２０１ ６年第３３期 （总第３８４期） 中阖高新技术企－业 Ｅ ｃ ｌ¨＾Ｈｉ‘ｈ Ｔ …“ｆ ＾ｐ Ｉ ５ ｛ ＮＯ．３３．２０１ ６ （ｃｕｍｕｌａｔｉＶｅｔｙＮＯ．３８４） 特大型桥梁除湿系统维护管理技术研究 张焱 （南京公路发展集团，江苏南京２１００１６） 摘要：除湿系统的广泛应用成功解决了钢结构大桥在长期处于较高湿度环境下出现较为严重腐蚀的现象。随 之而来，除湿系统的日常维护和管理也成为了桥梁养护关键点之一。文章以湿度与钢结构腐蚀的关系及除湿 系统基本工作原理为基础进行分析，探讨了除湿系统预防性养护技术，保障除湿系统长周期健康安全稳定运 行的新课题。 关键词：特大型桥；除湿系统；预防性养护；湿度；腐蚀速率 文献标识码：Ａ 中图分类号：Ｕ４４５ 文章编号：１００９—２３７４（２０１６）３３—００９２—０３ ＤＯＩ：１０．１３５３５／ｊ．ｃｎｋｉ．１１—４４０６／ｎ．２０１６．３３．０４６ 进入２１世纪以来，悬索大桥、斜拉桥、拱形桥、高 架桥、钢箱梁结构高速公路等几十座大型各种钢结构大 桥如雨后春笋般地在我国江、河、湖、海上建起，钢结 构大桥的管养成为行业倍加关切的新课题，由于钢结构 桥梁的特殊结构，湿度、温度和气压成为桥梁内部环境 控制的重要指标。２１世纪初，我国在大型钢结构桥梁中 面会形成无数微小的原电池，又由于铁与杂质紧密接 触，使得腐蚀不断进行，也称原电池反应。钢铁制品在 大气中腐蚀的主要方式是吸氧腐蚀和析氢腐蚀。反应过 程如下： 第一，析氢腐蚀（钢铁表面吸附水膜酸性较强时） 反应方程式：Ｆｅ＋２Ｈ２０：Ｆｅ（０Ｈ），＋Ｈ，ｆ 采用除湿系统进行干燥除湿防腐保护，使所有钢体内部 接触的空气的相对湿度被控制在低湿范围内，从根本上 第二，吸氧腐蚀（钢铁表面吸附水膜酸性较弱时） 反应方程式：２Ｆｅ＋０２＋２Ｈ２Ｏ－－２Ｆｅ（０Ｈ）２ （ｏＨ） 被氧所氧化］ 反应方程式：４Ｆｅ（ｏＨ）２＋Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＝４Ｆｅ（ｏＨ）３ 瓣辇霹 瓣降低钢箱梁、锚室、鞍室、缆索、索塔内部腐蚀生锈的 可能性，以确保大桥的设计寿命及安全使用。因此，除 湿系统维护的好与坏直接关系到桥梁的使用寿命和结构 安全。为此，从钢结构的腐蚀原理出发认识湿度对于钢 第三，氧化反应［析氢腐蚀与吸氧腐蚀生成的Ｆｅ 第四，脱水反应［Ｆｅ（ｏＨ）。脱水生成Ｆｅ ０。铁锈］ 反应方程式：４Ｆｅ（ＯＨ）３＝２Ｆｅ２０３＋６Ｈ２０ 结论：钢铁的腐蚀过程离不开介质“水”。 １．３湿度与钢结构腐蚀速率的关系 结构腐蚀的重要性；从除湿系统的基本结构和工作原理 出发构建对除湿系统的基本认识；从如何提高除湿系统 维护管理水平出发，保障除湿系统长周期安全稳定运 行，最终达到保障桥梁结构安全延长使用寿命的目的。 钢材的腐蚀速度与环境、湿度、温度以及有害介质 的存在有关，从上述钢结构腐蚀的基本原理中发现钢铁 的腐蚀过程都离不开介质“水”，因此环境中水蒸气的 含量和湿度是钢结构腐蚀的决定性因素之一。 湿度和钢材腐蚀速率的关系如图１所示： ；１湿度与钢结构腐蚀的关系 １．１湿度的定义 绝对湿度：是一定体积的空气中含有的水蒸气的质 量，一般其单位是克／立方米。绝对湿度的最大限度是 饱和状态下的最高湿度。绝对湿度只有与温度一起才有 意义，因为空气中能够含有的水蒸气的量随温度而变 化，在不同的温度下绝对湿度也不同，因为随着温度 ｆ ｝ ｝／ ［的变化空气的体积在此变化。但绝对湿度越靠近最高湿 度，它随温度的变化就越小。 ｜ 一靠 ☆０ 相对湿度：是绝对湿度与最高湿度之间的百分比， 它的值显示水蒸气的饱和度有多高。 １．２钢结构腐蚀的基本过程 ｝ 撇 ｔ 钢结构的腐蚀主要有大气腐蚀、局部腐蚀和应力腐 蚀。其中大气腐蚀是最为常见和最为主要的腐蚀方式， 主要原理：在潮湿的空气里，钢铁的表面吸附了一层薄 薄的水膜，这层水膜里含有少量的氢离子与氢氧根离 子，还溶解了氧气等气体，结果在钢铁表面形成了一层 电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好在钢铁表 ．嘲 屯＿懈姊罐蹴 ’讪 图１碳钢腐蚀速率与空气相对湿度的关系ＤＬ／Ｔ９５６－２００５ 结论：大气的相对湿度在６０％以下时，钢材的腐蚀 是很轻微的，但当相对湿度增加到某一数值时（如图ｌ 所示，当达到６０％以上时），钢材的腐蚀速度会突然升 高，这一数值称为临界湿度。 ９２． ２除湿系统的基本结构和工作原理 ２．１ 特大型桥梁除湿系统的基本结构 由除湿机、混合箱、排风系统、湿度采集系统和控 制系统五部分构成。 图２钢箱梁除湿系统结构 除湿机由干燥转轮、加热器、处理风机、驱动马达 和再生风机五个构件构成，同时干燥转轮按照功能又划 分为处理区域、再生区域、热回收区域三个区域。 蒜 黪觏端 鏊 ｔ臻＊ 《 臻４氇臻； 蠹 熟 塑毪 稚 虢馥ｇ｜ 毒 蕊。薄ｄ鼍 熊豫巍峨 图３除湿机除湿原理示意图 ２．２除湿系统基本工作原理 除湿机工作原理：需要被处理的空气（处理空气） 吹入转轮的处理区域，其结构为很多细小的空气通道， 它是一种特殊的耐热材料作为母成的，并且母体上 附着了硅胶和氯化锂这种独特的设计使干燥转轮具有巨 大的吸湿表面和紧凑的外形。这些吸湿材料从空气中吸 收水分，从而使经过的空气变成干燥空气并从转轮的另 一侧送出。同时，一股被隔开的气流（再生空气）被加 热并吹入转轮的再生区域。这股经过加热的空气使得转 轮再生区域内的水分蒸发，从而使这股空气本身吸湿 而变成湿空气并排到湿度控制空间以外，在上述过程 进行的同时，转轮一直是在缓慢的旋转（大约每小时ｌＯ 转）。这使得总有一部分需要再生的转轮由经过加热的 再生空气获得再生；再生后的转轮又转到处理区域与处 理空气相接触并进行吸湿，使得除湿过程成为一个连续 循环的过程。在再生区域增加了热回收区域，因此可以 使１５％的再生能耗得到回收。 除湿系统的工作原理：通过智能型湿度仪实时监测 环境湿度，当湿度达到启动阈值时，除湿机启动，处理 空气在进行除湿处理后在达到要求标准后，干燥空气进 入混合箱（保证向空间区域送风的压力平衡），湿空气 排出湿度控制空间以外，再通过送风机将干燥空气送入 湿度控制区域，并往复循环启动，保证湿度控制区域始 终控制在要求范围内。 表１钢箱梁内部湿度控制闽值 ３除湿系统的预防性养护管理 ３．１ 除湿系统实际运行情况（南京二桥 ２０１４．６．１～２０１５．５．３１） 表２钢箱梁外部实际空气湿度统计表 表３钢箱梁除湿系统实际运行时间表 表４除湿系统实际故障情况统计表 根据统计发现：由于桥梁特定的地理位置周围空气 湿度基本处于超标环境；除湿系统的运行时间每日每台 达３小时，运行非常频繁：由于频繁启动、运行时间较 长及运行环境恶劣，除湿系统故障率较高。 ３．２除湿系统维护管理模式及现状 科学的设备管理是设备全系统、全效率、全方位、 全寿命周期的综合性的、系统的学科，国际上设备管理 体系的历史进展可分４个阶段一一事后维修管理阶段、 ．９３． 表５ 项目 每月 定期检查、保养和检测程序 每季 处理空气和再生空气 过滤器 清扫过滤器箱，必要时更换 清扫过滤器箱，必要时更换 机组总成和壳体 处理空气和再生空气 检查机械损伤，按要求清扫机组内部和外部 检查机械损伤，检查机械损伤，按要求清扫机组内部和外部 马达壳体表面的冷却槽中的灰尘和杂物必须清除，马达的接 线端子确保不松动； 检查风机的叶轮有无损伤如有腐蚀现象，采取防腐措施； 检查风量并按要求调整风阀 ，按要求清扫马达和风机的壳体 转轮驱动马达总成 电控盘和接线 再生加热器 除湿转轮 检查驱动皮带表面无损伤的迹象和安装是否合适 检查电控盘中的组件和接线有无损伤和过热的迹象 检查接线有无松动 检查有无过热和堵塞的迹象，清除转轮表面的灰尘 检查马达的界限并确保接线没有松动，检查有无损伤和过热 的迹象 检查电控盘中的组件和接线有无损伤和过热的迹象 清除滞留在加热器舱底上的杂物和除尘 检查有无过热和堵塞的迹象，清除转轮表面的灰尘 转轮密封圈和橡胶软 管 风管的连接 混合箱 送风机 检查有无损伤和移位的迹象，如有磨损或损伤应更换 检查有无损伤和移位的迹象，如有磨损或损伤应更换 检查有无空气的泄漏，与机组的连接是否正常，内部是否有 灰尘 调节进出口风门，清除灰层及杂物，检查进出口空气压力是 否正常 检查风机运行时噪音和振动，及时更换轴承及皮带轮，加注 润滑油，调节地脚螺栓松紧度，调节间距等 检查有无空气的泄漏，与机组的连接是否正常 ，检查污损情况及工作状况清除灰层及杂物 检查风机运行时噪音和振动 再生区域 指示灯 检查入口污染源和出口排水性能，清除污染物和 污染源 检测再生性能指标是否正常及检测再生空气和处理空气 的凤量 检查工作状态和指示灯是否对应 检测指示灯工作状态是否与实际运行、停机和故障情况对 应；报警系统是否运行正常 湿度／露点控制检测 接地电阻及绝缘性能 检测 检查所有外接湿度探头的工作情况并进行校验 检查接地线缆的连接是否良好 检测所有外接湿度探头的工作情况并进行校验 每半年检测一次机组接地电阻及绝缘性能，清除接地线缆的 锈蚀物 联锁性能。 电气控制箱性能检测 检查控制箱的电气元件的运行状况，是否存在发热现象 每季检查电器元件运行情况，每季除尘一次，每年检测一次 和异常现象 箱梁恒压装置 末端除湿性能 检查启闭状态 每季模拟检测一次在箱梁内部过压或欠压状况下装置动作灵 敏性 每年对除湿系统末端的出风１２：压力、湿度、温度进行检测 设备预防性管理阶段、设备系统管理阶段、设备综合管 理阶段。由于除湿系统受安装地点的，目前主要的 维护和管理手段：运用远程监控系统对除湿系统运行情 况进行监控，发现问题及时进行处理的一个方式，完全 属于事后维修管理阶段；管理上严重缺乏定期巡查、定 期维护保养、定期检测和养护规划等预防性养护技术措 施。对如何采取预防性维护以及对除湿系统预防性养护 的内容、范围和频率没有系统和科学的认识，因此个人 认为如何对除湿系统进行预防性养护，变被动维修为主 动防护，降低设备故障的发生频率，提高设备的运行效 率，提高设备的寿命周期是做好除湿系统各项维护工作 的重中之重。 ３．３．４统计分析及养护规划：按照设备标准化管理 模式建立设备档案，对设备运行情况、故障隋况、检修情 况及检测情况做原始性、准确性和全面性的记录。为全面 把握系统状态，改善系统的可靠性和降低故障率提供基础 数据；为有效控制维护成本提供客观的基础分析；为设备 更新换代及设备养护规划提供科学决策依据。 ４结语 湿度决定了钢结构防腐的成与败，同时也影响着钢 结构自然使用寿命；除湿系统的长周期安全稳定运行决 定了钢结构内部的湿度。因此，除湿系统的维护和管理 ３．３除湿系统预防性养护技术措施 ３．３．１定期巡查：每月一次进入设备安装现场， 对除湿设备外观、环境、运行状态的巡视或简单的功能 测试（详见表５）。 必将成为钢结构桥梁养护的重中之重。我们作为桥梁的 管理者，只有从思想上重视，从实际中抓落实，从技术 上下功夫，实现除湿系统预防性养护的科学化、规范 化、专业化和信息化管理，才不辱我们作为桥梁守护者 的使命。 ３．３．２定期维护：按照设备运行要求，定期进入 设备安装现场，为防止出现突发故障，延长设备寿命， 参考文献 【１ １刘福云，邢峻，周海玲．室内潮湿状态下钢结构的腐 对除湿设备进行采取必要的维护措施。如除尘、更换皮 带、更换过滤网、加注润滑油、拆解维护等大、中、小 修维护项目，使系统设备处于更好的工作状态，降低系 统故障率的技术措施（详见表５）。 ３．３．３ 定期检测：按照设备设计规范和运行要 求，定期进入设备安装现场，测试各项性能指标，对除 湿系统进行功能定级，为预防性维护、申请更换设备零 部件或整改提供维护维修依据（详见表５）。 ． 蚀与防护Ｕ１．钢结构，２００８，（４）． 【２］周敏，魏厚培，张华．现代设备工程学【Ｍ】．北京： 冶金工业出版社．２０１１． 【３】南京长江第二大桥、南京长江第四大桥除湿系统设计 文件及竣工资料【ｓ１． 作者简介：张焱（１９７２－），男，江苏丹阳人，南京公路 发展集团工程技术部副经理，ｑ＇￣ｔＸ－程师（电气），研究方 向：电气技术或电气自动化。 （责任编辑：王９４．． 波）
