摘要：三峽工程是“千年大計、國運所系”的跨世紀工程。工程的質(zhì)量、壽命、運行可靠性和檢修維護費用，取決于多學科技術的發(fā)展水平。對表面工程技術在三峽工程機電設備和金屬結(jié)構工程上的應用進行了全面的討論和分析，對三峽工程機電設備、金屬結(jié)構表面預處理、表面涂覆技術和產(chǎn)品提出了技術要求。

關鍵詞：金屬結(jié)構 機電設備 表面技術

1 引言

　　表面工程，是經(jīng)過表面預處理后，通過表面涂覆、表面改性或多種表面技術復合處理，改變固體金屬表面或非金屬表面的形態(tài)、化學成分和應力狀態(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2309.47m中，實際上起擋水作用的溢洪閘門、電廠進水口閘門、船閘人字門和輸泄水閘門占壩線全長的72%(1679m)，實際上就好似一個“鋼秩”工程。三峽工程作為一項水資源綜合利用的工程，其機電設備和金屬結(jié)構的總重量達50萬t，其費用占工程總概算的1/3。

　　表面工程以多個學科交叉、綜合、復合為特色，以應用多種表面技術及其復合表面技術為特點，是主導工業(yè)發(fā)展的關鍵技術之一。三峽工程是“千年大計”、“國運所系”的世紀性工程，一定要重視質(zhì)量問題，把質(zhì)量看成是三峽工程的生命。在國際招標的機電設備技術條件中，明確了應用表面加工技術、表面技術和復合表面技術的要求，以改善提高零部件材料表面性能，有效地提高設備運行可靠性，延長使用壽命和方便維護和修復。表面工程技術在三峽工程建設中得到廣泛應用。

2 三峽工程應用表面技術的對象

　　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2309.47m。泄水建筑物位于河床中部，設有表孔、深孔和導流底孔；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26臺700MW水輪發(fā)電機組。通航建筑物布置在樞紐左岸，包括雙線連續(xù)五級永久船閘、單線垂直升船機和施工期通航的臨時船閘。

2.1 水輪發(fā)電機組和其它機電設備

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

2.2 水工閘門和金屬結(jié)構

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

2.3 對外交通工程

　　三峽工區(qū)對外交通工程的金屬結(jié)構表面防護，包括橋梁表面涂覆、裝卸重件碼頭上的起重設備和金屬結(jié)構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。

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

3 三峽工程應用表面技術的試驗與實踐

3.1 三峽機電設備和金屬結(jié)構表面的工作環(huán)境

　　三峽機電設備和金屬結(jié)構表面，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)境下工作運行。

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

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

　　(3)在潮濕大氣中工作的結(jié)構和設備如：電站廠房進水口豎式液壓啟閉機、長期存放于門庫中的檢修門及埋件、閘門吊桿、尾水排水閥、水輪機頂蓋排水泵等。這些設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)構極易發(fā)生表面破壞如：船閘人字門、所有閘門的門槽埋件、船閘浮式系船柱、泄水表孔閘門和檢修門等。有的干濕交替頻繁，有的交替頻度不大，對結(jié)構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、檢修閘門和疊梁門，電站進水口檢修門，泄洪壩段深孔和表孔檢修門等。他們都是在閘門前后平壓后才開啟或下落的。

　　(6)動水工況下工作的電站進水口工作閘門、壓力鋼管、攔污柵事故檢修門、水輪機過流部件包括渦殼、導水機構、轉(zhuǎn)輪、基礎環(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及事故檢修門、底孔工作門、深孔工作門、船閘輸泄水廊道閥門、鋼襯護以及水輪機轉(zhuǎn)輪都是在高流速的含沙水流中工作和運轉(zhuǎn)的，泥沙磨蝕的破壞作用，對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，如壓力鋼管外壁，所有閘門和啟閉機構以及鋼結(jié)構的埋件、水輪機鋼里襯、蝸殼、座環(huán)以及發(fā)電機埋件、設備基礎埋件等。

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^渡地帶，其氣候特征是高溫、高濕、霧多風小，秋雨多溫差小。壩區(qū)大氣年平均相對濕度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1251mm，以7、8月份較高。大氣中S02濃度較高，酸雨比較嚴重，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。實測最大含沙量10.5kg/m3。泥沙中推移質(zhì)相對較小，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。在動水下工作的裝備和結(jié)構，承受的動水速度多不相同，攔污柵的過柵流速約lm/s，壓力鋼管內(nèi)約8m/s，船閘輸水廊道內(nèi)約20m/s，深孔、底孔閘門處30～35m/s，排沙底孔內(nèi)18～28m/s，水輪機轉(zhuǎn)輪葉片約30～40m/s。這些結(jié)構和裝備特別是在高速含沙水流中工作的結(jié)構和裝備，面臨空化和泥沙磨損的聯(lián)合破壞。

3.3 三峽工程設備和鋼結(jié)構的表面技術應用試驗

　　為了使表面科學與工程相結(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，通過試驗研究提出有效的工程措施，達到改善材料的表面性能、有效延長使用壽命、節(jié)約資源、提高生產(chǎn)力和減少環(huán)境污染的目的。

　　為此，中國長江三峽工程開發(fā)總公司委托武漢材料保護研究所進行了不同涂覆材料和多種表面技術復合處理的實驗。

　　(1)大氣暴露實驗 從1995年1月開始，在三峽壩區(qū)、宜昌市區(qū)和秭歸縣城，對30多個國內(nèi)外廠家的120多種防腐體系的試件作掛片試驗，其中有機涂裝體系42種，熱噴涂金屬體系7種。現(xiàn)在試驗仍在進行中。

　　(2)水環(huán)境暴露實驗分別對全暴露在水環(huán)境中(全浸)和干濕交替的環(huán)境進行了試驗。實驗安排在三峽壩址下游40km處的葛洲壩水利樞紐進行，全浸試件浸沒在葛洲壩二號船閘上閘首的人字門上，干濕交替試件裝設在葛洲壩二號船閘下閘首的人字門上。試驗涂裝材料有，有機涂裝體系35種，熱噴涂金屬體系7種，電化學保護1種。

　　(3)室內(nèi)加速腐蝕實驗分別對13個廠家的34種防腐體系，即4種水溶性無機富鋅類、3種醇溶性無機富鋅類、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/封閉底漆進行試驗，分別應用常規(guī)試樣和劃叉破壞性試樣在中性鹽霧條件下進行加速腐蝕試驗、在5%鹽水溶液中浸漬試驗、紫外線加速腐蝕老化氣候試驗、在自來水和鹽水中的電化學對比試驗、涂層電氣學保護性能試驗以及涂層與基體(或其他涂層)界面粘結(jié)力試驗。

　　上述各項現(xiàn)場掛片試驗的初步成果，已在機電設備和金屬結(jié)構招標文件的技術規(guī)范中得到應用，供貨廠商將根據(jù)合同的要求進行表面涂覆和表面改性處理。

3.4 三峽工程應用表面技術的實踐

　　三峽工程自1994年12月正式宣布開工以來，表面技術在橋涵、碼頭、施工變電所和儲運設備等方面得到比較廣泛的應用。

　　(1)橋梁 三峽對外交通工程橋梁中特大橋4座，大橋7座，中橋23座，合計34座，累計長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江南北兩岸的西陵長江大橋。