摘要：三峽工程是“千年大計(jì)、國(guó)運(yùn)所系”的跨世紀(jì)工程。工程的質(zhì)量、壽命、運(yùn)行可靠性和檢修維護(hù)費(fèi)用，取決于多學(xué)科技術(shù)的發(fā)展水平。對(duì)表面工程技術(shù)在三峽工程機(jī)電設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)工程上的應(yīng)用進(jìn)行了全面的討論和分析，對(duì)三峽工程機(jī)電設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)表面預(yù)處理、表面涂覆技術(shù)和產(chǎn)品提出了技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：金屬結(jié)構(gòu) 機(jī)電設(shè)備 表面技術(shù)

1 引言

　　表面工程，是經(jīng)過(guò)表面預(yù)處理后，通過(guò)表面涂覆、表面改性或多種表面技術(shù)復(fù)合處理，改變固體金屬表面或非金屬表面的形態(tài)、化學(xué)成分和應(yīng)力狀態(tài)，以獲得所需表面性能的系統(tǒng)工程。三峽工程通常被人們稱為“土木”工程，但是大壩全長(zhǎng)2309.47m中，實(shí)際上起擋水作用的溢洪閘門(mén)、電廠進(jìn)水口閘門(mén)、船閘人字門(mén)和輸泄水閘門(mén)占?jí)尉€全長(zhǎng)的72%(1679m)，實(shí)際上就好似一個(gè)“鋼秩”工程。三峽工程作為一項(xiàng)水資源綜合利用的工程，其機(jī)電設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)的總重量達(dá)50萬(wàn)t，其費(fèi)用占工程總概算的1/3。

　　表面工程以多個(gè)學(xué)科交叉、綜合、復(fù)合為特色，以應(yīng)用多種表面技術(shù)及其復(fù)合表面技術(shù)為特點(diǎn)，是主導(dǎo)工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。三峽工程是“千年大計(jì)”、“國(guó)運(yùn)所系”的世紀(jì)性工程，一定要重視質(zhì)量問(wèn)題，把質(zhì)量看成是三峽工程的生命。在國(guó)際招標(biāo)的機(jī)電設(shè)備技術(shù)條件中，明確了應(yīng)用表面加工技術(shù)、表面技術(shù)和復(fù)合表面技術(shù)的要求，以改善提高零部件材料表面性能，有效地提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，延長(zhǎng)使用壽命和方便維護(hù)和修復(fù)。表面工程技術(shù)在三峽工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。

2 三峽工程應(yīng)用表面技術(shù)的對(duì)象

　　三峽水利樞紐由擋水和泄水建筑物、發(fā)電建筑物和通航建筑物組成，大壩軸線全長(zhǎng)2309.47m。泄水建筑物位于河床中部，設(shè)有表孔、深孔和導(dǎo)流底孔；電站廠房位于泄水建筑物左、右兩側(cè)，為壩后式廠房，共裝設(shè)26臺(tái)700MW水輪發(fā)電機(jī)組。通航建筑物布置在樞紐左岸，包括雙線連續(xù)五級(jí)永久船閘、單線垂直升船機(jī)和施工期通航的臨時(shí)船閘。

2.1 水輪發(fā)電機(jī)組和其它機(jī)電設(shè)備

　　三峽電站水輪發(fā)電機(jī)組及輔助機(jī)電設(shè)備總重量約達(dá)26萬(wàn)t。埋設(shè)在混凝土中的設(shè)備部件、常年受含沙水流沖刷的水輪機(jī)過(guò)流部件和常年暴露在空氣中的機(jī)電設(shè)備表面都需要應(yīng)用表面工程的基礎(chǔ)理論，提出優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的表面工藝技術(shù)，在設(shè)備和零部件的表面進(jìn)行嚴(yán)格的處理以保證設(shè)備可靠運(yùn)行。

2.2 水工閘門(mén)和金屬結(jié)構(gòu)

　　三峽工程的水工閘門(mén)埋設(shè)件、閘門(mén)本體、輸水鋼管及啟閉機(jī)等金屬結(jié)構(gòu)總量約26萬(wàn)t。其中大壩及電站合計(jì)共有30種不同規(guī)格的閘門(mén)539扇，永久船閘有各類人字門(mén)、充泄水閥門(mén)等共89扇，兩者共約7.3萬(wàn)t。其中工作環(huán)境最惡劣的是導(dǎo)流底孔和泄洪深孔的弧形工作門(mén)，最高工作水頭達(dá)85m，流速達(dá)35m/s，并有局部開(kāi)啟的要求。

2.3 對(duì)外交通工程

　　三峽工區(qū)對(duì)外交通工程的金屬結(jié)構(gòu)表面防護(hù)，包括橋梁表面涂覆、裝卸重件碼頭上的起重設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)的表面處理以及集裝箱碼頭鋼管樁和粉煤灰鋼罐內(nèi)表面的防腐等。

　　三峽工程對(duì)外交通金屬結(jié)構(gòu)工程包括大中橋梁34座，其中聯(lián)系壩區(qū)兩岸的西陵長(zhǎng)江大橋1118.66m。

3 三峽工程應(yīng)用表面技術(shù)的試驗(yàn)與實(shí)踐

3.1 三峽機(jī)電設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)表面的工作環(huán)境

　　三峽機(jī)電設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)表面，根據(jù)其功能要求，分別暴露在在室內(nèi)外大氣和潮濕大氣中，干濕交替環(huán)境。在靜水工況、動(dòng)水工況、高速含沙水流中和與混凝土結(jié)合的環(huán)境下工作運(yùn)行。

　　(1)暴露在大氣中工作的有：大壩頂部門(mén)式起重機(jī)及軌道、自動(dòng)抓梁、廠房頂敞開(kāi)式高壓電氣設(shè)備、高壓出線塔、主廠房大門(mén)、電站尾水門(mén)式起重機(jī)及軌道以及部分閘門(mén)的局部外露部分。還有永久船閘、臨時(shí)船閘和垂直升船機(jī)的橋機(jī)、大梁及清污機(jī)等。這些暴露在大氣中的結(jié)構(gòu)和裝備表面，常年經(jīng)受日曬雨淋、風(fēng)雪冰霜的襲擊。

　　(2)在室內(nèi)大氣中工作的設(shè)備主要有：水輪發(fā)電機(jī)組、變壓器的外露表面、主付廠房?jī)?nèi)各種橋機(jī)、大梁、軌道、廠內(nèi)高壓設(shè)備、大電流母線設(shè)備和其他機(jī)組輔助設(shè)備如水泵、空壓機(jī)、制冷機(jī)表面，電站廠房屋架、船閘人字門(mén)啟閉機(jī)及其附屬設(shè)備、中低壓配電盤(pán)、動(dòng)力盤(pán)、保護(hù)盤(pán)柜表面等。

　　(3)在潮濕大氣中工作的結(jié)構(gòu)和設(shè)備如：電站廠房進(jìn)水口豎式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)、長(zhǎng)期存放于門(mén)庫(kù)中的檢修門(mén)及埋件、閘門(mén)吊桿、尾水排水閥、水輪機(jī)頂蓋排水泵等。這些設(shè)備常年處在潮濕的空氣中，易銹蝕和腐蝕。

　　(4)在干濕交替環(huán)境中工作的結(jié)構(gòu)極易發(fā)生表面破壞如：船閘人字門(mén)、所有閘門(mén)的門(mén)槽埋件、船閘浮式系船柱、泄水表孔閘門(mén)和檢修門(mén)等。有的干濕交替頻繁，有的交替頻度不大，對(duì)結(jié)構(gòu)表面影響也有所不同。

　　(5)在靜水狀況下工作的裝備有：船閘人字門(mén)、檢修閘門(mén)和疊梁門(mén)，電站進(jìn)水口檢修門(mén)，泄洪壩段深孔和表孔檢修門(mén)等。他們都是在閘門(mén)前后平壓后才開(kāi)啟或下落的。

　　(6)動(dòng)水工況下工作的電站進(jìn)水口工作閘門(mén)、壓力鋼管、攔污柵事故檢修門(mén)、水輪機(jī)過(guò)流部件包括渦殼、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪、基礎(chǔ)環(huán)和尾水管里肘等。

　　(7)在特別惡劣的環(huán)境中工作的排沙孔工作閘門(mén)及事故檢修門(mén)、底孔工作門(mén)、深孔工作門(mén)、船閘輸泄水廊道閥門(mén)、鋼襯護(hù)以及水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪都是在高流速的含沙水流中工作和運(yùn)轉(zhuǎn)的，泥沙磨蝕的破壞作用，對(duì)其材料和表面的處理都有特殊要求。

　　(8)一些與混凝土面結(jié)合的鋼結(jié)構(gòu)，如壓力鋼管外壁，所有閘門(mén)和啟閉機(jī)構(gòu)以及鋼結(jié)構(gòu)的埋件、水輪機(jī)鋼里襯、蝸殼、座環(huán)以及發(fā)電機(jī)埋件、設(shè)備基礎(chǔ)埋件等。

3.2 三峽壩區(qū)的空氣和水環(huán)境特性

　　三峽壩址位于湖北宜昌市二斗坪鎮(zhèn)，此區(qū)域?qū)倌蠝貛Ш蛠啛釒н^(guò)渡地帶，其氣候特征是高溫、高濕、霧多風(fēng)小，秋雨多溫差小。壩區(qū)大氣年平均相對(duì)濕度75.8%，平均溫度21～22C，最高溫度43.9C，最低9.8C。年平均降雨量達(dá)1251mm，以7、8月份較高。大氣中S02濃度較高，酸雨比較嚴(yán)重，降雨pH值為5.44，大氣環(huán)境腐蝕性大。

　　三峽壩址處多年平均水量達(dá)4500億m3，多年平均流量為14400m3/s，水中含有泥沙，多年平均含沙量1.2kg/m3。實(shí)測(cè)最大含沙量10.5kg/m3。泥沙中推移質(zhì)相對(duì)較小，懸移質(zhì)居多，平均粒徑小于0.1mm。水中有生物作用，如海蜊子等。江水的PH值為7.95，水中溶解O2為6.4mg/L。在動(dòng)水下工作的裝備和結(jié)構(gòu)，承受的動(dòng)水速度多不相同，攔污柵的過(guò)柵流速約lm/s，壓力鋼管內(nèi)約8m/s，船閘輸水廊道內(nèi)約20m/s，深孔、底孔閘門(mén)處30～35m/s，排沙底孔內(nèi)18～28m/s，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片約30～40m/s。這些結(jié)構(gòu)和裝備特別是在高速含沙水流中工作的結(jié)構(gòu)和裝備，面臨空化和泥沙磨損的聯(lián)合破壞。

3.3 三峽工程設(shè)備和鋼結(jié)構(gòu)的表面技術(shù)應(yīng)用試驗(yàn)

　　為了使表面科學(xué)與工程相結(jié)合，為了結(jié)合三峽工程的空氣環(huán)境、水環(huán)境和工作環(huán)境特點(diǎn)，通過(guò)試驗(yàn)研究提出有效的工程措施，達(dá)到改善材料的表面性能、有效延長(zhǎng)使用壽命、節(jié)約資源、提高生產(chǎn)力和減少環(huán)境污染的目的。

　　為此，中國(guó)長(zhǎng)江三峽工程開(kāi)發(fā)總公司委托武漢材料保護(hù)研究所進(jìn)行了不同涂覆材料和多種表面技術(shù)復(fù)合處理的實(shí)驗(yàn)。

　　(1)大氣暴露實(shí)驗(yàn) 從1995年1月開(kāi)始，在三峽壩區(qū)、宜昌市區(qū)和秭歸縣城，對(duì)30多個(gè)國(guó)內(nèi)外廠家的120多種防腐體系的試件作掛片試驗(yàn)，其中有機(jī)涂裝體系42種，熱噴涂金屬體系7種。現(xiàn)在試驗(yàn)仍在進(jìn)行中。

　　(2)水環(huán)境暴露實(shí)驗(yàn)分別對(duì)全暴露在水環(huán)境中(全浸)和干濕交替的環(huán)境進(jìn)行了試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)安排在三峽壩址下游40km處的葛洲壩水利樞紐進(jìn)行，全浸試件浸沒(méi)在葛洲壩二號(hào)船閘上閘首的人字門(mén)上，干濕交替試件裝設(shè)在葛洲壩二號(hào)船閘下閘首的人字門(mén)上。試驗(yàn)涂裝材料有，有機(jī)涂裝體系35種，熱噴涂金屬體系7種，電化學(xué)保護(hù)1種。

　　(3)室內(nèi)加速腐蝕實(shí)驗(yàn)分別對(duì)13個(gè)廠家的34種防腐體系，即4種水溶性無(wú)機(jī)富鋅類、3種醇溶性無(wú)機(jī)富鋅類、4種環(huán)氧富鋅類、13種富鋅底漆/中間漆/面漆、5種金屬噴涂層、8種金屬噴涂層/封閉底漆進(jìn)行試驗(yàn)，分別應(yīng)用常規(guī)試樣和劃叉破壞性試樣在中性鹽霧條件下進(jìn)行加速腐蝕試驗(yàn)、在5%鹽水溶液中浸漬試驗(yàn)、紫外線加速腐蝕老化氣候試驗(yàn)、在自來(lái)水和鹽水中的電化學(xué)對(duì)比試驗(yàn)、涂層電氣學(xué)保護(hù)性能試驗(yàn)以及涂層與基體(或其他涂層)界面粘結(jié)力試驗(yàn)。

　　上述各項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)掛片試驗(yàn)的初步成果，已在機(jī)電設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)招標(biāo)文件的技術(shù)規(guī)范中得到應(yīng)用，供貨廠商將根據(jù)合同的要求進(jìn)行表面涂覆和表面改性處理。

3.4 三峽工程應(yīng)用表面技術(shù)的實(shí)踐

　　三峽工程自1994年12月正式宣布開(kāi)工以來(lái)，表面技術(shù)在橋涵、碼頭、施工變電所和儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備等方面得到比較廣泛的應(yīng)用。

　　(1)橋梁 三峽對(duì)外交通工程橋梁中特大橋4座，大橋7座，中橋23座，合計(jì)34座，累計(jì)長(zhǎng)3793m其中較具特色的有蓮沱大橋、黃柏河大橋、下牢溪大橋和橫跨長(zhǎng)江南北兩岸的西陵長(zhǎng)江大橋。