蒸汽的热交换设备，由简体、管板、汽水分离器及外壳容器、传热管等部件组成。筒体管板采用与压力容器相同或相近的低合金钢材料，在一回路冷却剂侧堆焊有不锈钢。传热管起一、二回路能量交换作用，对一回路压力边界完整性有重大影响，目前采用 690、800 等镍基合金材料。传热管在特定结构和介质条件下，承受高温、高压和管子内外的压差以及腐蚀、水力振动等工况的作用，容易造成各种类型的腐蚀特别是应力腐蚀破坏，是核电站因腐蚀导致失效实例最多的部件。

    反应堆堆内构件包括压紧板、导向筒、吊篮围板、流量分配板、上下栅格组件等，主要起支撑燃料组件、为控制棒及堆芯测量装置等提供支撑和导向、合理分配冷却剂流和减少压力容器内表面的中子注入量等作用。堆内构件面对活性区，受到冷却剂冲刷和高温高压作用，通常选用强度高、塑韧性好、高温性能好、中子吸收和中子俘获截面小的奥氏体不锈钢及部分镍基合金。

    反应堆一回路管道是维持和约束冷却剂循环流动的通道，要求有优良的耐腐蚀性能、足够的强度、塑性和热强性能，材料的钴含量尽量低。一回路管道材料通常选用精密铸造的奥氏体不锈钢或整体锻造的奥氏体不锈钢。

    尽管核岛主设备的关键材料有优良的综合性能，但由于在高温、高辐照等特殊环境中工作，因腐蚀、特别是应力腐蚀导致的设备及部件失效实例并不少见。应力腐蚀导致的设备及部件失效给核电站带来巨大的经济损失，也给核电安全运行带来潜在的威胁。有核电的世界各国都投入大量经费用于开展核岛主设备材料的腐蚀与防护研究工作。研究的重点包括：蒸汽发生器传热管的腐蚀失效，异种金属材料焊接件的腐蚀破裂，强辐射环境中不锈钢材料的应力腐蚀破裂，以及反应堆一回路水化学控制等。

    核岛主设备直接与反应堆冷却剂接触，腐蚀防护的主要手段是实行严格的一回路水化学控制。一回路水化学控制包括：加氢抑制一回路水的辐照分解，降低水中溶解氧的含量；精确调节和控制一回路水的 PH，防止和减少一回路内部材料的腐蚀；加锌抑制活化腐蚀产物在一回路管道表面的沉积，降低回路周围空间的辐射剂量水平等。

    除核岛主设备外，核岛安全壳系统也是核电站设备腐蚀防护研究和关注的重点。安全壳作为核电站防止放射性物质外泄的最后一道屏障，承担重要的安全功能。目前，压水堆核电站的安全壳有两种结构，一种是单层安全壳，在混凝土结构的内壁衬有约６mm的低碳钢。另一种是双层安全壳，外层为混凝土屏蔽构筑物，内层为低碳钢安全壳。混凝土和钢材表面都有保护涂层。安全壳系统用的涂料称为核级涂料，除常规要求外，还需要有优良的抗辐照、去污、抗热老化、以及在核电站设计基准事故下保持涂层完整性等一系列特殊要求。在非能动核电站中，安全壳涂层还要求良好的传热和湿润性能。

    常规岛设备主要为碳钢和低合金钢，面临的腐蚀问题与常规火力发电厂类同，主要差别在于核电站汽轮机的进气为饱和蒸汽，需要更多考虑湿蒸汽侵蚀造成的影响。防护手段主要依靠二回路水化学控制，以减少与二回路介质接触的设备和管道材料的腐蚀。同时要加强对二回路系统内各种材料腐蚀情况的监测，及时探知和发现材料损伤情况，防止事故的发生。

    由于核电的高度政治敏感性，一旦发生事故，即使与核安全无关，也会在社会上产生巨大反响。日本美滨核电厂曾经发生过一起常规岛管道破裂事故，高温高压水从管道中喷出，导致多名工作人员死伤。事故原因是碳钢管道内侧发生流动加速腐蚀（FAC），管道壁变薄，又没有及时发现，在高温高压下发生破裂。事故引发了全社会对核电安全的关注。

    核电站 BOP 设备的腐蚀问题与其他工业设施基本相同。目前，我国核电站全都建在东南沿海地区，构筑物和设备及部件中大量使用的碳钢材料长期在海水中浸泡，有的直接与腐蚀性大气环境接触，腐蚀与防护问题比较突出。采取的防护手段主要有各种涂层保护、电化学保护（如阴极保护）以及其他一些措施（如充氮和表面涂膜）等。

    与发达国家相比，我国核电建设起步较晚。借助于后发优势，我们充分借鉴了国外核电发展的经验和教训，有效地避免了国外曾经出现过的诸如蒸汽发生器传热管应力腐蚀破裂等一些典型事故。

 

    20 世纪 80 年代以来，国内相关科研院所及核电企业，结合本身的工作任务及专业特色，开展了一系列核电关键材料的腐蚀与防护研究，腐蚀防护技术及核级涂料研制生产都取得了重大进展，为保障我国核电安全高效发展做出了重要贡献。

    2005 年以来，在国家 973 计划大力支持下， 由中国科学院金属研究所牵头，联合国内十几家科研院所、高等学校、核电装备制造企业和核电设计运行单位，系统深入地开展了核电关键设备材料失效行为研究，在材料失效机理研究、辐照对材料失效影响研究、腐蚀与失效行为监测和防护等许多方面取得了新的突破，培养了一批高素质的人才，形成了一批有实用价值的优秀成果，有力推进了我国核电材料的腐蚀与防护研究工作。

 

    结语

 

    当前，我国核电已经进入规模化批量化发展的新阶段，成为世界上发展最快、新建机组最多的国家。设计自主化、材料国产化的第三代核电技术对机组提出了更高参数和更长设计寿命（60 年）的要求，对核电材料在服役环境中的腐蚀防护研究提出了新的挑战。与此同时，随着我国在役核电机组服役时间的推移，机组老化及设备可靠性问题将进一步凸显，老机组扩容延寿问题也将提上议事日程。

    加强对核电设备材料腐蚀与防护问题的研究，对于保障我国核电运行安全、进一步提高核电的可利用率和经济性、以及推进中国核电“走出去”，都具有十分重要的意义。

    （资料来源：知网）

 

6输电杆塔钢构件腐蚀防护技术研究进展

 

    长期服役于自然环境中的输电杆塔钢构件的防腐蚀性能，是保证输电线路安全可靠运行的关键要素之一。在沿海和因重工业生产排放所带来的环境污染并伴随自然环境气候的恶化而形成的重腐蚀环境中，使在役杆塔钢构件等重要设备腐蚀速率日渐加快，传统使用的热镀锌、刷涂富锌涂料等腐蚀防护技术性能已不能满足使用要求，有效免维护周期明显缩短，生产中用于防腐维护的成本大大增加。因此，开发新型耐腐蚀防护材料和维护技术，实现钢构件长寿命、少维护或免维护的防腐效果， 是保证输电线路安全运行、 建设 “坚强智能电网”的需要。

    输电杆塔的腐蚀现状

 

    国内输电铁塔表面大多采用热镀锌防护。镀锌层对于杆塔基体材料与腐蚀环境具有隔离作用和阴极保护作用：一方面锌在大气中的腐蚀速度大约是钢铁的 1/15，能够有效保证外部腐蚀介质不与钢材基体直接接触；另一方面以锌牺牲阳极的形式防止构件基体材料腐蚀来保证杆塔的结构强度。

 

    日本热镀锌协会在 1964—1974 年进行的热镀锌大气暴露试验结果如表 1所列。

    近年来的使用情况反映，镀锌层防腐蚀实际寿命远远小于表 1 中的数值，主要原因是与环境污染和全球气候恶化有关。在干燥空气中，锌镀层具有良好的保护性能，但在沿海等潮湿环境中，锌表面会生成一层氢氧化锌，在二氧化碳作用下生成碱式碳酸锌。该腐蚀产物疏松、体积较大，防护作用显著降低。

    锌在工业污染严重地区，对二氧化硫、二氧化氮等的耐腐蚀性能较差，随环境中二氧化硫或二氧化氮的含量增加，耐腐蚀性能下降。

    湖南为大陆型中亚热带季风湿润气候，光、热、雨水资源丰富且比较同步，存在株洲、湘潭等重工业污染区。2008年南方冰灾中，湖南地区由于线路覆冰而大面积倒塔的出现，其主要原因就包含由于环境腐蚀导致的杆塔构件强度缺失。调查表明在沿海地区和重工业污染地区的输电铁塔投入运行 3 ～ 4 年便锈迹斑斑，再过经过 1 ～ 2 年便转化为整体锈蚀。

    福建地区处于亚热带，光照、雨水充足，既有重工业污染区，也有沿海气候和国家酸雨控制区。

    三明局 220kV 后富线为后山变至富兴变联络线，发现 1 号至 3 号、5 号至 10 号铁塔主材、联板受锈蚀层度较重，主要原因系后山出线段地处三明钢铁厂、化工厂及化学试剂厂（生产硫酸、盐酸）周边，受污染物，特别是酸雾的影响所致。处于海洋气候的厦门局将鸿线 7 号、8 号铁塔腐蚀严重。漳州220kV 总南线与三明局 220kV 增列线由于地处山区环境植物茂盛，环境十分潮湿，塔脚部位腐蚀严重。

    山东属暖温带季风湿润半湿润气候类型，降水集中，雨热同季，春秋短暂，冬夏较长。光照充足，常年降水比较丰富。在淄博地区调研时发现，500kV淄潍线近 4 ～ 5 年出现多基塔塔脚腐蚀，使上底座和护板减薄至设计厚度的1/2， 已经对杆塔的安全运行产生影响。经分析，土壤中 SO 4 2- 和 Cl - 离子的含量偏高，塔脚腐蚀是表面硫腐蚀和因混凝土基础虹吸潮湿而发生的界面浓差腐蚀共同作用的结果。

    对 500kV 川淄线调研中发现，部分铁塔多处主材、联板的镀锌层出现红褐色锈斑，锈蚀较重。

    杆塔所处位置为农田，而附近日用陶瓷、建筑陶瓷生产厂家较多，烧结等工业废气排放较多，污染严重。

    在海洋气候中，由于较大的空气湿度和盐含量，热镀锌层的腐蚀加剧，使用寿命缩短。烟台地区龙汤一、二线，龙东线、龙沈线等近海岸电厂出线线路，常年受潮湿海风侵蚀，杆塔和导线腐蚀严重。在四面环海的广东南澳县，一条10kV的配电线路， 在1993—1997年间，由于严重的盐雾腐蚀架空导线断线 15起。镀锌的杆塔铁构件半年左右就开始生锈，一年就锈迹斑斑。

    从调研的情况可以发现，目前的热镀锌杆塔防腐和日常的富锌涂料的维护难以满足设计使用寿命的要求，需要发展新型防护技术防止杆塔的腐蚀，保证输电线路的安全。

 

 

    国内外杆塔防腐技术

 

    1、热镀锌技术的发展

 

    自 1983 年 起 , 奥 地 利 电 网 在380kV 线路上开始试验“镀锌封闭”（DUPLEX-coating，铁塔在工厂镀锌后立即进行涂料封闭涂装）防护技术。结果显示自投运到首次维护时间可长达 40 ～ 50 年之久 , 大大提高了镀锌铁塔的抗蚀性，大幅度降低了运行维护成本，后被广泛应用于新建线路。经统计 ,使用“镀锌封闭”增加的费用占整条线路费用的 2.5%，但是从全寿命周期分析，显著降低了成本。荷兰热浸锌研究所发表了类似的等加效应结果，即：无论热浸锌、电弧喷锌，锌层加重防腐涂料复合涂层寿命为两者使用寿命之和的1.8 ～ 2.4 倍。

    为了提高热镀锌涂层耐蚀性能 ,热浸镀锌铝涂层成为近几十年的研究热点。铝由于拥有良好的钝化性能，其耐蚀性能更优于锌。但钝化后的铝对钢铁基体缺乏阴极保护作用，而锌铝涂层同时具备了锌涂层和铝涂层两者的优点。比较著名的商业涂层有 Galfan（Zn+5%Al）、Galvalume（Zn+55%Al+1.6%Si） 和 SUPERZINC（Zn+5%Al+0.1%Mg）。试验表明锌铝涂层耐蚀性能远好于纯锌浸镀层，在海洋气候及重工业污染区的防腐性能也很优异。

    Galfan 在工业污染和海洋环境中耐腐蚀性能为热浸镀锌的 2 ～ 3 倍，Galvalume为热浸镀锌耐蚀性能的3～6倍。 1998年，新日钢铁株式会社研制的 Zn-Al-Mg 合金涂层 ZAM，不仅具备 Zn-Al 涂层良好的耐蚀性能，而且由于镁的加入改善了阴极保护功能。研究显示，在热浸镀液中加入微量的稀土元素，可以改善镀液与钢材的润湿性能，增加流动性，得到均匀的涂层，并明显提高镀层耐蚀性能。在热镀锌过程中加入合金元素几乎不提高生产成本，但是涂层使用寿命得到了显著地提高，是一种比较理想的热镀锌替代技术。但是，这些热浸镀锌铝技术在国内杆塔上还没有推广使用。

    2、涂料

 

    由于涂料成本低、施工工艺简单，因此成为锈蚀铁塔防护的主要手段。普通涂料体系耐腐蚀性能差，防护时间只有 2 ～ 3 年，如醇酸红丹涂料等。随着输电铁塔防腐技术的发展，重防腐体系涂料逐渐应用于输电铁塔防护。重防腐涂料体系是指在恶劣腐蚀环境下具有长效防护作用的一类高性能涂料，常用的涂料包括聚氨酯涂料、环氧树脂涂料、橡胶涂料、富锌涂料等，通常是由底漆、中间漆、面漆组成，漆膜厚度在 200um以上，三者构成的涂层发挥总体效果，防护时间可达 15 年以上。

    近 10 年来冷涂锌涂料有了较大的发展，它是由溶剂、树脂、助剂及由纯度高于 99.995% 的锌粉组成的新型防腐涂料，可在常温下实现冷涂锌，涂层锌含量在 96% 以上。国内外著名的冷涂锌品牌有比利时的 Zinga、加拿大的 C.R.C.、美国 LUST-OLEUM 的 2100 系列、日本的ROVAL、深圳彩虹公司的 7CF 强力锌等。冷涂锌具备镀锌及普通涂料的双重优点，提供阴极保护及屏障保护，防腐性能优异， 可常温刷涂， 便于施工， 得到 “镀锌”效果，对镀锌可以进行修复。与其它防护涂层比较，其成本高是主要缺点。

    冷涂锌涂装前对钢结构表面处理及室外环境要求较热喷涂处理低，可以在相对湿度 85% 以上的环境中施工，比利时Zinga 甚至提出可以在潮湿表面涂装。日本 ROVAL 冷涂锌产品涂装在清洁度为 St2级的钢材表面后， 附着力达到了8.1MPa。

    华东电网制订的《华东电网 500kV输电线路铁塔冷涂锌防锈工程技术和工艺规范》中规定冷涂锌使用年限为 8 年。

    冷涂锌的防腐功效大抵与热镀锌相当。杆塔在大规模使用时，热镀锌成本低于冷涂锌，但是在小件的涂装上，冷涂锌成本要低于热镀锌，且施工方便。作为杆塔的防腐技术，冷涂锌在重腐蚀环境中也难以满足使用寿命的需求，但作为热镀锌铁塔修复和维护是很好的方法。

    3、热喷涂技术

 

    热喷涂技术已被公认是钢铁长效防腐中最具竞争力的方法之一。早在 1952年，上海喷涂机械厂以安徽省作钢铁长效防腐示范。他们首次在国内采用热喷涂锌涂层的防腐方法，对淮南电厂至蚌埠 45km 区域内的 264 座高压输电铁塔的上半部进行保护，在 1978 年对铁塔腐蚀状况进行检查，喷涂层状态良好，无任何腐蚀迹象。

    国内外众多研究表明，热喷涂锌铝涂层的防腐效果要优于纯锌或者纯铝涂层。针对热喷涂 Zn-Al 涂层的研究与开发，目前国内主要有伪合金涂层和合金涂层，其中合金涂层又分为粉芯丝材制备涂层以及合金丝材制备的涂层。在涂层成分上主要是通过改变 Al 的含量以及加入少量的 Mg、Cu、稀土等金属元素来提高涂层的耐腐蚀性能。

    自1985年，日本JACC（Japan AssociationofCorrosion Control）热喷涂委员会的S.Kuroda等对Zn、Al及Zn-13Al热喷涂涂层作了长期暴露试验。结果表明，暴露10年和18年的热喷涂Zn-13Al涂层的耐蚀性明显优于热喷涂Zn、Al涂层。

    国内学者采用粉芯丝材和高速电弧喷涂技术制备了 Zn-26%Al 涂层。通过电化学的方法测试涂层在 NaCl5% 溶液中的腐蚀行为，并与由实芯丝材纯 Zn、纯 Al 及 Zn-15%Al 所制备的涂层作比较，探讨 Al 含量的变化对涂层防腐蚀性能的影响。研究发现 Zn-26%Al 涂层在电解质溶液中表现出更优越的防腐性能。动电位极化测试结果说明 Zn-Al 涂层随着Al含量的增加， 其耐蚀性也提高。

    近几年的研究表明，向 Zn-Al 合金中加入其它的适量元素（Mg 和 RE 等）能显著改善涂层的耐蚀性能。在多种合金元素的涂层制备中 , 粉芯丝材较易制备。刘燕等人利用粉芯丝材制备出 Zn-Al-Mg-RE 涂层，试验结果显示涂层具备良好的耐蚀性能。腐蚀产物堆积成致密的钝化膜 , 封闭了涂层上微孔。

    所谓自封闭，是指 ZnAlMgRe 高速电弧喷涂层在腐蚀过程中，随着腐蚀反应的进行，生成了一系列 Zn 的碱式盐类，Mg 的氢氧化物及 Mg 与 Al 形成的尖品石氧化物的水合物等腐蚀产物，这些腐蚀产物不但能够在涂层表面形成钝化膜，还能够有效地堵塞涂层中的孔隙，切断腐蚀介质的快速通道，从而提高了涂层的耐蚀性。实验室腐蚀实验数据表明：在海洋环境中，ZnAlMgRe 高速电弧喷涂层的抗腐蚀能力是 Zn、Al 电弧喷涂层的 4 倍以上，这主要和 ZnAlMgRe涂层具有自封闭特性有直接关系。

    山东电力科学研究院研制的系列ZnAlMgRE 合金实芯电弧喷涂丝材，在钢基体上制备出 ZnAlMgRE 涂层。通过铜乙酸加速盐雾试验、电化试验、浸泡试验均表明其耐蚀性能远好于热浸镀锌和热喷涂锌涂层，防腐寿命为热浸镀锌的1 ～ 8 倍。全寿命周期性价比分析是热镀锌的2.4倍以上。 现已开始工程示范应用。

    4、耐候钢及铝合金杆塔

 

    耐候钢，又称为耐大气腐蚀低合金钢，是在钢中加入少量的合金元素（铜、磷、镍、铬等），使其在大气中比普通碳钢耐蚀性优良的一种低合金钢。

    合金元素可以在钢表面形成致密和附着性能很好的保护膜，阻碍锈蚀向内部发展，它是介于不锈钢和碳钢间的价廉物美的低合金钢。20 世纪 60 年代，在美国耐候钢用来替代镀锌钢被应用于输电杆塔，利用了其较高的强度以减小尺寸和结构重量。在 1961 年，没有涂装的耐候钢应用在马萨诸塞州的两个输电杆塔上，随后大规模的运用于宾夕法尼亚州的输电杆塔上。但在潮湿的环境中运行几年后其腐蚀速率与裸碳钢基本相同。

    1975 年，考虑到污染物腐蚀带来的铁塔强度的降低，日本开始在输电线路试验运用耐候钢无涂装角钢铁塔，并在2000 年试验应用涂装耐候钢钢管塔。结果显示，在工业大气、海洋大气和酸雨环境中耐候钢的耐蚀性能都要优于普通碳钢，但在耐候钢在接头和基础处的腐蚀较为明显。

    铝在大气中可以快速生成一层致密的 Al 2 O 3 膜，且在很宽的 pH 范围内都可以保持稳定。因此，铝在大气中的耐蚀性能良好，一些国家采用铝作为输电杆塔材料。

    英国的试验结果显示，在污染大气中的铝杆塔腐蚀速率为 2.6um/a，在沿海地区为 7.3um/a。

    设计寿命为 85 年的杆塔，若使用普通碳钢作为基材，在无污染的环境中每隔 15 年就必须涂刷一次，在污染和海洋环境中间隔分别为 12 年和 9 年。

    而以铝作为基材的杆塔在 85 年寿命内都不需要维护。铝和碳钢杆塔在全寿命周期内评估对环境造成影响相近，但铝材可以更多地回收利用。

 

    5、复合材料杆塔

 

    随着复合材料技术和制造工艺的发展，纤维增强复合材料 FRP 作为一种质轻高强、耐腐蚀、绝缘性好的材料，制备复合材料杆塔已成为可能。

    日本早在 20 世纪 60 年代就开始了就开展了玻璃纤维增强塑料（即玻璃钢，FRP）用于输电线路横担的研究，并很好的解决了风偏所引起的闪络事故。

    在美国和加拿大复合材料的杆塔发展已经很成熟，已经有多家公司投入了实际生产和应用。

    据 Ebert 公司 2006 年的一份报告，截止 2006 年 2 月，Ebert 公司的全复合材料杆塔在腐蚀严重的海岸地区运行良好，在 10 年内不生锈、无腐蚀、未损坏。我国复合材料的杆塔的研究与应用还处于起步阶段。2007 年，国网武汉高压研究院研制成功了 10kV 线路防雷击及污闪的绝缘塔头和横担。国家电网公司2009年开始从绝缘特性、 抗冰敷特性、抗腐蚀性能三个方面研究复合材料在输电杆塔上的应用研究。部分试点工程已上线运行，运行状况良好。

    结语

 

    面对重工业大气污染和海洋重腐蚀气候，热镀锌防护技术已不能满足使用寿命的要求，迫切需要发展新的防腐技术。与热浸镀纯锌涂层相比，热浸镀锌铝合金涂层和热喷涂锌铝合金涂层都有着更好的耐蚀性能，且降低全寿命周期成本。

    但是热浸镀技术对环境污染严重，且其耐蚀性能也劣于热喷涂涂层。因此，热喷涂锌铝合金涂层是在重工业污染和海洋气候地区取代热浸镀锌最简单，也是最有效的手段之一。

 

（资料来源：知网）