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Componenti zincati delle torri di trasmissione – Studio sui problemi di corrosione

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Studio sui problemi di corrosione e misure di protezione dei componenti zincati delle torri di trasmissione

Sommario

Astratto

Come struttura portante centrale della rete di trasmissione di potenza, il funzionamento sicuro e stabile delle torri di trasmissione è direttamente correlato alla sicurezza energetica nazionale e allo sviluppo sociale ed economico. Trattamento galvanico, come il metodo anticorrosivo più utilizzato ed economico per torre di trasmissione componenti, prolunga efficacemente la vita utile delle torri in virtù delle caratteristiche di legame metallurgico tra lo strato di zinco e il substrato di acciaio e del meccanismo di protezione dell'anodo sacrificale. però, nel complesso ambiente di servizio esterno a lungo termine, influenzato da molteplici fattori come l’inquinamento atmosferico, nebbia salina marina, e mezzi corrosivi industriali, i componenti zincati sono soggetti a guasti dovuti alla corrosione, che non solo aumenta i costi operativi e di manutenzione, ma può anche causare gravi incidenti di sicurezza come il crollo della torre e l'interruzione della trasmissione di energia. Combinando l'esperienza pratica del corso dell'autore come studente universitario specializzato nel settore delle condutture, risultati della ricerca di settore, gli ultimi dati di settore e casi di ingegneria, questo articolo analizza sistematicamente il meccanismo di corrosione, principali tipi di corrosione e fattori che influenzano i componenti zincati delle torri di trasmissione, discute approfonditamente le caratteristiche tecniche, effetti applicativi e carenze esistenti delle attuali misure di protezione tradizionali, e avanza suggerimenti mirati di ottimizzazione e prospettive applicative delle nuove tecnologie di protezione. Attraverso analisi tecniche professionali, confronto dei parametri della tabella ed evidenza del caso, bilancia professionalità e praticità, fornisce un riferimento per la pratica ingegneristica della protezione dalla corrosione dei componenti zincati delle torri di trasmissione, e offre anche riferimento per la ricerca anticorrosione dei relativi componenti metallici nel settore delle condutture.

parole

Torri di trasmissione; Componenti zincati; Meccanismo di corrosione; Misure di protezione; Ottimizzazione del funzionamento e della manutenzione; Industria delle condutture

1. introduzione

Come studente universitario specializzato nel settore delle condutture, Ho realizzato profondamente l'impatto fatale della corrosione dei metalli sulla sicurezza delle infrastrutture attraverso lo studio di corsi come “Corrosione e protezione dei metalli” e “Tecnologia di costruzione dell'ingegneria delle condutture”. Che si tratti di condotte per il trasporto di petrolio e gas o di componenti di torri di trasmissione, la corrosione dei metalli è il problema principale che ne riduce la durata e aumenta i potenziali rischi per la sicurezza. Soprattutto dopo aver partecipato al “Indagine anticorrosione delle infrastrutture elettriche” attività pratica organizzata dalla scuola, Ho acquisito una comprensione più intuitiva e approfondita dei problemi di corrosione dei componenti zincati delle torri di trasmissione.

Durante quell'indagine, il nostro team ha visitato 3 500Stazioni di esercizio e manutenzione delle linee di trasmissione kV e 2 stabilimenti di produzione di torri nel nord della Cina, e ha ispezionato sul posto la corrosione delle torri di trasmissione con diverse durate di servizio e in diversi ambienti di servizio. Ciò che mi ha colpito di più è stato il tratto di una linea di trasmissione attorno a una città industriale pesante, lo strato zincato di acciaio angolare della torre, bulloni e altri componenti che erano stati in servizio solo per 8 anni erano apparsi peeling e spolveratura su vasta area, e la superficie dei componenti era ricoperta di ruggine rossa. Il personale operativo e di manutenzione ha affermato che le torri qui devono essere sbrinate e zincate nuovamente ogni anno, e il costo di funzionamento e manutenzione è molto elevato. Nella linea di trasmissione di una contea costiera, alcune basi delle torri e i bulloni di ancoraggio hanno subito perforazioni a causa dell'erosione a lungo termine causata dalla nebbia salina marina, ed è stata superata anche la perdita di sezione trasversale di un componente del controvento diagonale della torre dovuta alla corrosione 15%, che doveva essere sostituito urgentemente, altrimenti causerebbe facilmente l'inclinazione della torre.

Secondo gli ultimi dati statistici diffusi dal China Electricity Council in 2024, il numero totale di torri di trasmissione in servizio in Cina ha superato 5 milione, di cui più di 90% adottare il processo di zincatura a caldo per il trattamento anticorrosivo. Il costo annuale di manutenzione delle torri causato dalla corrosione supera 3 trilioni di yuan, e ce ne sono circa 200 ogni anno incidenti dovuti all'interruzione della trasmissione di potenza causati dalla corrosione dei componenti zincati, con perdite economiche dirette superiori 500 milioni di yuan. Con l'avanzamento approfondito del “doppio carbonio” obiettivo strategico, la costruzione di un nuovo sistema energetico sta accelerando, i progetti UHV e i nuovi progetti di trasmissione a supporto dell’energia sono in continua espansione. L'ambiente di servizio delle torri di trasmissione sta diventando più complesso. Il numero di torri in ambienti estremi come l'alta quota, elevata umidità e freddo, il forte inquinamento industriale e la nebbia salina marina sono in aumento, che propone requisiti più elevati per le prestazioni anticorrosive dei componenti zincati.

Sebbene gli scenari applicativi del settore delle condutture e del campo delle torri di trasmissione siano diversi, il meccanismo di corrosione e la logica di protezione dei componenti metallici sono molto simili. Entrambi sottolineano “innanzitutto la prevenzione, combinazione di prevenzione e controllo”, e prestare attenzione all’economia, praticità ed efficacia a lungo termine delle misure di protezione. Basato su questo, unito alle mie conoscenze professionali, esperienza pratica, e un gran numero di documenti di settore e gli ultimi standard e specifiche consultati, Ho scelto l'argomento “Studio sui problemi di corrosione e misure di protezione dei componenti zincati delle torri di trasmissione”. Spero di esplorare schemi di protezione più efficienti ed economici attraverso un'analisi approfondita delle regole di corrosione dei componenti zincati, che non solo fornisce un riferimento per il funzionamento e la manutenzione delle torri di trasmissione, ma offre anche un riferimento per la ricerca anticorrosione dei relativi componenti metallici nell'industria delle condutture.

Il focus della ricerca di questo articolo è: il meccanismo di corrosione dei componenti zincati e le loro caratteristiche di corrosione in diversi ambienti, i parametri tecnici e gli effetti applicativi delle attuali misure di protezione tradizionali, e i suggerimenti mirati per l'ottimizzazione della protezione avanzati combinati con casi pratici. Nel processo di ricerca, eviterà eccessivi discorsi teorici vuoti, concentrarsi sulla combinazione di teoria e pratica, integrare le intuizioni uniche derivanti dall'indagine personale, bilanciare professionalità ed espressione colloquiale, e cercare di utilizzare espressioni comuni nel settore per evitare una rigida sovrapposizione di termini professionali, in modo da rendere i risultati della ricerca più pratici e utilizzabili.

2. Panoramica dei componenti zincati delle torri di trasmissione

2.1 Composizione e funzione dei componenti zincati

Le torri di trasmissione sono strutture reticolari spaziali assemblate da vari componenti metallici zincati. I loro componenti zincati comprendono principalmente le gambe della torre principale, angolo di acciaio, canale in acciaio, piastre di collegamento, bulloni, bulloni di ancoraggio, scale, eccetera. Componenti diversi svolgono ruoli diversi nella torre, ma i loro requisiti anticorrosivi sono coerenti: tutti devono avere una buona resistenza alla corrosione atmosferica e chimica per garantire che non si verifichino gravi guasti dovuti alla corrosione durante la vita utile progettata (Generalmente 30 anni).

Tra loro, i componenti portanti come le gambe principali della torre e l'acciaio angolare sono i componenti portanti principali della torre, e l'integrità dello strato zincato influisce direttamente sulle proprietà meccaniche e sulla stabilità strutturale dei componenti. Componenti di collegamento come bulloni e tirafondi, sebbene soggetto a forze relativamente piccole, causerà un collegamento allentato dei componenti della torre e scatenerà l'instabilità strutturale complessiva una volta che si verificano inceppamenti o fratture per corrosione. Componenti ausiliari come piastre di collegamento, che sono esposti all'esterno per lungo tempo, sono soggetti a danni allo strato zincato a causa della pioggia e dell'accumulo di polvere, portando alla corrosione.

Va sottolineato qui che lo strato zincato dei componenti zincati della torre di trasmissione non è un unico rivestimento di zinco, ma una struttura a doppio strato di “strato di lega di zinco-ferro + strato di zinco puro” formato dalla reazione metallurgica tra zinco e substrato di acciaio. Il vantaggio di questa struttura è che lo strato di lega di zinco-ferro è strettamente combinato con il substrato e non si stacca facilmente, mentre lo strato di zinco puro svolge un ruolo di protezione dell'anodo sacrificale, fornendo una doppia protezione per le prestazioni anticorrosione dei componenti. Ciò è sostanzialmente coerente con il principio anticorrosivo galvanizzato delle condotte di trasmissione del petrolio nell'industria delle condutture. però, a causa delle diverse caratteristiche di forza e degli ambienti di servizio dei componenti della torre di trasmissione, i requisiti per lo spessore, l'uniformità e l'adesione dello strato zincato sono più rigorose.

2.2 Processo di zincatura e parametri tecnici

In questo momento, i processi di zincatura dei componenti delle torri di trasmissione si dividono principalmente in due tipologie: zincatura a caldo ed elettrozincatura. Tra loro, la zincatura a caldo rappresenta più di 95% del mercato della zincatura per torri grazie al suo buon effetto anticorrosivo, lunga durata e costi moderati. L'elettrozincatura viene utilizzata solo per alcuni piccoli componenti ausiliari o componenti interni. Questo articolo si concentra sui problemi di corrosione dei componenti zincati a caldo.

Processo di zincatura a caldo, in poche parole, consiste nell'immergere i componenti in acciaio, dopo averli rimossi dalla ruggine e sgrassati, nella soluzione di zinco fuso (temperatura della soluzione di zinco controllata a 440-460 ℃). Dopo un certo periodo di immersione, il substrato di acciaio reagisce metallurgicamente con la soluzione di zinco per formare uno strato galvanizzato uniforme e denso sulla superficie dei componenti. Secondo GB/T 2694—2023 “Condizioni tecniche per la produzione di tralicci di linee di trasmissione”, lo spessore dello strato zincato a caldo per i componenti portanti delle torri di trasmissione non deve essere inferiore a 86μm, e quello per i componenti non portanti non deve essere inferiore a 65μm. L'adesione dello strato zincato dovrà soddisfare i requisiti di “nessun distacco o sollevamento dopo la prova del martello”, e la resistenza alla nebbia salina non deve raggiungere la ruggine rossa nel test di nebbia salina neutra di 480 ore.

Durante le indagini, Ho scoperto che esistono alcune differenze nei parametri del processo di zincatura dei diversi stabilimenti di produzione, che influiscono direttamente sulla qualità e sull'effetto anticorrosivo dello strato zincato. tavolo 1 di seguito vengono confrontati i parametri del processo di zincatura a caldo di 3 principali stabilimenti di produzione di torri in Cina. In combinazione con la mia osservazione nel laboratorio della fabbrica, viene effettuata una breve analisi dell'impatto delle differenze tra i parametri.

Nome del produttore	Temperatura della soluzione di zinco (℃)	Tempo di immersione (min)	Metodo di pretrattamento	Spessore dello strato zincato (micron)	Adesione (Prova del martello)	Effetto dell'applicazione effettiva (Sintesi dell'indagine)
Produttore A (Un produttore nell'Hebei)	445±5	3-5 (regolato in base allo spessore del componente)	decapaggio + Fosfatazione + Lavaggio ad acqua	90-100	Nessun peeling o sollevamento, lievi graffi locali	Per i componenti in servizio per 10 anni, raggiunge il tasso di integrità dello strato zincato 85%. La corrosione si concentra principalmente nelle giunzioni dei componenti, e il costo di funzionamento e manutenzione è basso.
Produttore B (Un produttore nello Shandong)	455±5	2-4	decapaggio + Lavaggio ad acqua (nessuna fosfatazione)	80-90	Leggero sollevamento locale, nessun peeling su vasta area	Per i componenti in servizio per 8 anni, il tasso di integrità dello strato zincato è di circa 70%. La superficie di alcuni componenti è spolverata, e la vernice anticorrosione deve essere ritoccata regolarmente.
Produttore C (Un produttore nel Jiangsu)	440±5	4-6	Sabbiatura e rimozione della ruggine + Lavaggio ad acqua	100-110	Nessun peeling o sollevamento, ottima adesione	Per i componenti in servizio per 12 anni, raggiunge il tasso di integrità dello strato zincato 90%. La corrosione è rara, utilizzato principalmente in aree con grave corrosione come aree costiere e industriali pesanti.

tavolo 1 Confronto tra i parametri del processo di zincatura a caldo e gli effetti applicativi di 3 Produttori di torri tradizionali in Cina

Lo si può vedere dalla Tabella 1 quella temperatura della soluzione di zinco, il tempo di immersione e il metodo di pretrattamento sono i parametri fondamentali che influenzano la qualità dello strato zincato. Tra loro, il metodo di pretrattamento ha l'impatto più evidente. Il produttore C adotta il metodo di pretrattamento per la rimozione della ruggine tramite sabbiatura + lavaggio ad acqua. Rispetto al trattamento di decapaggio dei Produttori A e B, può rimuovere più accuratamente la ruggine, incrostazioni di ossido e macchie di olio sulla superficie dei componenti, rendere più ravvicinato l'accostamento tra strato zincato e supporto. Perciò, lo strato zincato è più spesso, ha una migliore adesione, e ha un migliore effetto anticorrosivo nell'applicazione pratica. Sebbene il costo del processo sia leggermente superiore, il costo di funzionamento e manutenzione a lungo termine è inferiore, che è più adatto per i componenti della torre in aree con grave corrosione.

Ciò è del tutto coerente con la logica del processo di zincatura delle condotte nel settore delle condutture. Nella produzione di pipeline, un pretrattamento inadeguato comporterà inoltre una scarsa adesione e un facile distacco dello strato zincato, con conseguente corrosione della tubazione. Nel corso dell'esperimento di “Tecnologia di costruzione dell'ingegneria delle condutture”, Ho fatto un esperimento comparativo: sono stati presi due tubi di acciaio con la stessa specifica, uno è stato rimosso dalla ruggine mediante sabbiatura, l'altro mediante decapaggio. Entrambi sono stati trattati mediante zincatura a caldo e poi sottoposti a prova in nebbia salina. I risultati hanno mostrato che lo strato zincato del tubo d'acciaio dopo la rimozione della ruggine tramite sabbiatura non presentava ancora ruggine rossa dopo 600 ore di test in nebbia salina, mentre il tubo d'acciaio dopo il decapaggio presentava ruggine rossa locale solo dopo 400 ore. Ciò conferma anche che il miglioramento del processo di pretrattamento è la base per migliorare le prestazioni anticorrosive dello strato zincato.

3. Meccanismo di corrosione e tipi di corrosione dei componenti zincati

3.1 Analisi del meccanismo di corrosione dei componenti zincati

La corrosione dei componenti zincati delle torri di trasmissione è essenzialmente un processo completo di corrosione elettrochimica e chimica dello strato zincato e del substrato in acciaio nel complesso ambiente esterno, tra cui la principale è la corrosione elettrochimica. Comprendere il problema della corrosione dei componenti zincati, dobbiamo prima chiarire il loro meccanismo di corrosione, che rappresenta la base fondamentale per formulare misure di protezione.

Il componente principale dello strato zincato è lo zinco. Il potenziale standard dell'elettrodo di zinco è -0.76V, mentre quello dell'acciaio lo è -0.44V. Il potenziale dell'elettrodo dello zinco è inferiore a quello dell'acciaio. Perciò, quando lo strato zincato sulla superficie del componente zincato è intatto, lo zinco funge da anodo e il substrato di acciaio da catodo, formando un circuito di celle galvaniche in un ambiente umido. In questo momento, lo zinco subirà preferibilmente una reazione di ossidazione (alcuni punti devono essere considerati quando si progetta la torre in acciaio, anodo sacrificale), essere corroso e dissolto, mentre il substrato in acciaio è protetto dalla corrosione. Questo è il “meccanismo di protezione dell'anodo sacrificale” dello strato zincato, che è anche il principio fondamentale dell'anticorrosione zincata.

L'equazione della reazione di ossidazione dello zinco è: Zn – 2e⁻ = Zn²⁺. Zn²⁺ si combina con OH⁻ nell'ambiente per formare Zn(OH)₂, che viene ulteriormente ossidato per formare prodotti di corrosione stabili come ZnO e ZnCO₃. Questi prodotti della corrosione aderiranno alla superficie dello strato zincato per formare una densa pellicola passiva, che può prevenire un'ulteriore corrosione dello zinco e anche prevenire mezzi corrosivi esterni (come l'acqua piovana, Spruzzo salino, gas di scarico industriale, ecc.) dal contatto con il substrato di acciaio, svolgendo un duplice ruolo di protezione.

però, questo effetto protettivo si può ottenere solo quando lo strato zincato è integro. Quando lo strato zincato è danneggiato a causa dell'usura, graffio, invecchiamento e altri motivi, e il substrato di acciaio è esposto a mezzi corrosivi, la situazione cambierà. In questo momento, nella cella galvanica formata da zinco e acciaio, lo zinco funge ancora da anodo e l'acciaio da catodo. però, a causa del danneggiamento dello strato zincato, l'area di corrosione dello zinco è ridotta, e il tasso di corrosione aumenterà in modo significativo. Quando lo strato zincato è completamente corroso e consumato, il substrato di acciaio sarà direttamente esposto a mezzi corrosivi e inizierà a corrodersi.

Anche la corrosione del substrato di acciaio è corrosione elettrochimica: in un ambiente umido, sulla superficie dell'acciaio si forma un film d'acqua. Il film d'acqua dissolve l'ossigeno, anidride carbonica, sali e altre sostanze per formare una soluzione elettrolitica. Il ferro e il carbonio nell'acciaio formano una cella galvanica. Il ferro funge da anodo per subire la reazione di ossidazione per generare Fe²⁺. Fe²⁺ si combina con OH⁻ per generare Fe(OH)₂, che viene ulteriormente ossidato per generare Fe(OH)₃. Fe(OH)₃ si disidrata per formare Fe₂O₃·nH₂O (alcuni punti devono essere considerati quando si progetta la torre in acciaio, ruggine rossa). La ruggine rossa ha una consistenza sciolta e non può impedire l'invasione di mezzi corrosivi, che porterà alla continua corrosione del substrato di acciaio, e alla fine portare alla perdita trasversale dei componenti, proprietà meccaniche ridotte e persino guasti.

Oltre alla corrosione elettrochimica, anche i componenti zincati subiranno corrosione chimica. Quando sono presenti mezzi corrosivi come i gas di scarico industriali (come SO₂, NO₂, HCl, ecc.) e nebbia salina marina (contenente Cl⁻) nell'ambiente, questi mezzi reagiranno direttamente chimicamente con lo strato zincato, distruggere la pellicola passiva e accelerare la corrosione dello zinco. Per esempio, SO₂ reagisce con lo strato zincato per generare ZnSO₄·7H₂O (cristallo di solfato di zinco), che ha una consistenza sciolta e facile da staccare, portando ad un graduale assottigliamento dello strato zincato. Cl⁻ può penetrare nel film passivo e reagire con lo zinco per generare ZnCl₂ che è solubile in acqua, accelerando la corrosione per vaiolatura dello strato zincato.

Qui voglio condividere una visione personale unita alla mia esperienza pratica: in un ambiente ad elevata umidità e con elevata differenza di temperatura, il velo d'acqua sulla superficie dei componenti zincati esisterà per molto tempo, e il film d'acqua dissolverà i mezzi più corrosivi, che accelererà notevolmente il tasso di corrosione elettrochimica. Durante le indagini, L'ho trovato nelle torri di trasmissione nelle zone montuose ad alta umidità del sud, sebbene non vi sia inquinamento industriale e nebbia salina marina, sotto la stessa durata di servizio, il grado di corrosione dei componenti zincati è molto più grave che nelle zone aride del nord. Questo perché le zone montuose del sud hanno piogge frequenti tutto l'anno e un'elevata umidità dell'aria (l'umidità relativa media annuale supera 80%), e il velo d'acqua sulla superficie dei componenti zincati non può asciugarsi a lungo, quindi la corrosione elettrochimica avviene continuamente, portando ad un rapido consumo dello strato zincato.

Inoltre, secondo i dati di ricerca del Centro nazionale per la scienza della corrosione e della protezione dei materiali, il processo di corrosione e i prodotti della corrosione dell'acciaio zincato in diversi ambienti atmosferici tipici sono significativamente diversi, che porta anche a diversi tassi di corrosione e caratteristiche di corrosione dei componenti zincati in ambienti diversi, come segue:

1. Ambiente atmosferico rurale incontaminato: influenzato principalmente da O₂ e CO₂. Lo strato zincato viene corroso per generare ZnO e Zn₅(CO₃)₂(OH)₆. Questi prodotti della corrosione sono stabili e densi, che può efficacemente inibire ulteriore corrosione, e il tasso di corrosione è il più lento;

2. Ambiente atmosferico industriale: il principale gas corrosivo è SO₂. Lo strato zincato viene corroso per generare Zn₄SO₄(OH)₆·4H₂O e Zn₄Cl₂(OH)₄SO₄·5H₂O. Questi prodotti della corrosione hanno una struttura sciolta e si staccano facilmente, corrosione accelerata;

3. Ambiente atmosferico marino: ricco di Cl⁻. Lo strato zincato viene corroso per generare prodotti come Zn₅(CO₃)₂(OH)₆ e Zn₅(OH)₈Cl₂·H₂O. La corrosione è principalmente vaiolatura nella fase iniziale, che gradualmente si sviluppa in corrosione generale, e il tasso di corrosione è il più veloce.

In sintesi, il meccanismo di corrosione dei componenti zincati può essere riassunto come segue: quando lo strato zincato è integro, protegge il substrato di acciaio in virtù del meccanismo di protezione dell'anodo sacrificale, e forma una pellicola passiva per un'ulteriore protezione; quando lo strato zincato è danneggiato, il meccanismo di protezione dell'anodo sacrificale fallisce, il substrato di acciaio subisce corrosione elettrochimica, e il mezzo corrosivo accelera il consumo dello strato zincato e la corrosione del substrato, portando infine al guasto per corrosione dei componenti.

3.2 Principali tipi e caratteristiche di corrosione

Combinato con la pratica investigativa e la letteratura di settore, in base ai diversi ambienti di corrosione e alle forme di corrosione, la corrosione dei componenti zincati delle torri di trasmissione si suddivide principalmente come segue 4 Tipi. Ogni tipo ha le sue caratteristiche di corrosione e ragioni di formazione uniche. Nel funzionamento e nella manutenzione effettivi, possiamo anche giudicare il tipo e il grado di corrosione in base alle caratteristiche della corrosione, e poi adottare misure di protezione mirate.

3.2.1 Corrosione uniforme

Corrosione uniforme, noto anche come corrosione generale, è il tipo più comune di corrosione dei componenti zincati. Si verifica principalmente sulla superficie dello strato zincato, dimostrando che lo strato zincato è uniformemente assottigliato, in polvere e staccato nel suo insieme. La superficie del componente si presenta di colore bianco grigiastro o nero grigiastro uniforme. Nella fase successiva, quando lo strato zincato è completamente staccato e il substrato di acciaio è esposto, apparirà una ruggine rossa uniforme.

Questo tipo di corrosione si verifica principalmente in aree con ambiente atmosferico relativamente mite, come le zone rurali e le periferie, dove non c'è grave inquinamento industriale e nebbia salina marina. I mezzi corrosivi sono principalmente acqua piovana, umidità dell'aria e anidride carbonica. Il suo tasso di corrosione è relativamente lento. Generalmente, lo spessore di perdita annuale dello strato zincato è di 3-5μm. Secondo lo spessore dello strato zincato specificato in GB/T 2694—2023 (non inferiore a 86μm), nell'ambiente rurale, lo strato zincato di componenti zincati può mantenere l'effetto anticorrosivo 20-30 anni, che può sostanzialmente soddisfare la durata di vita prevista della torre.

Durante le indagini, Ho visto una torre di trasmissione che era stata in servizio per 25 anni in una zona rurale. La superficie dei suoi componenti presentava la tipica corrosione uniforme: lo strato zincato era completamente polverizzato, con leggera desquamazione in alcune zone. Il substrato di acciaio esposto presentava una piccola quantità di ruggine rossa, ma la perdita trasversale dei componenti era piccola, e le proprietà meccaniche potrebbero ancora soddisfare i requisiti. Il personale operativo e di manutenzione ha dovuto solo rigalvanizzare le parti pelate per continuare a utilizzarle.

Le caratteristiche della corrosione uniforme sono: distribuzione uniforme della corrosione, velocità di corrosione stabile, danno relativamente piccolo ai componenti, e manutenzione relativamente semplice nella fase successiva. Può essere alleviato principalmente mediante una regolare rigalvanizzazione e l'applicazione di vernice anticorrosione.

3.2.2 Corrosione per vaiolatura

Corrosione per vaiolatura, noto anche come vaiolatura, è il tipo più pericoloso di corrosione dei componenti zincati. Si verifica principalmente sulla superficie dello strato zincato, mostrando che lo strato zincato presenta fosse di corrosione delle dimensioni di un foro stenopeico, che gradualmente si approfondiscono e si espandono, e persino penetrare nello strato zincato, portando all'esposizione del substrato di acciaio, e quindi innescando la formazione di corrosione locale del substrato “pozzi di ruggine”.

Questo tipo di corrosione si verifica principalmente in ambienti contenenti ioni alogeni come Cl⁻ e Br⁻, soprattutto nelle zone costiere, aree saline-alcaline, e le zone fredde settentrionali dove viene utilizzato il sale che scioglie la neve. Cl⁻ ha un raggio piccolo e una forte capacità di penetrazione, che può penetrare nel film passivo sulla superficie dello strato zincato, formano cellule di corrosione locali sulla superficie dello strato zincato, e portano alla rapida corrosione locale dello zinco con formazione di cavità. inoltre, una volta formata la vaiolatura, la concentrazione di mezzi corrosivi (come Cl⁻) all'interno dei box continuerà ad aumentare, e il tasso di corrosione accelererà ulteriormente, formazione “corrosione autocatalitica”, che alla fine porterà alla perforazione dello strato zincato e alla corrosione del substrato di acciaio.

Secondo i dati del “Libro bianco sulla protezione dalla corrosione dei tralicci delle linee di trasmissione” rilasciato dalla Società Cinese per la Corrosione e la Protezione in 2024, l'incidenza della corrosione per vaiolatura dei componenti zincati delle torri nelle zone costiere è pari a 65%, e il tasso di corrosione per vaiolatura può raggiungere 8-12μm all'anno. Alcuni componenti in servizio per 5 anni avranno perforazione.

Durante l'indagine in una contea costiera, Ho visto un bullone di ancoraggio di una torre che era stata in servizio per 6 anni. La sua superficie era ricoperta di fossette, e alcuni buchi erano penetrati nello strato zincato. Il substrato esposto era ricoperto di ruggine rossa. Misurato con un calibro, il diametro del bullone era andato perso di 2 mm, che superava il range consentito di sicurezza e doveva essere sostituito urgentemente.

Le caratteristiche della corrosione per vaiolatura sono: piccola area di corrosione, tasso di corrosione veloce, forte occultamento, e difficile da trovare nella fase iniziale. Una volta trovato, ha spesso causato gravi danni da corrosione, e ha persino influito sulla capacità portante dei componenti, che è molto facile causare incidenti di sicurezza. Perciò, La corrosione per vaiolatura è il punto chiave e difficile nella protezione dalla corrosione dei componenti zincati.

Qui voglio condividere un approfondimento personale: nel settore delle condutture, anche lo strato zincato delle condotte per il trasporto di petrolio e gas è molto soggetto alla corrosione per vaiolatura. Soprattutto per le condotte posate nelle zone costiere, Di tanto in tanto si verificano incidenti con perdite nelle tubazioni causate dalla corrosione per vaiolatura. Confrontando i fenomeni di corrosione per vaiolatura di condotte e torri, Ho scoperto che il verificarsi della corrosione per vaiolatura non è legato solo alla concentrazione di Cl⁻ nell'ambiente, ma anche all'uniformità dello strato zincato. Le parti con spessore dello strato zincato irregolare e impurità hanno maggiori probabilità di essere il punto di partenza della corrosione per vaiolatura. Perciò, migliorare l'uniformità dello strato zincato e ridurre le impurità nello strato zincato sono le chiavi per prevenire la vaiolatura.

3.2.3 Corrosione interstiziale

La corrosione interstiziale si verifica principalmente in corrispondenza dei giunti dei componenti zincati, come i giunti tra gli angolari e le piastre di collegamento, le giunzioni tra bulloni e dadi, e le giunzioni dei componenti. Si manifesta con una rapida corrosione e desquamazione dello strato zincato all'interno delle fessure, ruggine rossa sul substrato di acciaio, e persino collegamenti di componenti allentati e bloccati.

La formazione di questo tipo di corrosione è dovuta principalmente al fatto che nelle fessure in corrispondenza delle giunzioni dei componenti è facile accumulare l'acqua piovana, polvere, mezzi corrosivi, ecc., formazione “soluzione interstiziale”. La concentrazione di ossigeno all'interno delle fessure è inferiore a quella all'esterno, formando un “cella di concentrazione dell'ossigeno”—l'interno delle fessure è l'anodo e l'esterno è il catodo, portando ad una rapida corrosione dello strato zincato e del substrato di acciaio all'interno delle fessure. Allo stesso tempo, i prodotti della corrosione all'interno delle fessure non possono essere scaricati in tempo, che aggraverà ulteriormente la corrosione e formerà un circolo vizioso.

Durante le indagini, Ho scoperto che quasi tutte le torri sono in servizio da più di 5 anni presentano vari gradi di corrosione interstiziale in corrispondenza dei giunti dei componenti, soprattutto le giunzioni tra bulloni e dadi, che sono i più gravemente corrosi. Il personale di una stazione operativa e di manutenzione ci ha detto che ogni anno puliscono e oliano i bulloni della torre, ma non possono ancora evitare completamente la corrosione interstiziale. Alcuni bulloni sono bloccati a causa della corrosione e non possono essere smontati, quindi devono essere sostituiti tagliandoli, che non solo aumenta il carico di lavoro operativo e di manutenzione ma può anche causare danni ai componenti.

Le caratteristiche della corrosione interstiziale sono: la corrosione è concentrata nelle fessure dei componenti, con forte occultamento e rapido tasso di corrosione. È facile influenzare le prestazioni di connessione dei componenti, e quindi influenzare la stabilità strutturale complessiva della torre. inoltre, La corrosione interstiziale spesso avviene contemporaneamente alla corrosione per vaiolatura, aggravamento del danno da corrosione.

3.2.4 Cracking per corrosione da stress

La tensocorrosione è una forma di rottura per corrosione dei componenti zincati sotto l'azione combinata di “mezzo corrosivo + stress”. Si verifica principalmente sui componenti portanti (come le gambe della torre principale, angolo diagonale in acciaio) e componenti di collegamento (come bulloni ad alta resistenza) della torre. Si manifesta con piccole crepe sulla superficie dei componenti, che si espandono gradualmente e alla fine portano alla frattura del componente.

La formazione di questo tipo di corrosione richiede due condizioni necessarie: uno è l'esistenza di mezzi corrosivi (come i gas di scarico industriali, nebbia salina marina, ecc.), e l'altro è l'esistenza di sollecitazioni interne o esterne sui componenti (come lo stress residuo generato durante la produzione, tensione e pressione sopportate dalla torre durante il servizio). Sotto l'azione di mezzi corrosivi, lo strato zincato sulla superficie del componente è danneggiato, e i mezzi corrosivi invadono il substrato di acciaio. Allo stesso tempo, l'esistenza di tensioni causerà microfessurazioni sulla superficie del supporto. I mezzi corrosivi si accumulano all'interno delle fessure, accelerando l’espansione delle fessure, e alla fine porta alla frattura del componente.

L’incidenza della tensocorrosione è relativamente bassa, ma il danno è grande. Una volta che si verifica, porterà direttamente al guasto dei componenti della torre e causerà gravi incidenti di sicurezza come il crollo della torre e l'interruzione della trasmissione di energia. Secondo il “Rapporto statistico sugli incidenti legati alla sicurezza delle linee di trasmissione” rilasciato dalla Rete di Stato in 2024, in 2023, c'erano 3 incidenti di crollo di torri causati dalla tensocorrosione dei componenti della torre in Cina, tutti avvenuti in aree ad alto inquinamento industriale. Il motivo principale è che lo stress residuo non è stato eliminato durante il processo di produzione del componente, e allo stesso tempo, è stato corroso a lungo dai gas di scarico industriali, portando alla tensocorrosione.

Durante le indagini, anche se non ho visto con i miei occhi i componenti affetti da tensocorrosione, il personale operativo e di manutenzione ci ha mostrato le foto dei casi di incidenti rilevanti, su un bullone ad alta resistenza, lo strato zincato si era staccato, e c'era un'evidente crepa al centro del bullone, che percorreva tutta la sezione trasversale del bullone, portando infine alla frattura del bullone, Caduta del componente del controvento diagonale della torre, e inclinazione della torre.

Per confrontare più chiaramente le caratteristiche, ragioni di formazione e rischi dei diversi tipi di corrosione, Ho sistemato la tabella 2 di seguito combinati con i risultati delle indagini e le conoscenze professionali come riferimento.

Tipo di corrosione	Caratteristiche della corrosione	Ragioni di formazione	Ambiente di servizio principale	Livello di pericolo	Difficoltà di riconoscimento
Corrosione uniforme	Lo strato zincato è uniformemente assottigliato, in polvere e staccato nel suo insieme, e nella fase successiva appare la ruggine rossa uniforme.	Effetto completo della corrosione elettrochimica e della corrosione chimica, i mezzi corrosivi agiscono in modo uniforme sulla superficie del componente.	Ambienti con atmosfera mite come le aree rurali e suburbane.	★★☆☆☆	★☆☆☆☆ (Facile da riconoscere)
Corrosione per vaiolatura	Sullo strato zincato compaiono cavità di corrosione delle dimensioni di un foro stenopeico, che gradualmente si approfondiscono e si perforano per formare fosse di ruggine.	Gli ioni alogeni come Cl⁻ penetrano nella pellicola passiva, formano cellule di corrosione locali, e causare corrosione autocatalitica.	Aree costiere, terreno salino-alcalino, aree settentrionali salate che si sciolgono.	★★★★★	★★★☆☆ (Difficile da riconoscere nella fase iniziale)
Corrosione interstiziale	Lo strato zincato si stacca e appare della ruggine rossa nelle fessure dei componenti, con collegamenti allentati e bloccati.	Le fessure accumulano mezzi corrosivi, formare cellule di concentrazione di ossigeno, e i prodotti della corrosione non possono essere scaricati.	Tutti gli ambienti, zone particolarmente umide e polverose.	★★★☆☆	★★★★☆ (Forte occultamento)
Cracking per corrosione da stress	Sulla superficie del componente compaiono piccole crepe, che gradualmente si espandono e alla fine portano alla frattura.	Azione combinata di mezzi corrosivi e sollecitazioni interne/esterne dei componenti.	Forte inquinamento industriale, aree costiere e altre aree soggette a grave corrosione e grande stress dei componenti.	★★★★★	★★★★★ (Estremamente difficile da riconoscere)

tavolo 2 Confronto dei principali tipi di corrosione dei componenti zincati delle torri di trasmissione

4. Principali fattori che influenzano la corrosione dei componenti zincati

La corrosione dei componenti zincati delle torri di trasmissione non è il risultato di un unico fattore, ma l'azione combinata di vari fattori come quelli ambientali, fattori propri dei componenti, fattori di processo, e fattori di funzionamento e manutenzione. Durante le indagini, Ho scoperto che i componenti zincati con la stessa durata e specifiche presentano grandi differenze nel grado di corrosione in ambienti diversi, diversi processi di produzione e diversi livelli di funzionamento e manutenzione, alcuni dei quali sono ancora intatti dopo 15 anni di servizio, mentre altri subiscono gravi guasti alla corrosione dopo 5 anni di servizio.

Unito alle mie conoscenze professionali, osservazione pratica e gli ultimi dati di settore consultati, Riassumo di seguito i principali fattori che influenzano la corrosione dei componenti zincati 4 categorie. Ogni categoria di fattori viene analizzata nel dettaglio abbinata a specifici casi di indagine e approfondimenti personali, sperando di fornire una base mirata per formulare successivamente misure di protezione.

4.1 Fattori ambientali (Fattori d'influenza fondamentali)

I fattori ambientali sono i fattori più importanti che influenzano la corrosione dei componenti zincati. Perché i componenti sono esposti all'esterno per lungo tempo e direttamente colpiti dagli agenti corrosivi presenti nell'ambiente, tanto più forte è la corrosività dell'ambiente, maggiore è la velocità di corrosione dei componenti. Secondo i risultati dell'indagine, i fattori ambientali includono principalmente l'umidità atmosferica, mezzi corrosivi, cambiamento di temperatura, illuminazione, ecc., tra i quali l'umidità atmosferica e i mezzi corrosivi hanno l'impatto più significativo.

4.1.1 Umidità atmosferica

L'umidità atmosferica è una condizione necessaria per il verificarsi della corrosione elettrochimica, solo in presenza di un film d'acqua continuo (alcuni punti devono essere considerati quando si progetta la torre in acciaio, soluzione elettrolitica) si forma sulla superficie dei componenti zincati, può formarsi un circuito di cella galvanica e può verificarsi corrosione elettrochimica. Perciò, maggiore è l'umidità atmosferica, quanto più a lungo esiste il film d'acqua sulla superficie del componente, e maggiore è la velocità di corrosione elettrochimica.

Secondo i dati nazionali sulla distribuzione dell’umidità atmosferica rilasciati dalla China Meteorological Data Network in 2024, l'umidità relativa media annuale nel sud della Cina è 75%-85%, e quello nel nord della Cina lo è 45%-65%. Perciò, il tasso di corrosione dei componenti zincati nel sud della Cina è 30%-50% più veloce di quello della Cina settentrionale. Ho riscontrato questo fenomeno anche durante le indagini: il tasso di integrità dello strato zincato delle torri in servizio 8 anni in una contea del sud è solo 60%, mentre quello delle torri in servizio 8 anni in una contea settentrionale sono più di 80%, e il grado di corrosione è significativamente più leggero.

Soprattutto nella stagione delle piogge di prugne nel sud, con precipitazioni continue e umidità dell'aria prossima 100%, il velo d'acqua sulla superficie dei componenti non può asciugarsi a lungo, il film passivo dello strato zincato è danneggiato, e il tasso di corrosione dello zinco è notevolmente accelerato. Dopo la stagione delle piogge di prugne, alcuni componenti presenteranno evidenti fenomeni di corrosione da polvere e vaiolatura. Ciò è del tutto coerente con la legge sulla corrosione delle condutture nel sud della Cina nel settore delle condutture, nell’ambiente umido del sud, il tasso di corrosione delle condutture è molto più elevato di quello delle zone aride del nord.

4.1.2 Mezzo corrosivo

Il mezzo corrosivo è il fattore chiave che accelera la corrosione dei componenti zincati. Diversi tipi di mezzi corrosivi hanno diversi effetti di corrosione sui componenti, tra cui i mezzi di inquinamento industriale e i mezzi di nebbia salina marina hanno i più forti effetti di corrosione.

I mezzi di inquinamento industriale includono principalmente SO₂, NO₂, HCl, polvere, ecc., che provengono principalmente da imprese industriali come gli impianti chimici, impianti siderurgici, e centrali termoelettriche. Questi mezzi reagiranno chimicamente con lo strato zincato, danneggiare il film passivo, e accelerare la corrosione dello zinco. Allo stesso tempo, questi mezzi si dissolvono nel film d'acqua, che ridurrà il valore del pH del film d'acqua, formare una soluzione elettrolitica acida, e accelerare la corrosione elettrochimica. Durante l'indagine intorno a una città industriale pesante, Ho visto che lo strato zincato delle torri di trasmissione in questa zona si era staccato in larga scala solo dopo 6 anni di servizio, e la superficie dei componenti era ricoperta di ruggine rossa. Il personale operativo e di manutenzione ci ha riferito che la concentrazione di SO₂ nell'atmosfera in quest'area era pari a 0,15 mg/m³, che era 3 volte lo standard nazionale, e il tasso di corrosione dei componenti era 2-3 volte che nelle zone rurali.

I mezzi di nebbia salina marina includono principalmente NaCl, MgCl₂, ecc., che provengono principalmente dall'atmosfera marina, e il loro componente principale della corrosione è Cl⁻. Cl⁻ ha una forte capacità di penetrazione, che può penetrare nel film passivo dello strato zincato, innescare la corrosione per vaiolatura e la corrosione interstiziale, e accelerare la corrosione dei componenti. Secondo gli ultimi dati del settore, il tasso di corrosione dei componenti zincati nelle zone costiere può raggiungere 8-12μm all'anno, che è 3-4 volte che nelle zone rurali. Alcune torri nelle zone costiere necessitano di essere completamente disossidate e nuovamente zincate 5 anni, con costi di esercizio e manutenzione estremamente elevati.

Inoltre, il terreno nelle zone saline-alcaline contiene molte sostanze saline, che salirà alla base della torre e ancorerà i bulloni attraverso l'azione capillare, causando corrosione. Nelle zone fredde settentrionali, in inverno si usa il sale per sciogliere la neve, e Cl⁻ nel sale che scioglie la neve aderiranno alla superficie del componente, che accelererà anche la corrosione.

4.1.3 Cambiamento di temperatura e illuminazione

Sebbene l’impatto del cambiamento di temperatura e dell’illuminazione sulla corrosione dei componenti zincati non sia così significativo come quello dell’umidità atmosferica e dei mezzi corrosivi, accelererà anche la corrosione in caso di azione a lungo termine. Il cambiamento di temperatura causerà l'espansione e la contrazione termica dello strato zincato, generando stress termico. Lo stress termico ripetuto a lungo termine causerà crepe e desquamazione dello strato zincato, che è più evidente nelle zone con grande differenza di temperatura tra il giorno e la notte (come ad esempio le zone ad alta quota).

Illuminazione (soprattutto la luce ultravioletta) accelererà l'invecchiamento e la polverizzazione dello strato zincato, danneggiare la struttura dello strato zincato, ridurre la compattezza dello strato zincato, rendere più facile l'invasione dei mezzi corrosivi, e quindi accelerare la corrosione. Durante le indagini in zone d'alta quota, Ho visto lo strato zincato dei componenti superiori della torre (che sono esposti a una forte luce ultravioletta per lungo tempo) era significativamente più spolverato rispetto ai componenti del fondo. Lo strato zincato di alcuni componenti superiori si staccava se toccato con le mani.

4.2 Fattori propri dei componenti

I fattori propri dei componenti includono principalmente il materiale, forma in sezione trasversale, stato superficiale dei componenti, eccetera. Questi fattori influenzeranno la qualità dello strato zincato e l'adesione dei mezzi corrosivi, e quindi influenzare la velocità di corrosione.

In termini di materiale dei componenti, i materiali principali dei componenti della torre sono l'acciaio Q235 e l'acciaio Q355. La resistenza alla corrosione dell'acciaio Q235 è leggermente peggiore di quella dell'acciaio Q355. Perciò, il tasso di corrosione dei componenti in acciaio Q235 è leggermente più veloce di quello dei componenti in acciaio Q355. Durante le indagini, Ho scoperto che il tasso di perdita della sezione trasversale dell'acciaio angolare in acciaio Q235 prodotto da un produttore era 10% Dopo 8 anni di servizio, mentre quello dell'acciaio angolare in acciaio Q355 era solo 6% Dopo 8 anni di servizio.

In termini di forma in sezione trasversale, tanto più complessa è la forma della sezione trasversale del componente, più è facile accumulare l'acqua piovana, polvere e mezzi corrosivi, formare delle fessure, e innescare la corrosione interstiziale. Per esempio, gli angoli dell'acciaio angolare e dell'acciaio del canale, e i giunti sovrapposti delle piastre di collegamento sono tutte aree ad alta incidenza di corrosione interstiziale. I componenti a sezione circolare (come i tubi d'acciaio delle torri di tubi d'acciaio) sono facili da far scivolare via l'acqua piovana e la polvere, non facile da accumulare, e il tasso di corrosione è relativamente lento.

In termini di stato superficiale, la rugosità e la pulizia della superficie del componente influenzeranno l'uniformità e l'adesione dello strato zincato. Componenti con superfici eccessivamente ruvide, sbavature, le incrostazioni di ossido e altri difetti presentano uno spessore dello strato zincato non uniforme, che è soggetto a collegamenti deboli e diventa il punto di partenza della corrosione. Componenti con scarsa pulizia superficiale e macchie d'olio, polvere e altre impurità porteranno ad una cattiva combinazione tra lo strato zincato e il substrato, facile sbucciatura, e corrosione accelerata.

4.3 Fattori di processo

I fattori di processo includono principalmente il processo di zincatura, processo di produzione, processo di assemblaggio, eccetera. Questi fattori determinano direttamente la qualità dello strato zincato, e quindi influenzare le prestazioni di corrosione dei componenti. Questo è anche il fattore che ho sentito più profondamente durante l'indagine, nello stesso ambiente, il grado di corrosione di componenti con processi produttivi diversi è molto diverso.

In termini di processo di zincatura, come accennato in precedenza, l'effetto anticorrosivo della zincatura a caldo è migliore di quello dell'elettrozincatura, e l'effetto anticorrosivo del pretrattamento antiruggine mediante sabbiatura è migliore di quello del trattamento di decapaggio. La razionalità della temperatura della soluzione di zinco e del tempo di immersione influisce anche sullo spessore e sull'adesione dello strato zincato. Durante le indagini, Ho riscontrato che la velocità di corrosione dei componenti trattati mediante zincatura a caldo + la rimozione della ruggine tramite sabbiatura è più di 60% più lento di quello dei componenti trattati mediante elettrozincatura + decapaggio.

In termini di processo di produzione, lo stress residuo generato durante la produzione dei componenti aumenterà il rischio di fessurazioni da tensocorrosione. Una scarsa qualità della saldatura dei componenti porterà ad un facile distacco dello strato zincato in corrispondenza dei giunti di saldatura, innescando la corrosione sui giunti di saldatura. Durante l'indagine in una fabbrica di produzione di torri, Ho visto che lo strato zincato in corrispondenza dei giunti di saldatura di alcuni componenti saldati si era staccato. Il personale della fabbrica ha spiegato che ciò era dovuto al fatto che la temperatura sui giunti di saldatura era troppo elevata durante la saldatura, portando alla combustione dello strato zincato, e la successiva rigalvanizzazione non è stata approfondita, portando alla corrosione.

4.4 Fattori di funzionamento e manutenzione

I fattori di funzionamento e manutenzione sono i fattori chiave per ritardare la corrosione dei componenti zincati e garantire il funzionamento sicuro delle torri di trasmissione. Anche se i componenti sono realizzati con alta qualità, se il funzionamento e la manutenzione non sono a posto, il tasso di corrosione sarà accelerato, e la durata dei componenti sarà ridotta in modo significativo. Ciò è coerente con il concetto di funzionamento e manutenzione del settore delle condutture——”una manutenzione precisa può prolungare la durata delle apparecchiature 30% o più”.

I principali fattori di funzionamento e manutenzione includono la perfezione del sistema di ispezione, la tempestività della manutenzione, e la professionalità del personale addetto alla manutenzione. Un valido sistema di ispezione può garantire che i pericoli nascosti della corrosione vengano individuati nella fase iniziale e affrontati in modo tempestivo, evitando l’ulteriore sviluppo della corrosione. Manutenzione tempestiva, come la rimozione della ruggine, ritocco del rivestimento e pulizia, può bloccare efficacemente l'invasione di mezzi corrosivi e ritardare il processo di corrosione. La professionalità del personale di manutenzione determina se i metodi di manutenzione, i materiali e i processi siano appropriati, che influisce direttamente sull'effetto di mantenimento.

Durante le indagini, Ho scoperto che c'era una differenza significativa nel grado di corrosione delle torri gestite da diverse stazioni di funzionamento e manutenzione. Una stazione operativa e di manutenzione nel nord della Cina ha creato una “ispezione digitale” sistema. Gli ispettori utilizzano terminali mobili per registrare ogni mese lo stato di corrosione di ciascuna torre, inclusa la posizione della corrosione, tipo di corrosione e grado di corrosione, e caricare i dati nel sistema di gestione in background. Una volta individuati i pericoli nascosti della corrosione, il sistema emetterà automaticamente un'attività di manutenzione, e il personale di manutenzione sarà organizzato per occuparsene all'interno 7 giorni lavorativi. Il grado di corrosione delle torri sotto la sua gestione è generalmente basso, e la durata media dei componenti viene prolungata di circa 5 anni rispetto alla media del settore.

Al contrario, una stazione operativa e di manutenzione in una remota area montuosa dispone di manodopera insufficiente e di concetti di manutenzione arretrati. Il ciclo di ispezione delle torri è una volta all'anno, e l'ispezione è principalmente un'ispezione visiva manuale, che è difficile trovare pericoli di corrosione nascosti come corrosione per vaiolatura e corrosione interstiziale. La manutenzione viene spesso ritardata fino a quando i componenti non presentano evidenti problemi di corrosione (come ad esempio scrostamenti estesi dello strato zincato e ruggine rossa sul supporto), il che non solo aumenta i costi di manutenzione ma comporta anche potenziali rischi per la sicurezza. Durante le indagini, l'abbiamo trovato 30% delle torri in quest'area presentano componenti con perdite di sezione superiori 10%, che devono essere sostituiti urgentemente.

Inoltre, anche la scelta dei materiali per la manutenzione influisce sull'effetto della manutenzione. Alcune unità operative e di manutenzione scelgono una vernice anticorrosione a basso costo che non corrisponde allo strato zincato per il rivestimento di ritocco. L'adesione tra questo tipo di vernice e lo strato zincato è scarsa, ed è facile staccarsi dopo essere stato esposto all'ambiente esterno per un breve periodo, che non può svolgere un ruolo protettivo e anzi accelera la corrosione a causa dell'accumulo di acqua e polvere tra lo strato di vernice e lo strato zincato.

5. Misure di protezione dalla corrosione e analisi di casi ingegneristici

Basato sull'analisi sistematica del meccanismo di corrosione, principali tipi di corrosione e fattori che influenzano i componenti zincati, combinato con la pratica investigativa dell’autore, conoscenza professionale ed esperienza nel settore, questo capitolo propone misure mirate di protezione dalla corrosione a partire da due fasi principali: fase di produzione (prevenzione delle fonti) e fase di funzionamento e manutenzione (controllo del processo). Il principio di “innanzitutto la prevenzione, combinazione di prevenzione e controllo, e classificazione della protezione” è rispettato, e l'economia, siano pienamente prese in considerazione la praticità e l’efficacia a lungo termine delle misure di protezione. Allo stesso tempo, combinati con casi ingegneristici specifici, vengono verificati e analizzati gli effetti applicativi di tali misure, in modo da fornire un riferimento pratico per la pratica ingegneristica della protezione dalla corrosione dei componenti zincati delle torri di trasmissione.

5.1 Misure di protezione nella fase di produzione (Prevenzione delle fonti)

La fase di produzione è la fonte del controllo della corrosione dei componenti zincati. La qualità dei componenti fabbricati in questa fase determina direttamente la loro resistenza alla corrosione iniziale. Perciò, il rafforzamento del controllo di qualità della fase di produzione e l'ottimizzazione del processo di produzione possono migliorare sostanzialmente la resistenza alla corrosione dei componenti zincati e ridurre i pericoli nascosti della corrosione nel successivo processo di manutenzione. In combinazione con l'indagine sulle fabbriche di produzione di torri e la conoscenza professionale del settore delle condutture, le misure di protezione specifiche sono le seguenti:

5.1.1 Ottimizza il processo di zincatura e migliora la qualità dello strato zincato

Il processo di zincatura è l'anello fondamentale che influenza la resistenza alla corrosione dei componenti zincati. La chiave per ottimizzare il processo di zincatura è controllare rigorosamente il processo di pretrattamento e i parametri di zincatura, in modo da garantire che lo strato zincato abbia uno spessore sufficiente, distribuzione uniforme e forte adesione. In particolare, è possibile adottare le seguenti misure:

Prima, adottare una tecnologia avanzata di pretrattamento. Per componenti utilizzati in ambienti difficili come le zone costiere, aree industriali pesanti e aree ad alta umidità, la rimozione della ruggine tramite sabbiatura dovrebbe essere adottata come principale metodo di pretrattamento, e decapaggio + fosfatazione + il lavaggio con acqua può essere adottato come trattamento ausiliario. La rimozione della ruggine mediante sabbiatura può rimuovere completamente le incrostazioni di ossido, ruggine, macchie d'olio e sbavature sulla superficie dei componenti, fare in modo che la superficie dei componenti raggiunga una certa rugosità (solitamente 40-80μm), che è favorevole alla combinazione dello strato zincato e del substrato in acciaio. Rispetto al tradizionale decapaggio della ruggine, la rimozione della ruggine mediante sabbiatura può evitare il “decapaggio eccessivo” fenomeno dei componenti, ridurre i difetti superficiali dei componenti, e migliorare l'uniformità e l'adesione dello strato zincato. Secondo i risultati del test comparativo dell’esperimento del corso dell’autore, l'adesione dello strato zincato dopo la sabbiatura è antiruggine 20%-30% superiore a quello dopo il decapaggio e la rimozione della ruggine, e la resistenza alla nebbia salina è aumentata di oltre 50%.

Secondo, controllare rigorosamente i parametri del processo di zincatura. La temperatura della soluzione di zinco deve essere rigorosamente controllata a 440-460 ℃. Se la temperatura è troppo alta, la velocità di reazione tra zinco e acciaio sarà troppo elevata, che porterà a uno spessore irregolare dello strato zincato, scarsa adesione e facile pelatura; se la temperatura è troppo bassa, la soluzione di zinco avrà un'elevata viscosità, che è difficile formare uno strato galvanizzato uniforme, e lo spessore dello strato zincato non soddisferà i requisiti. Il tempo di immersione deve essere regolato in base allo spessore dei componenti: per componenti a parete sottile (spessore inferiore a 10 mm), il tempo di immersione è di 2-4 minuti; per componenti a pareti spesse (spessore superiore a 10 mm), il tempo di immersione è di 4-6 minuti, in modo da garantire che lo spessore dello strato zincato soddisfi i requisiti di GB/T 2694—2023 (componenti portanti non inferiori a 86μm, componenti non portanti non inferiori a 65μm).

Terzo, aggiungere trattamento di passivazione post zincatura. Dopo la zincatura, i componenti possono essere trattati con passivazione al cromo o passivazione al cromo trivalente per formare un denso film di passivazione sulla superficie dello strato zincato. Il film di passivazione può isolare efficacemente lo strato zincato dai mezzi corrosivi esterni, prevenire l'ossidazione e la corrosione dello zinco, e migliorare ulteriormente la resistenza alla corrosione dei componenti. Allo stesso tempo, il film di passivazione può anche migliorare l'aspetto dello strato zincato e ridurne l'usura durante il trasporto e l'assemblaggio. Va notato che la passivazione del cromato comporta un certo inquinamento ambientale, quindi passivazione al cromo trivalente (passivazione per la protezione dell'ambiente) è raccomandato nell'applicazione pratica.

5.1.2 Migliora il processo di produzione e riduci i pericoli nascosti

I difetti nel processo di fabbricazione dei componenti porteranno alla riduzione della qualità dello strato zincato e all'aumento dei pericoli nascosti di corrosione. Perciò, il miglioramento del processo di produzione e l'eliminazione dei difetti nel processo di produzione sono misure importanti per migliorare la resistenza alla corrosione dei componenti zincati. Le misure specifiche includono:

Prima, eliminare lo stress residuo dei componenti. Durante il taglio verrà generata una grande quantità di stress residuo, curvatura, saldatura e altri processi di componenti. L'esistenza di tensioni residue non solo ridurrà le proprietà meccaniche dei componenti ma aumenterà anche il rischio di tensocorrosione. Perciò, dopo la produzione dei componenti, trattamento termico (come il trattamento di ricottura) oppure è opportuno adottare un trattamento di invecchiamento per vibrazione per eliminare le tensioni residue all'interno dei componenti. La temperatura di ricottura è controllata a 600-700 ℃, e il tempo di conservazione del calore è di 2-3 ore, che può effettivamente eliminare più di 80% dello stress residuo. Durante l'indagine in una grande fabbrica di produzione di torri, abbiamo scoperto che i componenti dopo il trattamento di invecchiamento per vibrazioni hanno un tasso di incidenza di fessurazioni da tensocorrosione 90% inferiore a quello dei componenti senza trattamento di eliminazione dello stress.

Secondo, migliorare la qualità della saldatura dei componenti. Difetti di saldatura (come crepe di saldatura, pori, penetrazione incompleta) comporterà una cattiva combinazione tra lo strato zincato e il substrato in corrispondenza dei giunti di saldatura, e i giunti di saldatura sono soggetti a corrosione. Perciò, il processo di saldatura dovrebbe essere ottimizzato: adottare una bacchetta di saldatura a basso contenuto di idrogeno o una tecnologia di saldatura con protezione a gas per ridurre i difetti di saldatura; controllare la temperatura e la velocità di saldatura per evitare la bruciatura dello strato zincato sui giunti di saldatura; per componenti che necessitano di essere saldati dopo la zincatura, uno speciale agente riparatore anticorrosivo (come la vernice ricca di zinco) deve essere utilizzato per il trattamento di ritocco dopo la saldatura per garantire l'integrità dello strato anticorrosivo sui giunti di saldatura.

Terzo, ottimizzare la progettazione strutturale dei componenti. La progettazione strutturale dei componenti dovrebbe evitare il più possibile la formazione di angoli morti e fessure, in modo da evitare l’accumulo di acqua piovana, polvere e mezzi corrosivi e riducono il verificarsi di corrosione interstiziale. Per esempio, le giunzioni delle piastre di collegamento dovranno essere predisposte con fori di drenaggio per facilitare lo scarico dell'acqua piovana; gli angoli dell'acciaio angolare e dell'acciaio per canali devono essere arrotondati per ridurre l'accumulo di polvere e sostanze corrosive; la superficie dei componenti deve essere quanto più liscia possibile per ridurre l'adesione dei mezzi corrosivi. Per componenti utilizzati nelle zone costiere e nelle aree industriali pesanti, la progettazione strutturale dovrebbe essere più propensa alla prevenzione della corrosione, e il numero delle fessure dovrebbe essere ridotto al massimo.

5.1.3 Seleziona materiali ad alte prestazioni e migliora la resistenza alla corrosione dei componenti

La selezione dei materiali dei componenti influisce direttamente sulla resistenza alla corrosione dei componenti zincati. Per torri di trasmissione utilizzate in diversi ambienti di servizio, dovrebbero essere selezionati materiali adeguati ad alte prestazioni per migliorare la resistenza complessiva alla corrosione dei componenti, ridurre il tasso di corrosione, e prolungare la durata. Suggerimenti specifici sono i seguenti:

Prima, selezionare acciaio resistente agli agenti atmosferici per componenti in ambienti con lieve corrosione. Acciaio resistente agli agenti atmosferici (come Q235NH, Q355NH) contiene elementi di lega come Cu, P, Cr, In, che può formare una pellicola protettiva densa e stabile sulla superficie nell'ambiente atmosferico. La pellicola protettiva può isolare efficacemente il substrato di acciaio dai mezzi corrosivi, svolgere un buon ruolo anticorrosivo. Il tasso di corrosione dell'acciaio resistente agli agenti atmosferici è 1/5-1/10 di quello dell'acciaio al carbonio ordinario. Sebbene il costo iniziale dell'acciaio resistente agli agenti atmosferici sia 15%-20% superiore a quello del normale acciaio al carbonio, i costi di funzionamento e manutenzione a lungo termine sono significativamente ridotti, che è adatto per torri nelle zone rurali, periferie e altri ambienti con lieve corrosione.

Secondo, selezionare acciaio legato in lega di alluminio zincato per componenti in ambienti con corrosione dura. Per torri in zone costiere, aree industriali pesanti e aree saline-alcaline, è possibile adottare acciaio legato in lega di alluminio zincato. Lo strato di lega di alluminio zincato è composto da 55% alluminio, 43.5% zinco e 1.5% silicio. La resistenza alla corrosione dello strato di lega è 2-3 volte quello dello strato di zinco puro. L'alluminio nello strato di lega può formare sulla superficie una densa pellicola protettiva Al₂O₃, che ha una forte resistenza alla corrosione di Cl⁻ e SO₂. Allo stesso tempo, lo strato di lega ha una buona adesione e resistenza all'usura, che può prevenire efficacemente la corrosione per vaiolatura e la corrosione interstiziale. Secondo i dati dei test di settore, può raggiungere la durata utile dei componenti in lega di alluminio zincato nelle zone costiere 40-50 anni, che è il doppio di quello dei componenti puri zincati a caldo.

Terzo, selezionare bulloni resistenti alla corrosione ad alta resistenza per il collegamento dei componenti. I bulloni ad alta resistenza sono componenti chiave di collegamento delle torri di trasmissione, e la loro rottura per corrosione influenzerà direttamente la stabilità strutturale della torre. Per bulloni utilizzati in ambienti difficili, bulloni resistenti alla corrosione ad alta resistenza (come i bulloni in lega di alluminio zincato 10.9S, bulloni in acciaio inossidabile) può essere selezionato. Questi bulloni non solo hanno un'elevata resistenza meccanica ma hanno anche una buona resistenza alla corrosione, che può efficacemente evitare inceppamenti e fratture da corrosione. Inoltre, la filettatura dei bulloni può essere rivestita con grasso anticorrosione per migliorare ulteriormente la resistenza alla corrosione.

5.2 Misure di protezione in fase di esercizio e manutenzione (Controllo del processo)

La fase di funzionamento e manutenzione è l'anello chiave per ritardare la corrosione dei componenti zincati e garantire il funzionamento sicuro delle torri di trasmissione. Anche se i componenti sono realizzati con alta qualità, sono necessari un funzionamento e una manutenzione scientifici e standardizzati per sfruttare appieno le loro prestazioni anticorrosive e prolungarne la durata. In combinazione con l'indagine delle stazioni di funzionamento e manutenzione e l'esperienza di funzionamento e manutenzione del settore delle condutture, le misure di protezione specifiche in fase di esercizio e manutenzione sono le seguenti:

5.2.1 Migliora il sistema di ispezione quotidiana e scopri tempestivamente i pericoli nascosti

Stabilire un sistema di ispezione quotidiana scientifico e perfetto è la premessa per scoprire tempestivamente i pericoli nascosti della corrosione ed eseguire una manutenzione mirata. Secondo la gravità dell'ambiente di servizio delle torri, per realizzarlo dovrebbe essere istituito un sistema di ispezione gerarchico “ispezione riservata, preciso preavviso”.

Prima, formulare un ciclo di ispezione gerarchico. Per torri in ambienti con corrosione aggressiva (zone costiere, aree industriali pesanti, aree ad alta umidità, aree saline-alcaline), il ciclo di ispezione dovrebbe essere ridotto a una volta al trimestre; per torri in ambienti con lieve corrosione (aree rurali, periferia), il ciclo di ispezione può essere una volta all'anno; per le torri chiave (come torri vicino a strutture importanti, torri di grande campata), il ciclo di ispezione dovrebbe essere ridotto a una volta al mese. Inoltre, dopo condizioni meteorologiche estreme (come una forte pioggia, vento forte, Nevicate), È necessario effettuare ulteriori ispezioni per verificare se lo strato zincato dei componenti è danneggiato e se è presente corrosione.

Secondo, adottare una combinazione di ispezione manuale e moderna tecnologia di rilevamento. L'ispezione manuale viene utilizzata principalmente per verificare evidenti fenomeni di corrosione dei componenti, come il distacco di un'ampia area dello strato zincato, ruggine rossa sul supporto, collegamenti allentati dei componenti, eccetera. Per pericoli nascosti di corrosione come la corrosione puntiforme, corrosione interstiziale e tensocorrosione, moderne tecnologie di rilevamento come i test a ultrasuoni, Dovrebbero essere introdotte la termografia a infrarossi e il monitoraggio dei sensori di corrosione. I test ad ultrasuoni possono rilevare la perdita della sezione trasversale dei componenti causata dalla corrosione; La termografia a infrarossi può rilevare la corrosione locale dei componenti rilevando la differenza di temperatura sulla superficie del componente; i sensori di corrosione possono monitorare il tasso di corrosione dei componenti in tempo reale e realizzare un allarme tempestivo di corrosione.

Terzo, istituire una piattaforma digitale di ispezione e gestione. Registrare i dati di ispezione (posizione della corrosione, tipo di corrosione, grado di corrosione, suggerimenti per la manutenzione, ecc.) nella piattaforma digitale, stabilire un “una torre un file” sistema di gestione. La piattaforma può analizzare e giudicare i dati sulla corrosione, prevedere l’andamento dello sviluppo della corrosione dei componenti, ed emettere attività di manutenzione automaticamente, in modo da realizzare l'informatizzazione e l'intelligenza del funzionamento e della manutenzione.

5.2.2 Rimozione tempestiva della ruggine, Rivestimento per ritocchi e corrosione ritardata

Una volta rilevata la corrosione durante l'ispezione, dovrebbe essere trattato in modo tempestivo in base al grado di corrosione per evitare l'ulteriore sviluppo della corrosione. Il principio di “trattamento graduato, misure adeguate” dovrebbero essere rispettati, e metodi di manutenzione diversi dovrebbero essere adottati a seconda del grado di corrosione:

Prima, trattamento della leggera corrosione. Per componenti con leggera corrosione (lo strato zincato è leggermente spolverato, nessuna esposizione del substrato, area di corrosione inferiore a 5%), è possibile utilizzare la molatura manuale o la sabbiatura per rimuovere la ruggine e lo strato zincato in polvere sulla superficie, e poi la vernice anticorrosione in tinta con lo strato zincato (come la vernice ricca di zinco, vernice al fluorocarburo) può essere applicato per il rivestimento di ritocco. Lo spessore dello strato di vernice per ritocchi deve essere coerente con lo strato zincato, generalmente 80-100μm. Quando si applica la vernice, la superficie dei componenti deve essere mantenuta pulita e asciutta per garantire l'adesione dello strato di vernice.

Secondo, trattamento della corrosione moderata. Per componenti con corrosione moderata (lo strato zincato è parzialmente staccato, il substrato è parzialmente esposto, l'area di corrosione è 5%-20%, la perdita trasversale è inferiore a 10%), È opportuno adottare la rimozione della ruggine tramite sabbiatura per rimuovere completamente la ruggine e lo strato zincato residuo sulla superficie, e quindi si dovrebbe effettuare una nuova zincatura o un trattamento di rivestimento anticorrosivo pesante. La rizincatura può ripristinare le prestazioni anticorrosive dei componenti al livello originale, ma il costo è relativamente alto; rivestimento anticorrosione pesante (come il rivestimento in PE a tre strati) ha una buona resistenza alla corrosione, basso costo, ed è adatto per componenti difficili da smontare e rigalvanizzare.

Terzo, trattamento della corrosione grave. Per componenti soggetti a forte corrosione (lo strato zincato è completamente staccato, il supporto è completamente esposto, area di corrosione superiore a 20%, perdita trasversale superiore a 10%), dovrebbero essere sostituiti in tempo per evitare incidenti di sicurezza. Quando si sostituiscono i componenti, dovrebbero essere selezionati nuovi componenti che soddisfino i requisiti di protezione dalla corrosione, e il processo di installazione dovrebbe essere standardizzato per evitare danni allo strato zincato durante l'installazione.

Inoltre, per torri in ambienti con corrosione aggressiva, è possibile effettuare la manutenzione periodica anticorrosione. Sulla superficie dello strato zincato può essere applicato ogni strato di rivestimento anticorrosivo 5-8 anni per formare a “strato zincato + rivestimento anticorrosione” doppio sistema di protezione, che può prolungare efficacemente la durata dei componenti.

5.2.3 Rafforzare la pulizia e la manutenzione e ridurre l'adesione del mezzo corrosivo

La pulizia regolare della superficie dei componenti della torre di trasmissione è una misura efficace per ridurre l'adesione dei mezzi corrosivi e ritardare la corrosione. Secondo l'ambiente di servizio delle torri, dovrebbero essere adottate misure mirate di pulizia e manutenzione:

Prima, pulizia di componenti in aree industriali. Per torri vicino ad aree industriali, la superficie dei componenti aderisce facilmente alla polvere, particelle di gas di scarico industriali e altri depositi corrosivi. Pistole ad acqua ad alta pressione (pressione dell'acqua controllata a 10-15MPa) può essere utilizzato per pulire regolarmente i componenti (una volta ogni 6 mesi). L'acqua utilizzata per la pulizia deve essere acqua di rubinetto pulita, e il detergente può essere aggiunto in modo appropriato per i depositi difficili da pulire. Dopo la pulizia, la superficie dei componenti deve essere asciugata in tempo per evitare la formazione di un velo d'acqua.

Secondo, pulizia dei componenti nelle zone costiere. Per torri in zone costiere, la superficie dei componenti aderisce facilmente ai depositi di nebbia salina (contenente Cl⁻). Dopo una forte pioggia, È necessario utilizzare acqua dolce per lavare la superficie dei componenti in tempo per ridurre la concentrazione di Cl⁻ sulla superficie. Per basi di torri e bulloni di ancoraggio, pulizia regolare (una volta ogni 3 mesi) può essere effettuato, e dopo la pulizia è possibile applicare grasso anticorrosivo per migliorare ulteriormente la resistenza alla corrosione.

Terzo, pulizia delle fessure dei componenti. Le fessure dei componenti (come giunti bullone-dado, Giunti angolari tra piastre di collegamento in acciaio) sono facili da accumulare polvere, acqua piovana e mezzi corrosivi. Per pulire regolarmente le fessure è possibile utilizzare una spazzola morbida o un compressore d'aria (una volta ogni 3 mesi) per rimuovere le sostanze accumulate ed evitare il verificarsi di corrosione interstiziale. Dopo la pulizia, il sigillante anticorrosivo può essere applicato alle fessure per bloccare l'invasione di mezzi corrosivi.

Quarto, protezione delle basi delle torri. Le basi della torre e i bulloni di ancoraggio sono sepolti nel terreno, che è facile da corrodere da sostanze corrosive nel terreno. Possono essere adottate misure come la realizzazione di fossati anticorrosione e strati isolanti: scavare fossati anticorrosione (larghezza 50 cm, profondità 60 cm) attorno alla base della torre, riempire i fossati con materiali anticorrosivi (come la ghiaia, asfalto), ed evitare che le sostanze corrosive presenti nel terreno invadano la base della torre; stendere uno strato isolante anticorrosione (come il feltro d'asfalto, pellicola di polietilene) tra la base della torre e il terreno per isolare il contatto tra la base della torre e il terreno corrosivo.

5.2.4 Stabilire un sistema di monitoraggio della corrosione e realizzare una manutenzione precisa

Con il rapido sviluppo della tecnologia digitale, Internet delle cose (IoT) e intelligenza artificiale, l'istituzione di un sistema intelligente di monitoraggio della corrosione è diventata la tendenza di sviluppo della protezione dalla corrosione dei componenti della torre di trasmissione. Il sistema è in grado di monitorare lo stato di corrosione dei componenti in tempo reale, realizzare un avviso tempestivo di corrosione e una manutenzione precisa, evitare la manutenzione della tenda, e ridurre i costi operativi e di manutenzione.

Prima, installare sensori di monitoraggio della corrosione. Sensori di corrosione (come i sensori di resistenza alla polarizzazione lineare, sensori di impedenza elettrochimica) sono installati su componenti chiave delle torri di trasmissione (gambe della torre principale, bulloni ad alta resistenza, basi di torri), che può monitorare il tasso di corrosione, potenziale di corrosione e parametri ambientali (umidità atmosferica, temperatura, Concentrazione di Cl⁻, Concentrazione di SO₂) dei componenti in tempo reale. I sensori sono collegati alla piattaforma di gestione del background tramite tecnologia di comunicazione wireless (come il 5G, LoRa), e i dati di monitoraggio vengono trasmessi alla piattaforma in tempo reale.

Secondo, costruire una piattaforma di analisi dei dati e di allarme rapido. La piattaforma in background raccoglie e archivia i dati di monitoraggio, e utilizza big data e algoritmi di intelligenza artificiale per analizzare i dati. Secondo il tasso di corrosione e i parametri ambientali, la piattaforma può prevedere l'andamento dello sviluppo della corrosione dei componenti, impostare un allarme rapido a tre livelli (normale, Attenzione, Pericolo), e fornire informazioni di allarme tempestivo al personale operativo e di manutenzione in tempo quando lo stato di corrosione supera la soglia di sicurezza.

Terzo, realizzare una manutenzione precisa basata sui dati di monitoraggio. Secondo i dati di monitoraggio e le informazioni di allarme rapido del sistema, il personale operativo e di manutenzione può eseguire interventi di manutenzione mirati: per componenti con stato di corrosione normale, non è necessaria alcuna manutenzione; per i componenti con preavviso di livello di attenzione, rafforzare l'ispezione e la pulizia; per componenti con segnalazione anticipata del livello di pericolo, effettuare la rimozione della ruggine, ritocco del rivestimento o sostituzione in tempo. Questo tipo di manutenzione precisa non solo migliora l'efficienza della manutenzione, ma riduce anche i costi operativi e di manutenzione. Secondo la pratica applicativa di una società di rete elettrica, il sistema intelligente di monitoraggio della corrosione può ridurre i costi di funzionamento e manutenzione delle torri 40%-50%.

5.3 Analisi del caso ingegneristico

Verificare l'effetto applicativo delle misure di protezione dalla corrosione di cui sopra, in questo capitolo viene presa come esempio di analisi la linea di trasmissione costiera da 220 kV di una determinata città della Cina orientale. La linea è lunga 86 km, con 218 torri di trasmissione. Si trova in un tipico ambiente atmosferico marino, con elevata umidità dell'aria (umidità relativa media annua 82%), elevata concentrazione di Cl⁻ (concentrazione media annua di Cl⁻ 0,08 mg/m³), e grave corrosione dei componenti zincati. Prima 2021, la linea ha adottato il tradizionale processo di zincatura a caldo e la modalità di ispezione manuale, e il problema della corrosione dei componenti era prominente. I componenti dovevano essere sostituiti in grandi quantità ogni 5 anni, e il costo annuale di funzionamento e manutenzione è stato superato 8 milioni di yuan.

In 2021, l'unità di esercizio e manutenzione ha effettuato una trasformazione anticorrosione completa della linea, adottando la combinazione di misure di prevenzione della fonte e di protezione del controllo del processo proposta in questo documento. Le misure specifiche di trasformazione sono le seguenti:

1. Trasformazione della fase produttiva: Tutti i componenti di ricambio adottano acciaio legato in alluminio zincato, e il processo di zincatura adotta la rimozione della ruggine mediante sabbiatura + lega di alluminio zincato a caldo + passivazione al cromo trivalente. Lo spessore dello strato di lega di alluminio zincato è controllato a 100-110μm, che è superiore allo standard nazionale. Allo stesso tempo, i componenti sono sottoposti a trattamento di invecchiamento vibro-vibrante per eliminare le tensioni residue; la progettazione strutturale dei componenti è ottimizzata, e vengono aggiunti fori di drenaggio sui giunti sovrapposti delle piastre di collegamento per ridurre la corrosione interstiziale.

2. Trasformazione delle fasi di esercizio e manutenzione: Viene istituito un sistema di ispezione gerarchico, e il ciclo di ispezione delle torri viene ridotto a una volta al trimestre. 50 vengono selezionate le torri chiave per installare i sensori di monitoraggio della corrosione, inoltre, è stata creata una piattaforma intelligente di monitoraggio della corrosione e di allarme rapido per realizzare il monitoraggio in tempo reale dello stato di corrosione dei componenti; i componenti vengono puliti ogni giorno con acqua dolce 6 mesi per rimuovere i depositi di nebbia salina; per componenti con leggera corrosione, vengono eseguiti tempestivamente la rimozione della ruggine e il ritocco del rivestimento, e per il ritocco viene utilizzata la vernice ricca di zinco abbinata allo strato di lega di alluminio zincato; le basi delle torri sono dotate di fossati anticorrosione e strati isolanti per prevenire la corrosione del terreno.

Dopo 3 anni di attività (2021-2024), l'unità operativa e di manutenzione ha condotto un'ispezione e una valutazione completa della linea. I risultati dell'ispezione mostrano che l'effetto di trasformazione è notevole:

1. Stato di corrosione dei componenti: Il tasso di integrità dello strato di componenti in lega di alluminio zincato è superiore a 95%, e non vi è alcuna evidente corrosione per vaiolatura, corrosione interstiziale e tensocorrosione. Soltanto 3% dei componenti presentano una leggera spolveratura dello strato di lega di alluminio zincato, e non si verifica alcuna esposizione del substrato. La perdita trasversale dei componenti è inferiore a 2%, che è di gran lunga inferiore al range consentito di sicurezza (10%).

2. Costo di esercizio e manutenzione: Il costo annuale di esercizio e manutenzione della linea è ridotto a 3.2 milioni di yuan, che è 60% inferiore a quello prima della trasformazione (8 milioni di yuan). Il numero di sostituzioni dei componenti è ridotto da 200 all'anno a 15 all'anno, che riduce notevolmente il carico di lavoro e i costi di manutenzione.

3. Previsione della vita utile: Secondo il tasso di corrosione monitorato dal sistema, si prevede che la vita utile dei componenti venga raggiunta 45-50 anni, che è il doppio di quello dei componenti originali zincati a caldo puri (20-25 anni).

Questo caso dimostra pienamente che la combinazione di misure di protezione nella fase di produzione (ottimizzazione del processo di zincatura, miglioramento del processo di produzione, selezionando materiali ad alte prestazioni) e fase di funzionamento e manutenzione (miglioramento del sistema di ispezione, manutenzione tempestiva, rafforzamento della pulizia, istituire un sistema di monitoraggio intelligente) può risolvere efficacemente il problema della corrosione dei componenti zincati in ambienti difficili, migliorare la resistenza alla corrosione dei componenti, ridurre i costi operativi e di manutenzione, e prolungare la vita utile delle torri di trasmissione. Le misure di protezione proposte in questo documento hanno una forte praticità e operabilità, e può fornire riferimento per la protezione dalla corrosione dei componenti zincati delle torri di trasmissione in ambienti simili.

6. Problemi attuali e prospettive di sviluppo futuro

6.1 Problemi attuali

Con il continuo sviluppo del settore energetico e il continuo miglioramento della tecnologia anticorrosione, in Cina sono stati compiuti grandi progressi nella protezione dalla corrosione dei componenti zincati delle torri di trasmissione. però, combinato con la pratica investigativa dell’autore e la ricerca di settore, ci sono ancora alcuni problemi importanti nell’applicazione pratica, che limitano l’ulteriore miglioramento del livello di protezione dalla corrosione dei componenti zincati. I problemi specifici sono i seguenti:

Prima, la qualità del processo di zincatura in alcuni stabilimenti manifatturieri di piccole e medie dimensioni non è all'altezza degli standard. A causa delle limitazioni di capitale, tecnologia e attrezzature, alcune fabbriche di produzione di torri di piccole e medie dimensioni adottano ancora il tradizionale decapaggio antiruggine + processo di zincatura a caldo, e il controllo dei parametri di zincatura (temperatura della soluzione di zinco, tempo di immersione) non è severo, con conseguente spessore irregolare dello strato zincato, scarsa adesione e bassa resistenza alla corrosione dei componenti. Durante le indagini, l'abbiamo trovato 40% degli stabilimenti manifatturieri di piccole e medie dimensioni hanno il problema dello spessore dello strato zincato non qualificato, e il tasso di corrosione dei componenti prodotti da queste fabbriche lo è 2-3 volte quello delle fabbriche standard su larga scala. Inoltre, alcune fabbriche hanno fatto dei tagli per ridurre i costi, utilizzando lingotti di zinco di bassa qualità e pretrattamenti incompleti, che riduce ulteriormente la qualità dello strato zincato.

Secondo, il livello di funzionamento e manutenzione è sbilanciato. Esiste un ampio divario nel livello di funzionamento e manutenzione delle torri di trasmissione tra le diverse regioni e le diverse unità di funzionamento e manutenzione. Nelle regioni sviluppate e nelle grandi società di reti elettriche, il concetto di funzionamento e manutenzione è avanzato, le moderne tecnologie di rilevamento e i sistemi di monitoraggio intelligenti sono ampiamente utilizzati, e il livello di protezione dalla corrosione è elevato. però, in aree remote e piccole società di rete elettrica, per insufficienza di manodopera, fondi e forza tecnica, la modalità di funzionamento e manutenzione è all'indietro, il ciclo di ispezione è lungo, la manutenzione non è puntuale, e il problema della corrosione dei componenti è prominente. Durante le indagini, abbiamo scoperto che il tasso di guasto per corrosione dei componenti in aree remote è 3-4 volte quello delle aree sviluppate.

Terzo, la ricerca e l’applicazione di nuove tecnologie anticorrosione sono insufficienti. In questo momento, la protezione dalla corrosione dei componenti zincati in Cina si basa ancora principalmente sulle tradizionali tecnologie di zincatura a caldo e rivestimento anticorrosivo. La ricerca e l'applicazione di nuove tecnologie anticorrosione (come il nano rivestimento anticorrosivo, strato composito anticorrosivo, tecnologia degli inibitori della corrosione) sono ancora in fase sperimentale o di applicazione su piccola scala, e non sono stati ampiamente promossi. Alcune nuove tecnologie anticorrosione presentano il vantaggio di un'elevata resistenza alla corrosione, protezione dell'ambiente e lunga durata, ma a causa dei costi elevati, tecnologia immatura e mancanza di standard pertinenti, sono difficili da applicare su larga scala.

Quarto, le norme e le specifiche pertinenti devono essere ulteriormente migliorate. Sebbene esistano standard nazionali pertinenti (come GB/T 2694-2023) per la qualità della zincatura e la protezione dalla corrosione dei componenti della torre di trasmissione, questi standard si rivolgono principalmente al tradizionale processo di zincatura e alle comuni misure di protezione dalla corrosione, e mancano standard e specifiche dettagliate per le nuove tecnologie anticorrosione, nuovi materiali e sistemi di monitoraggio intelligenti. Allo stesso tempo, gli standard per la valutazione dell'effetto di protezione dalla corrosione non sono perfetti, che è difficile valutare con precisione la resistenza alla corrosione e la durata dei componenti.

6.2 Prospettiva di sviluppo futuro

Con l'avanzamento approfondito del “doppio carbonio” obiettivo strategico, la costruzione di un nuovo sistema energetico sta accelerando, e progetti UHV, i progetti di trasmissione a supporto di nuova energia e i progetti di trasmissione interregionali sono in continua espansione. L'ambiente di servizio delle torri di trasmissione sta diventando più complesso, e i requisiti per la resistenza alla corrosione dei componenti zincati stanno diventando sempre più elevati. In combinazione con la tendenza allo sviluppo della tecnologia anticorrosione in patria e all'estero e con la conoscenza professionale del settore delle condutture, la prospettiva di sviluppo futuro della protezione dalla corrosione dei componenti zincati delle torri di trasmissione si riflette principalmente nei seguenti aspetti:

Prima, lo sviluppo di prestazioni elevate, protezione dell'ambiente e materiali anticorrosivi di lunga durata. Nel futuro, la ricerca e lo sviluppo di nuovi materiali anticorrosione sarà focalizzata sulle alte prestazioni, protezione dell'ambiente e lunga durata. Da un lato, ottimizzare la formula della lega di alluminio zincato, aggiungere elementi di terre rare (come il cerio, lantanio) per migliorare la resistenza alla corrosione e l'adesione dello strato di lega; d'altra parte, sviluppare nuovi rivestimenti anticorrosivi per la protezione dell'ambiente (come i rivestimenti nanocompositi, rivestimenti anticorrosivi a base acqua), che presentano i vantaggi di non tossico, privo di inquinamento, elevata resistenza alla corrosione e buona adesione, e sostituire gradualmente i tradizionali rivestimenti anticorrosivi tossici e nocivi. Inoltre, la ricerca e l'applicazione di materiali compositi resistenti alla corrosione (come i materiali compositi plastici rinforzati con fibre) sarà rafforzato. Questi materiali hanno un'eccellente resistenza alla corrosione e leggerezza, che può ridurre efficacemente il carico di corrosione dei componenti.

Secondo, l'intelligenza del monitoraggio della corrosione, del funzionamento e della manutenzione. Con lo sviluppo dell’Internet delle cose, big data e intelligenza artificiale, il monitoraggio della corrosione, il funzionamento e la manutenzione dei componenti zincati si svilupperanno verso l'intelligenza e l'informatizzazione. Il sistema intelligente di monitoraggio della corrosione sarà ampiamente promosso, e sensori di corrosione, sensori di temperatura e umidità, sensori di gas e altre apparecchiature saranno installati su tutte le torri chiave per realizzare il monitoraggio in tempo reale dello stato di corrosione e dei parametri ambientali dei componenti. La piattaforma in background utilizzerà algoritmi di intelligenza artificiale per analizzare i dati di monitoraggio, prevedere l’andamento dello sviluppo della corrosione, e realizzare un allarme precoce automatico e una manutenzione intelligente. Allo stesso tempo, verrà divulgata l’applicazione di droni e robot nell’ispezione delle torri di trasmissione, che migliorerà l'efficienza e l'accuratezza dell'ispezione, e ridurre il carico di lavoro dell'ispezione manuale.

Terzo, la standardizzazione e il perfezionamento dei processi di produzione, funzionamento e manutenzione. Nel futuro, i dipartimenti nazionali competenti miglioreranno ulteriormente gli standard e le specifiche per la protezione dalla corrosione dei componenti zincati, formulare standard dettagliati per le nuove tecnologie anticorrosione, nuovi materiali e sistemi di monitoraggio intelligenti, e standardizzare i processi di produzione, funzionamento e manutenzione. Le fabbriche di produzione rafforzeranno il controllo di qualità dell’intero processo, adottare apparecchiature di produzione avanzate e tecnologie di rilevamento, e garantire la qualità dei componenti zincati. Le unità operative e di manutenzione istituiranno un sistema operativo e di manutenzione più raffinato, implementare una protezione classificata e una manutenzione precisa in base all'ambiente di servizio e allo stato di corrosione dei componenti, e migliorare il livello di funzionamento e manutenzione.

Quarto, l'integrazione della tecnologia di protezione dalla corrosione nel settore delle condutture e nel campo delle torri di trasmissione. Il meccanismo di corrosione e la logica di protezione dei componenti metallici nel settore delle tubazioni e nel campo delle torri di trasmissione sono molto simili. Nel futuro, l'integrazione e lo scambio di tecnologie di protezione dalla corrosione tra i due settori saranno rafforzati. Le tecnologie anticorrosione mature nel settore delle condutture (come il rivestimento in PE a tre strati, tecnologia degli inibitori della corrosione, sistema intelligente di monitoraggio della corrosione) sarà applicato alla protezione dalla corrosione dei componenti della torre di trasmissione, e l'esperienza pratica dei componenti delle torri di trasmissione nella protezione dalla corrosione atmosferica esterna verrà utilizzata per arricchire il sistema tecnologico anticorrosione del settore delle condutture, in modo da realizzare lo sviluppo comune e il progresso dei due campi.

Quinto, lo sviluppo verde e a basse emissioni di carbonio della protezione dalla corrosione. Sotto lo sfondo del “doppio carbonio” obiettivo strategico, la protezione dalla corrosione dei componenti zincati si svilupperà verso un approccio ecologico e a basse emissioni di carbonio. Il tradizionale processo di zincatura sarà ottimizzato per ridurre il consumo energetico e l’inquinamento ambientale; la ricerca e l'applicazione di materiali e tecnologie anticorrosione per la protezione dell'ambiente saranno rafforzate per ridurre l'impatto ambientale; la durata dei componenti sarà prolungata attraverso misure di protezione scientifica, riducendo la frequenza di sostituzione dei componenti e realizzando il riciclo delle risorse. Per esempio, lo strato zincato di scarto può essere riciclato e riutilizzato, ridurre lo spreco di risorse e l’inquinamento ambientale.

7. Conclusione

Le torri di trasmissione sono l'infrastruttura di supporto centrale della rete di trasmissione di energia, e il loro funzionamento sicuro e stabile è direttamente correlato alla sicurezza energetica nazionale e allo sviluppo sociale ed economico. Componenti zincati, come componenti principali delle torri di trasmissione, fare affidamento sul meccanismo di protezione dell'anodo sacrificale dello strato zincato per ottenere effetti anticorrosivi, che sono ampiamente utilizzati nel settore energetico. però, nel complesso ambiente di servizio esterno a lungo termine, i componenti zincati sono soggetti a cedimento per corrosione sotto l'azione combinata di fattori ambientali, fattori propri dei componenti, fattori di processo e fattori di funzionamento e manutenzione, che non solo aumenta i costi operativi e di manutenzione, ma comporta anche gravi rischi potenziali per la sicurezza della rete di trasmissione di energia.

Basato sull'esperienza pratica del corso dell'autore come studente universitario specializzato nel settore delle condutture, risultati delle indagini in loco, dati di ricerche di settore e casi di ingegneria, questo articolo studia sistematicamente i problemi di corrosione e le misure di protezione dei componenti zincati delle torri di trasmissione, e trae le seguenti principali conclusioni:

1. La corrosione dei componenti zincati è un processo completo di corrosione elettrochimica e corrosione chimica, tra cui la principale è la corrosione elettrochimica. Quando lo strato zincato è intatto, lo zinco funge da anodo sacrificale per proteggere il substrato di acciaio; quando lo strato zincato è danneggiato, il substrato di acciaio subirà una rapida corrosione elettrochimica, portando al guasto del componente. La corrosione dei componenti zincati si divide principalmente in quattro tipologie: corrosione uniforme, corrosione per vaiolatura, corrosione interstiziale e tensocorrosione. Tra loro, la corrosione per vaiolatura e la tensocorrosione sono le più pericolose, con forte occultamento e rapido tasso di corrosione, quali sono i punti chiave della protezione dalla corrosione.

2. I principali fattori che influenzano la corrosione dei componenti zincati comprendono quattro categorie: fattori ambientali, fattori propri dei componenti, fattori di processo e fattori di funzionamento e manutenzione. Tra loro, fattori ambientali (umidità atmosferica, mezzi corrosivi) sono i principali fattori che influenzano, i fattori di processo determinano la resistenza alla corrosione iniziale dei componenti, e i fattori di funzionamento e manutenzione determinano la durata di servizio dei componenti. Il grado di corrosione dei componenti con le stesse specifiche e durata di servizio varia notevolmente in ambienti diversi, diversi processi produttivi e diversi livelli di funzionamento e manutenzione.

3. La protezione dalla corrosione dei componenti zincati dovrebbe rispettare il principio di “innanzitutto la prevenzione, combinazione di prevenzione e controllo, e classificazione della protezione”, e adottare misure di protezione mirate sin dalla fase di produzione e dalla fase di funzionamento e manutenzione. Nella fase di produzione, la resistenza alla corrosione dei componenti può essere sostanzialmente migliorata ottimizzando il processo di zincatura (adottando la rimozione della ruggine mediante sabbiatura, controllando rigorosamente i parametri di zincatura), migliorare il processo di produzione (eliminando lo stress residuo, migliorare la qualità della saldatura) e selezionando materiali ad alte prestazioni (acciaio legato in lega di alluminio zincato, acciaio resistente agli agenti atmosferici). Nella fase di funzionamento e manutenzione, la durata dei componenti può essere efficacemente estesa migliorando il sistema di ispezione, eseguendo tempestivamente la rimozione della ruggine e il ritocco del rivestimento, rafforzamento della pulizia e della manutenzione, e la creazione di un sistema intelligente di monitoraggio della corrosione.

4. L'analisi del caso ingegneristico mostra che la combinazione di prevenzione della fonte (fase di produzione) e controllo del processo (fase di esercizio e manutenzione) può risolvere efficacemente il problema della corrosione dei componenti zincati in ambienti difficili. Dopo la completa trasformazione anticorrosione della linea di trasmissione costiera da 220 kV, il grado di corrosione dei componenti è notevolmente ridotto, il costo di funzionamento e manutenzione è ridotto di 60%, e si prevede che la vita utile dei componenti raggiungerà 45-50 anni, che verifica pienamente la fattibilità e l’operatività delle misure di protezione proposte nel presente documento.

5. In questo momento, ci sono ancora alcuni problemi nella protezione dalla corrosione dei componenti zincati in Cina, come la qualità di zincatura non qualificata di alcune fabbriche di piccole e medie dimensioni, livello di funzionamento e manutenzione sbilanciato, ricerca e applicazione insufficienti di nuove tecnologie anticorrosione, e norme pertinenti imperfette. Nel futuro, la protezione dalla corrosione dei componenti zincati si svilupperà verso prestazioni elevate, intelligente, standardizzato, verde e a basso contenuto di carbonio, e l'integrazione della tecnologia anticorrosione tra l'industria delle condutture e il campo delle torri di trasmissione sarà rafforzata per migliorare ulteriormente il livello di protezione dalla corrosione.

Come studente universitario specializzato nel settore delle condutture, attraverso questa ricerca, Ho una conoscenza più approfondita del meccanismo di corrosione e della tecnologia di protezione dei componenti metallici, e si è anche reso conto dell'importanza della protezione dalla corrosione per la sicurezza delle infrastrutture. I risultati della ricerca di questo documento non solo forniscono un riferimento pratico per la pratica ingegneristica della protezione dalla corrosione dei componenti zincati delle torri di trasmissione, ma offrono anche un riferimento per la ricerca anticorrosione dei relativi componenti metallici nel settore delle condutture.. A causa dei limiti del livello professionale dell’autore, ambito di indagine e profondità della ricerca, ci sono ancora alcune carenze in questo documento. Per esempio, la ricerca sul meccanismo di corrosione dei componenti zincati in ambienti estremi (come l'alta quota, temperatura ultrabassa) non è sufficientemente approfondito, e la ricerca su nuove tecnologie anticorrosione è relativamente preliminare. Nel futuro, Continuerò a studiare ed esplorare, approfondire la ricerca sulle tecnologie rilevanti, e contribuire con le mie forze alla sicurezza delle infrastrutture nazionali e allo sviluppo dell'industria anticorrosione.