تحقیقات در مورد پوشش محافظ ضد خوردگی برای برج های خط انتقال

1. اهمیت حفاظت از ضد خوردگی برای برج های خط انتقال

برج خط انتقال, مؤلفه های مهم شبکه های توزیع برق, در معرض شرایط سخت محیطی مانند رطوبت قرار دارند, اسپری نمکی, باران اسید, و نوسانات دما. این شرایط خوردگی را تسریع می کند, به خطر انداختن یکپارچگی ساختاری و کاهش عمر خدمات, به طور معمول برای 30-50 سال طراحی شده است. خوردگی, در درجه اول توسط واکنشهای الکتروشیمیایی بین فولاد و عوامل محیطی مانند اکسیژن و رطوبت رانده می شود, می تواند منجر به از بین رفتن مادی شود, نازک شدن, و افزایش خطر عدم موفقیت در بارهای پویا. در چین, استانداردهای مانند GB / T 2694-2018 اقدامات ضد خوردگی قوی, با گالوانیزه شدن گرمای گرم روش اصلی. با این حال, در حال تحول در چالش های زیست محیطی و نیاز به دوام طولانی مدت تحقیقات را در مورد سیستم های پوشش پیشرفته تحریک کرده است, از جمله آلیاژهای روی-آلومینیوم, پوشش های ارگانیک, و سیستم های ترکیبی. این پیشرفت ها با هدف تقویت مقاومت در برابر خوردگی, هزینه های نگهداری را 10-20 ٪ کاهش دهید, و عمر برج را 15-20 سال در محیط های پرخاشگرانه مانند مناطق ساحلی یا صنعتی گسترش دهید.

پیامدهای اقتصادی و ایمنی خوردگی قابل توجه است. یک برج فاسد شده می تواند تا 5-10 ٪ از سطح مقطعی خود را از دست بدهد 10 سالها در مناطق با خوردگی بالا, افزایش غلظت استرس و خطر نارسایی. مطالعات نشان می دهد که هزینه های نگهداری برای برجهای خورنده 15-25 ٪ از کل هزینه های چرخه عمر را تشکیل می دهد. پوشش های پیشرفته, مانند روی-آلومینیوم ماگانسوم (Zn-al-MG) آلیاژ, عملکرد برتر را نشان داده اند, کاهش نرخ خوردگی 30-50 ٪ در مقایسه با پوشش های روی سنتی. تحقیقات همچنین پوشش های سازگار با محیط زیست را برای رعایت مقررات سختگیرانه محیط زیست بررسی می کند, به حداقل رساندن استفاده از مواد خطرناک مانند ترکیبات آلی فرار (وادار). ادغام پوشش های هوشمند با خاصیت خود درمانی یک زمینه نوظهور است, ارائه پتانسیل برای کاهش فرکانس بازرسی و گسترش فواصل نگهداری.

2. گالوانیزه سنتی گرم و محدودیت های آن

گالوانیزه گرم, مشخص شده در GB / T 470, پرکاربردترین روش ضد خوردگی برای برج های خط انتقال است. این فرآیند شامل غوطه ور کردن اجزای فولادی در یک حمام روی مذاب در دمای 450-460 درجه سانتیگراد است, تشکیل پوشش روی از ضخامت 80-100 میکرومتر. این پوشش به عنوان یک آند فداکار عمل می کند, برای محافظت از فولاد زیربنایی ترجیح می دهد, و مانعی در برابر قرار گرفتن در معرض محیط زیست فراهم می کند. دوام لایه روی با ضخامت و خوردگی محیطی اداره می شود, با میزان خوردگی معمولی 1-3 میکرومتر در سال در محیط های شهری و 5-10 میکرومتر در سال در مناطق ساحلی. در آب و هوای متوسط, گالوانیزاسیون گرم گرم ، عمر 20 تا 30 سال را تضمین می کند, تراز کردن با GB / T 2694-2018 الزامات.

با وجود اثربخشی آن, Galvanization Hot Dip محدودیت هایی دارد. در محیط های بسیار خورنده, مانند مناطق ساحلی یا صنعتی با سطح کلرید یا دی اکسید گوگرد, پوشش روی سریعتر تخریب می شود, کاهش عمر برج 10 تا 15 سال. رواناب روی در هنگام خوردگی همچنین می تواند نگرانی های زیست محیطی را ایجاد کند, تحقیقات در مورد پوشش های جایگزین. این فرایند پر انرژی است, مشارکت در 5-10 ٪ هزینه های تولید, و برای جلوگیری از نقص مانند قطره های روی یا ضخامت ناهموار ، نیاز به کنترل دقیق دارد, که می تواند 2-5 ٪ وزن را افزایش دهد و بر محاسبات ساختاری تأثیر بگذارد. علاوه بر این, گالوانیزه در برابر خوردگی موضعی کمتر موثر است, مانند گودال, که می تواند ترک ها را تحت بارگذاری چرخه ای شروع کند. این محدودیت ها تحقیقاتی را در پوشش های پیشرفته ای که محافظت و پایداری برتر دارند ، سوق داده است.

3. سیستم های پوشش پیشرفته: آلیاژهای روی-آلومینیوم و روی-آلیاژ

روی (روی) و روی-آلومینیوم ماگانسوم (Zn-al-MG) پوشش آلیاژ به عنوان گزینه های برتر برای گالوانیزه سنتی ظاهر شده است. روکش های روی, به طور معمول حاوی 5-15 ٪ آلومینیوم, یک ساختار فاز دوگانه با مناطق غنی از روی و غنی از آلومینیوم تشکیل دهید, افزایش محافظت از مانع و کاهش میزان خوردگی 20 تا 30 ٪ در مقایسه با روی خالص. روکش های Zn-al-Mg, با 1-3 ٪ منیزیم, با تشکیل متراکم ، عملکرد را بیشتر بهبود بخشید, لایه محصول خوردگی خود درمانی که تخریب بیشتر را مهار می کند. آزمایش در اتاق های اسپری نمکی (در هر GB / T 10125) نشان می دهد روکش های روی-AL-MG میزان خوردگی را به 0.3-3 میکرومتر در سال کاهش می دهد, افزایش عمر خدمات تا 40-50 سال در محیط های پرخاشگرانه.

استفاده از این آلیاژها شامل فرآیندهای آب گرم شبیه به گالوانیزه است اما نیاز به کنترل دقیق ترکیب و دمای حمام دارد (440-450 درجه سانتیگراد). پوشش ها نازک تر هستند (50-80 میکرومتر) با این وجود به دلیل ریزساختار پیچیده آنها دوام بیشتری دارد, که در برابر خوردگی و شکاف در برابر آن مقاومت می کند. مطالعات میدانی در مناطق ساحلی نشان می دهد که برج های پوشیده از Zn-AL-MG 50% از دست دادن بخش کمتری نسبت به برج های پوشیده از روی 10 سال ها. با این حال, چالش ها شامل هزینه های اولیه بالاتر است (10-15 ٪ بیشتر از روی) و نیاز به تجهیزات تخصصی. این پوشش ها همچنین با کاهش رواناب روی با مقررات زیست محیطی مطابقت دارند, همسویی با اهداف پایداری جهانی.

4. سیستم های پوشش ارگانیک و ترکیبی

پوشش های ارگانیک, مانند اپوکسی, پلی اورتان, و سیستم های مبتنی بر اکریلیک, به طور فزاینده ای به عنوان حفاظت تکمیلی برای برج های خط انتقال استفاده می شود, اغلب برای ایجاد سیستم های ترکیبی بر روی سطوح گالوانیزه اعمال می شود. پوشش های اپوکسی چسبندگی و مقاومت شیمیایی بسیار خوبی را ارائه می دهد, در حالی که روکش های پلی اورتان مقاومت و دوام UV را افزایش می دهند. این روکش ها, به طور معمول ضخامت 100-200 میکرومتر, در محیط های شهری میزان خوردگی را به 0.1-1 میکرومتر در سال کاهش دهید. سیستم های ترکیبی, ترکیب گالوانیزه با روکشهای ارگانیک, محافظت از هم افزایی را ارائه دهید, عمر خدمات تا 30 تا 30 سال در مقایسه با گالوانیزه به تنهایی.

روش های کاربردی شامل اسپری است, قلم مو, یا پوشش DIP, با آماده سازی سطح (به عنوان مثال،, ماسه زدن به 2.5 در هر ISO 8501-1) برای اطمینان از چسبندگی بسیار مهم است. چالش ها شامل هزینه های بالاتر برنامه است (15-25 ٪ بیشتر از گالوانیزه) و نیاز به تجدید دوره دوره ای هر 10-15 سال. نگرانی های زیست محیطی, مانند انتشار VOC در هنگام کاربرد, از طریق پوشش های مبتنی بر آب یا کم VOC خطاب می شوند, که مطابق مقررات مانند چین است گیگابایت 30981. آزمایش های میدانی نشان می دهد سیستم های ترکیبی فرکانس نگهداری را 30-40 ٪ کاهش می دهند, به خصوص در مناطق صنعتی با سطح دی اکسید گوگرد بالا.

5. آزمایش محیطی و الکتروشیمیایی

ارزیابی عملکرد پوشش های ضد خوردگی نیاز به آزمایش دقیق در شرایط شبیه سازی شده و در دنیای واقعی دارد. تست های اسپری نمکی (GB / T 10125) محیط های ساحلی را شبیه سازی کنید, قرار دادن نمونه های روکش شده در a 5% محلول NaCl در دمای 35 درجه سانتیگراد. روکش های Zn-Al-Mg شکل گیری زنگ زدگی قرمز را پس از 3000-4000 ساعت نشان می دهد, در مقایسه با 1000-1500 ساعت برای پوشش های روی. طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (ایس) مقاومت در برابر پوشش, با روکش های Zn-Al-Mg که مقادیر امپدانس 2-3 برابر بیشتر از روی را نشان می دهند, نشانگر خاصیت سد بهتر. آزمایش های میدانی در مناطق ساحلی این نتایج را تأیید می کند, با برجهای روکش شده روی Zn-Al-Mg که 50-60 ٪ خوردگی کمتری را نشان می دهد 5 سال ها.

تست های هوازدگی تسریع شده, در هر ISO 12944, دوام پوشش را تحت قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش و دوچرخه سواری دما ارزیابی کنید. پوشش های ارگانیک پس از آن براق و چسبندگی را حفظ می کنند 2000 ساعت, در حالی که سیستم های ترکیبی حداقل تخریب را نشان می دهند. آزمایش غیر مخرب (NDT), مانند اندازه گیری ضخامت اولتراسونیک, نظارت بر تخریب پوشش پوشش, اطمینان از پیروی از GB / T 2694-2018. این آزمایشات برنامه های تعمیر و نگهداری را اطلاع می دهد, کاهش خرابی با 20 تا 30 ٪ از طریق استراتژی های پیش بینی.

6. مقایسه سیستم های پوشش

مقایسه سیستم های پوشش برای برج های خط انتقال شامل ارزیابی مقاومت در برابر خوردگی است, هزینه, پیچیدگی کاربرد, و اثرات زیست محیطی. گالوانیزه شدن با آب گرم مقرون به صرفه است اما در محیط های تهاجمی محدود است, با میزان خوردگی 1-10 میکرومتر در سال. پوشش های Zn-Al و Zn-Al-MG دوام برتر را ارائه می دهند (0.3-5 میکرومتر در سال) اما هزینه ها را 5 تا 15 ٪ افزایش دهید. پوشش های ارگانیک محافظت عالی را ارائه می دهند (0.1-1 میکرومتر در سال) اما نیاز به بازخوانی دوره ای دارد, در حالی که سیستم های هیبریدی به کمترین نرخ خوردگی دست می یابند (0.05-0.5 میکرومتر در سال) با بالاترین هزینه (20-30 ٪ بیشتر از گالوانیزه).

در مناطق ساحلی, سیستم های Zn-Al-MG و ترکیبی از گالوانیزه کردن بهتر است, کاهش هزینه های نگهداری 30-40 ٪. پوشش های ارگانیک برای تنظیمات شهری با خوردگی متوسط ​​ایده آل است, در حالی که گالوانیزه برای مناطق روستایی مناسب است. ملاحظات محیطی به دلیل کاهش رواناب روی و انتشار گازهای گل.

7. پیشرفت در پوشش های هوشمند و خود درمانی

روکش های هوشمند با خصوصیات خود درمانی نشان دهنده پیشرفت برش در محافظت از ضد خوردگی است. این روکش ها, اغلب شامل میکروکپسول های پر از مهار کننده های خوردگی است (به عنوان مثال،, بنزین), ترمیم خسارات جزئی به طور خودمختار, کاهش نرخ خوردگی 40-50 ٪. آزمایشات نشان می دهد که پوشش های خود درمانی فواصل نگهداری را در مقایسه با روکش های ارگانیک سنتی افزایش می دهد. روکش های مبتنی بر فناوری, با استفاده از نانوذرات گرافن یا سیلیس, ویژگی های مانع را تقویت کنید, دستیابی به میزان خوردگی به حداقل 0.01-0.1 میکرومتر در سال در شرایط آزمایشگاه.

چالش های برنامه شامل هزینه های بالایی است (30-50 ٪ بیشتر از گالوانیزه) و فرآیندهای تولید پیچیده. محاکمات میدانی در حال انجام است, با نتایج اولیه که نشان دهنده کاهش 20 تا 30 ٪ در هزینه های نگهداری برجها در محیط های تهاجمی است. این پوشش ها با صنعت هماهنگ هستند 4.0 روند, ادغام با سنسورها برای نظارت بر خوردگی در زمان واقعی, بهبود راندمان نگهداری پیش بینی شده توسط 15-20 ٪.

8. ملاحظات نظارتی و زیست محیطی

پوشش های ضد خوردگی باید مطابق با استانداردهایی مانند GB / T 2694-2018 و مقررات زیست محیطی مانند گیگابایت 30981, که انتشار VOC را محدود می کند. پوشش های ارگانیک Zn-Al-MG و کم VOC این شرایط را برآورده می کنند, کاهش اثرات زیست محیطی 20 تا 30 درصد در مقایسه با پوشش های روی سنتی. نهادهای نظارتی همچنین عوامل ایمنی 1.5-2.0 را برای طراحی برج صادر می کنند, اطمینان از پوشش ها ، یکپارچگی ساختاری را به خطر نمی اندازد. بازرسی های ضمن, با استفاده از روش های NDT, عملکرد پوشش را تأیید کنید, با برنامه های نگهداری هماهنگ با DL/T 1248-2013.

نگرانی های زیست محیطی, مانند رواناب روی, اتخاذ پوشش های پایدار را هدایت کنید. روکش های Zn-al-MG رواناب را کاهش می دهد 50%, در حالی که پوشش های ارگانیک مبتنی بر آب انتشار VOC را به حداقل می رساند. نیازهای زیبایی در مناطق شهری ممکن است به پوشش های رنگی نیاز داشته باشد, افزایش هزینه ها 5-10 ٪.

9. روندها و چالش های آینده

آینده پوشش های ضد خوردگی برای برج های خط انتقال در پایدار است, سیستم های با کارایی بالا. پوشش های مبتنی بر فناوری نانو و فن آوری های خود درمانی حاکم است, کاهش نرخ خوردگی با 50-70 ٪ و هزینه های نگهداری 20 تا 30 ٪. ادغام با سنسورهای هوشمند برای نظارت بر خوردگی در زمان واقعی باعث افزایش پیش بینی می شود, کاهش خرابی تا 15-25 ٪. چالش ها شامل هزینه های اولیه بالا است, فرآیندهای کاربردی پیچیده, و نیاز به پروتکل های آزمایش استاندارد برای پوشش های نوظهور.

مقاوم سازی برجهای موجود برای ولتاژ فوق العاده بالا (UHV) خطوط به دلیل فشارهای مکانیکی بالاتر ، خطرات خوردگی را افزایش می دهد, پوشش های پیشرفته. مقررات زیست محیطی باعث اتخاذ پوشش های سازگار با محیط زیست می شود, در حالی که کاهش هزینه از طریق فرآیندهای کاربردی خودکار در اولویت است.

در نتیجه, پوشش های ضد خوردگی برای برج های خط انتقال در حال تحول برای پاسخگویی به خواسته های محیط های سخت و مقررات سختگیرانه است. سیستم های پیشرفته مانند Zn-al-MG, وابسته به ارگانیک, و پوشش های هوشمند محافظت برتر را ارائه می دهند, افزایش عمر برج و کاهش هزینه های نگهداری. ادامه تحقیق و پیشرفت های فناوری ، قابلیت اطمینان و پایداری زیرساخت های انتقال برق را تضمین می کند.