江西省鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架質(zhì)量檢驗中心 江西 撫州 344000
現(xiàn)階段我國輸電線路鐵塔防腐方式基本采用鍍鋅防腐,在鍍鋅工藝過程中的除銹、酸洗、熱鍍鋅等環(huán)節(jié)會帶來較大的材料浪費和環(huán)境污染等,與國家提出的綠色低能產(chǎn)業(yè)相悖。采用節(jié)能、環(huán)保的新材料、新工藝和新技術(shù)是輸電線路鐵塔生產(chǎn)企業(yè)迫在眉睫要解決的問題。耐候鋼是一種大氣防腐蝕合金鋼,具有自防腐性能。本文主要從耐候鋼與普通鍍鋅鋼輸電線路鐵塔產(chǎn)品技術(shù)性能、防腐性能、檢驗標準等方面進行分析對比,得出國內(nèi)輸電線路鐵塔制造可以大批量應(yīng)用耐候鋼代替普通鍍鋅鋼。
耐候鋼,是通過添加少量合金元素(如銅、磷、鉻、鎳等),并與空氣中的氧氣以及水分反應(yīng),在表面生成致密的非晶態(tài)尖晶石氧化物,防止進一步腐蝕鋼材基體。具有優(yōu)質(zhì)鋼的強韌、塑延、焊割、疲勞等特性[1]。將耐候鋼應(yīng)用在輸電線路鐵塔中,減少了酸洗、熱鍍鋅等制作流程,可節(jié)省大量的人力物力,符合當下國家綠色節(jié)能環(huán)保的發(fā)展理念。因此耐候鋼輸電線路鐵塔從原材料上一次性解決了其在應(yīng)用過程中的防腐問題,可以實現(xiàn)輸電線路終身免維護。
當前輸電線路鐵塔主要還是以熱浸鍍鋅材料為主,較難滿足國家提出的綠色、節(jié)能、環(huán)保的新要求,為了符合國家電網(wǎng)提出的輸電線路“兩型三新”和“全壽命周期”建設(shè)理念,國內(nèi)較多機構(gòu)在耐候鋼輸電線路鐵塔研究上取得了重大成果并形成了相關(guān)標準。主要研究歷程如下:中國電力科學(xué)研究院有限公司2006年首次承擔(dān)“耐候及冷彎型鋼在輸電線路的應(yīng)用研究”科研項目,該項目解決了耐候及冷彎型鋼鐵塔設(shè)計及應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)問題,設(shè)計并通過真型試驗的220k V雙回路冷彎型鋼鐵塔表示,采用冷彎角鋼可減輕塔重4%左右[2]。2009年,中國電力科學(xué)院與福建省電力公司合作,采用Q450NQR1耐候冷彎角鋼鐵塔在廈門220千伏梧侶—內(nèi)官線路中首次試點應(yīng)用[3],但因耐候高強鋼輸電線路鐵塔采用噴鋅工藝進行防腐,未裸露使用,導(dǎo)致耐候高強鋼表面銹層穩(wěn)定化時間延長。2014年1月,中國電力科學(xué)院聯(lián)合國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院,在《耐候鋼和滲鋁鋼在輸電鐵塔中應(yīng)用的可行性研究》項目研究過程中,研發(fā)了輸電鐵塔專用耐候鋼種,并首次試制了熱軋耐候角鋼和冷彎耐候角鋼。2020年7月國家電網(wǎng)有限公司發(fā)布了Q/GDW 11960-2019《架空輸電線路耐候鋼桿塔加工技術(shù)規(guī)程》和Q/GDW 11961-2019《架空輸電線路耐候鋼桿塔設(shè)計和施工驗收規(guī)范》2份企業(yè)標準,對耐候鋼輸電線路鐵塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工、組立施工及驗收進行了詳細的規(guī)定,進一步規(guī)范了耐候鋼在輸電線路鐵塔上的推廣應(yīng)用。2020年10月1日中國電力企業(yè)聯(lián)合會將發(fā)布T/CEC 305.1~4-2020《架空輸電線路耐候鋼桿塔 第1~4部分:耐候結(jié)構(gòu)鋼、設(shè)計、加工、耐候鋼緊固件》共4份標準。
3.1 耐候鋼與普通鍍鋅鋼力學(xué)性能比較 耐候鋼的牌號同普通鍍鋅鋼牌號表示方式相同,但牌號未具體對應(yīng)。以耐候鋼Q355NH牌號舉例。
表1 普通鍍鋅鋼與耐候鋼抗拉強度比對表
由表1可以得出鋼材的抗拉強度提升了20MPa,強度優(yōu)于普通鍍鋅鋼。
3.2 耐候鋼與普通鍍鋅鋼輸電線路鐵塔耐腐蝕性比較 國外Legault和Leckie公布了基于鋼的化學(xué)成分來預(yù)測暴露于不同環(huán)境下15.5年后的低合金鋼的腐蝕情況的公式,修訂后業(yè)內(nèi)公認的耐腐蝕性指數(shù)計算公式如下:
I=26.01(%Cu)+3.88(%Ni)+1.20(%Cr)+1.49(%Si)+17.28(%P)-7.29(%Cu)(%Ni)-
9.10(%Ni)(%P)-33.39(%Cu)2。Q/GDW 11960-2019《架空輸電線路耐候鋼桿塔加工技術(shù)規(guī)程》6.1.1條規(guī)定耐候鋼的耐腐蝕性指數(shù),應(yīng)不低于6.5。因耐候鋼中添加了少量合金元素Cu、Cr等,使其表面與大氣能形成致密和粘附性良好的穩(wěn)定銹層。有研究表明耐候鋼的耐腐蝕性為普通鍍鋅鋼的2~8倍,特別是在工業(yè)大氣和海洋環(huán)境中耐候鋼的性能明顯優(yōu)于普通鍍鋅鋼。
3.3 耐候鋼與普通鍍鋅鋼輸電線路鐵塔加工成本比較 耐候鋼輸電線路鐵塔加工后,不需要進行鍍鋅處理,可以全裸露使用。普通鍍鋅鋼輸電線路鐵塔加工后,需進行除銹、酸洗、鍍鋅等工藝。根據(jù)市場價格比較,耐候鋼較普通鍍鋅鋼價格高約1000元/噸,普通鋼鍍鋅成本價格約1700元/噸,耐候鋼較普通鍍鋅鋼加工成本節(jié)約700元/噸。
3.4 耐候鋼與普通鍍鋅鋼輸電線路鐵塔環(huán)保效益比較 熱鍍鋅行業(yè)對環(huán)境的污染主要是為工業(yè)廢水、工業(yè)廢氣和工業(yè)廢渣,污染物會直接導(dǎo)致人體、土質(zhì)、水源、水生物等毒害作用。而耐候鋼可以直接裸露使用,間接避免了對環(huán)境的污染。
綜上所述,耐候鋼輸電線路鐵塔各方面性能優(yōu)于普通鍍鋅輸電線路鐵塔,國內(nèi)應(yīng)全面推廣使用。但筆者發(fā)現(xiàn)Q/GDW 11960-2019標準規(guī)定耐候鋼輸電線路鐵塔需配套耐候鋼的螺栓使用,國內(nèi)現(xiàn)未對耐候鋼螺栓進行詳細規(guī)定。同時Q/GDW 11960-2019標準中使用的耐候鋼牌號與GB/T 4171中的牌號未一一對應(yīng),需進一步明確研究。