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科技论坛 | 浅议轨道交通设施的防腐蚀控制策略
2019-06-24 09:18:19 作者:时天亮 中国铁路物资集团有限公司 来源:《腐蚀防护之友》

到2017 年底,我国铁路里程已经达 12.4 万公里;其中高速铁路 2.2 万公里;城市轨道里程 5770 公里。根据十三五规划,保守估计,我国将达到铁路里程 13.2 万公里;其中高速铁路 3 万公里;城市轨道里程有望翻倍。在国家大规模铁路建设投资的带动下,铁路基本建设及铁路装备制造业呈高速增长态势。铁路是一个重要的国家基础设施 , 国家经济动脉和公共交通系统。铁路建设和发展有一个很重要的作用是促进国民经济的发展 , 可以极大地刺激社会总需求的增长 , 扩大就业 , 促进城市化水平。


城市轨道交通是城市公共交通的骨干。它具有节能环保的特点 , 土地节约、全天候、少污染、高安全。它是一种可持续发展的绿色交通工具,特别适用于人口密集的大中型城市。


由于城市轨道交通具有运量大、快速、安全、准时、受气候条件影响小等特点,因此,从国情出发 , 基于对环境可持续发展、城市发展及缓解交通压力的考虑 . 我国的一些大中型城市必须通过快速轨道交通的建设来改善区域内的交通结构 , 进一步增强城市活力。


轨道交通基础设施和装备设施的安全性要求很高,钢轨的腐蚀会给整个轨道交通带来很大的安全隐患。腐蚀不仅造成大量的金属损失 , 更为严重的是 , 由于腐蚀的隐蔽性和突发性 ,一旦发生事故 , 往往会造成灾难性的后果 , 如煤气或石油管道的腐蚀穿孔 ;结构钢筋的腐蚀 , 会破坏混凝土的整体性 , 降低其强度和耐久性 , 给安全运营带来严重威胁。因此,研究腐蚀机理,找出防止其腐蚀的措施显得十分重要。


一、对腐蚀及腐蚀造成的巨大损失的认识

 

(一)腐蚀的类型

 

与腐蚀密切相关的是腐蚀介质,其中腐蚀介质根据其形状和功能区分为五类 : 气态介质 , 耐腐蚀、酸和碱盐溶液和固体介质和土壤污染。


钢轨的腐蚀是指钢轨表面与周围介质发生化学作用或电化学作用而遭到破坏的现象 , 其本质就是钢轨中的铁元素被氧化 , 在其表面形成一层疏松的铁的氧化物的过程。钢轨腐蚀将导致钢轨表面疏松、有效截面积减小、表面产生大量锈坑、力学性能降低 , 甚至因锈蚀严重而报废,铁锈的大量聚集还会使轨道电路系统失灵 , 导致事故发生。


(二)腐蚀的案例

 

现实生活中,有许多因为腐蚀而造成了巨大的损失和伤害,例如 2013年,山东青岛发生“11·22”中石化东黄输油管道泄漏,2014 年 8 月 1 日台湾高雄发生瓦斯爆炸事故。腐蚀是极其有害的。它把材料变成废物,生产和生活设施过早丧失功能,运转不灵,可能导致生产停顿,甚至火灾、爆炸,诱发各种环境灾害,危及人体健康和安全。


在日常生产和生活中,由于材料腐蚀造成的巨大损失,甚至引发了事故。由中国工程院建立的我国腐蚀现状及控制策略研究“十一大咨询项目”启动后,对我国腐蚀状况进行了全面的检查。并提出了科学的对策。


二、采取腐蚀防护措施能够大幅节约的实际性 :


有很多防腐意识不强的企业对腐蚀问题的危害认识不足,防护意识也相对较弱。他们不了解保护投资与提高企业经济效益的关系。他们认为“材料腐蚀是不可避免的,损坏将被修复,报废将被替换”。防腐工程投资严重不足。即使有时,当工程包括翻修、扩建设计和施工时,腐蚀问题也没有被考虑到。经过一段时间的生产,突然发现设备或装置腐蚀严重,甚至发生事故。如果此时进行防腐,保护效果差,保护成本大幅度提高。下面是一些常见的防腐措施:


(一)金属热喷涂

 

金属热喷涂是这样一种技术,其中待喷涂的金属涂层材料被加热以通过热源熔化,并且通过高速气流的雾化作用形成细小液滴,并且金属涂层喷涂 - 沉积在处理过的基材表面上以形成金属涂层。钢结构金属热喷涂主要有锌喷涂和铝喷涂两种,用作钢结构的防腐底层,具有良好的耐腐蚀性。在大气中喷洒铝和锌喷雾是长期保护系统的首选。大气环境中的钢结构使用更多的铝喷涂层,铝合金层与钢具有很强的结合力。该过程非常灵活,可以在现场构建。适用于难以维修的重要钢结构(如汉口铁路新客运站)。实践证明,金属热喷涂涂层的寿命可达 15 年以上。


(二)表面处理

 

涂层对基底金属的附着力主要取决于涂层的极性基团与金属表面的极性分子之间的相互吸引,并且粗糙度的增加可以增加表面积。金属,从而改善涂膜的附着力。然而,过度粗糙也会产生不利影响。当涂层厚度不足时,尖端通常是早期腐蚀的起点。通常,表面粗糙度不应超过涂层体系总干膜厚度的 1/3。因此,防腐设计文件应规定表面处理的质量要求,并规定表面除锈等级和表面粗糙度。


三、转换策略,改变规则,修改标准,改革管理模式,通过有效的管理增加腐蚀节约潜力

 

维护管理是保障的一个重要组成部分的防腐生活建筑钢结构。工作包括检查、修复和建立为钢结构防腐维修管理文件。定期检查的内容的外观检查防腐保护层 , 防腐性能检验和腐蚀量检测 , 以判断国家钢结构的防腐保护层需要修理或加强。专项检查的检查项目和内容可以在个案基础上确定 , 和一个或多个项目在项目选择定期检查。每次重大自然灾害 ( 地震、台风等 ), 应彻底检查钢结构防腐蚀。


四、加强改善腐蚀控制方面的教育与培训

 

考虑到防腐建筑行业的特殊性,应当对防腐施工企业资质进行专业审核,委托腐蚀与防护学会 / 协会进行认证,确认其防腐施工企业的资质等级。大多数防腐施工队伍及人员的专业素质不够,应由腐蚀与防护协会组织技术培训,不断提高防腐蚀人员的技术水平。业主企业应加强对施工队伍的资格审查和检查,要求他们改进用户信息。有必要选择重要用户进行现场调查,检查施工管理和绩效。


五、以好的经营管理来保证提升防腐蚀设计实践与经验

 

许多设计师没有相应的防腐技术 ,现有设计标准明显落后于新技术的快速发展 , 新的防腐技术缺乏了解。对于大型防腐工程和项目 , 可以问公司的监督在防腐施工质量监督系统。必须检查监督人员资格,请检查员证书。腐蚀工程师维修项目 , 企业可以进行监督。如果没有全职腐蚀工程师 , 应该进行外部监督 , 技术人员派遣专业培训。我国当前的一些测试方法原始 ,也与国外先进技术的差距更大了。


六、如何有效的延长钢轨的使用寿命

 

(一)在重载曲线钢轨中,通过适当调整曲线超高,防止轨面初始裂纹,改善轮轨关系,在萌芽阶段消除钢轨损伤,从而延长钢轨的使用寿命,消除设备隐患,确保铁路运输安全、高效、稳定。


(二)钢轨打磨技术经过多年的应用发展 , 已经广泛应用于高速铁路、重载铁路和城市轨道交通的钢轨养护维修中 , 有效地延长了钢轨的使用寿命。


七、通过科学研究、合理设计和实际执行,有效提升防腐蚀技术。


综上所述,水和氧是导致钢轨发生腐蚀的两个最主要因素。此外钢轨本身的化学成分、表面结构,以及周围介质中酸碱盐、CO 2 的含量、一些卤素例子,尤其是氯离子都是导致钢材锈蚀的主要因素。因此我们要防止钢轨锈蚀,就是将除在用轨轨顶外的钢轨表面与周围介质隔离使得钢轨不具备与周围介质发生化学的条件、采取有效措施充分利用电化学反应来保护钢轨、防止其被氧化。总之,要提升我国的腐蚀防护水平需要战略、策略,更需要众多的实践与落实,也包括学习国外的经验教训。这是政府和大众共同的事,我国防腐蚀工作者更任重道远。

 

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