Nghiên cứu về lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn cho các tháp truyền tải

1. Tầm quan trọng của bảo vệ chống ăn mòn đối với các tháp truyền tải

tháp đường dây truyền tải, Các thành phần quan trọng của mạng lưới phân phối điện, được tiếp xúc với các điều kiện môi trường khắc nghiệt như độ ẩm, Xịt muối, Mưa axit, và biến động nhiệt độ. Những điều kiện này tăng tốc ăn mòn, thỏa hiệp tính toàn vẹn về cấu trúc và giảm tuổi thọ dịch vụ, thường được thiết kế trong 30 năm50 năm. Ăn mòn, chủ yếu được điều khiển bởi các phản ứng điện hóa giữa các yếu tố thép và môi trường như oxy và độ ẩm, có thể dẫn đến mất vật liệu, phần mỏng, và tăng nguy cơ thất bại dưới tải động. Ở Trung Quốc, tiêu chuẩn như GB / T 2694-2018 bắt buộc các biện pháp chống ăn mòn mạnh mẽ, với mạ kẽm nhúng nóng là phương pháp chính. Tuy nhiên, Những thách thức về môi trường phát triển và nhu cầu về độ bền mở rộng đã thúc đẩy nghiên cứu vào các hệ thống phủ nâng cao, bao gồm hợp kim nhôm kẽm, Lớp phủ hữu cơ, và hệ thống lai. Những tiến bộ này nhằm mục đích tăng cường khả năng chống ăn mòn, giảm 10% chi phí bảo trì, và kéo dài tuổi thọ tháp lên 15 năm20 năm trong môi trường hung hăng như vùng ven biển hoặc công nghiệp.

Ý nghĩa kinh tế và an toàn của ăn mòn là rất quan trọng. Một tòa tháp bị ăn mòn có thể mất tới 5 trận10% diện tích cắt ngang của nó trong 10 nhiều năm ở vùng ăn mòn cao, Tăng nồng độ căng thẳng và rủi ro thất bại. Các nghiên cứu chỉ ra rằng chi phí bảo trì cho các tòa tháp bị ăn mòn chiếm 15 %% tổng chi phí vòng đời. Lớp phủ nâng cao, chẳng hạn như kẽm-nhôm-magiê (Zn-al-mg) hợp kim, đã thể hiện hiệu suất vượt trội, Giảm tỷ lệ ăn mòn 30% 50% so với lớp phủ kẽm truyền thống. Nghiên cứu cũng khám phá các lớp phủ thân thiện với môi trường để đáp ứng các quy định môi trường chặt chẽ hơn, Giảm thiểu việc sử dụng các chất nguy hiểm như các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC). Việc tích hợp lớp phủ thông minh với các đặc tính tự phục hồi là một lĩnh vực mới nổi, Cung cấp tiềm năng để giảm tần suất kiểm tra và mở rộng khoảng thời gian bảo trì.

2. Mạ kẽm nhúng nóng truyền thống và những hạn chế của nó

Mạ kẽm nhúng nóng, được chỉ định trong GB / T 470, là phương pháp chống ăn mòn được sử dụng rộng rãi nhất cho các tháp truyền dẫn. Quá trình này liên quan đến các thành phần thép chìm trong bể kẽm nóng chảy ở 450 nhiệt460 ° C, tạo thành lớp phủ kẽm có độ dày 80100100. Lớp phủ này hoạt động như một cực dương hy sinh, ăn mòn ưu tiên để bảo vệ thép cơ bản, và cung cấp một rào cản chống lại tiếp xúc với môi trường. Độ bền của lớp kẽm được chi phối bởi độ dày và độ ăn mòn môi trường của nó, với tốc độ ăn mòn điển hình là 1 trận3. Ở vùng khí hậu vừa phải, Kính mạ kẽm nóng đảm bảo tuổi thọ 20 năm30, Căn chỉnh với GB / T 2694-2018 Yêu cầu.

Mặc dù hiệu quả của nó, mạ kẽm nhúng nóng có những hạn chế. Trong môi trường ăn mòn cao, chẳng hạn như vùng ven biển hoặc công nghiệp có nồng độ clorua cao hoặc lưu huỳnh, Lớp phủ kẽm suy giảm nhanh hơn, Giảm tuổi thọ tháp 10 năm15. Dòng chảy kẽm trong quá trình ăn mòn cũng có thể đặt ra những lo ngại về môi trường, nhắc nhở nghiên cứu về các lớp phủ thay thế. Quá trình sử dụng nhiều năng lượng, Đóng góp cho 5 trận10% chi phí sản xuất, và yêu cầu kiểm soát cẩn thận để tránh các khuyết tật như nhỏ giọt kẽm hoặc độ dày không đều, có thể tăng trọng lượng 2% 5% và ảnh hưởng đến tính toán cấu trúc. hơn nữa, mạ kẽm ít hiệu quả hơn chống ăn mòn cục bộ, chẳng hạn như rỗ, có thể bắt đầu các vết nứt dưới tải theo chu kỳ. Những hạn chế này đã thúc đẩy nghiên cứu về các lớp phủ nâng cao cung cấp sự bảo vệ và tính bền vững vượt trội.

3. Hệ thống lớp phủ nâng cao: Hợp kim kẽm-nhôm và Zn-Al-MG

Kẽm-nhôm (Zn-al) và kẽm-nhôm-magiê (Zn-al-mg) Lớp phủ hợp kim đã xuất hiện như các lựa chọn thay thế vượt trội so với mạ điện truyền thống. Lớp phủ Zn-al, Thông thường chứa 5 lớp15% nhôm, tạo thành một cấu trúc pha kép với các vùng giàu kẽm và giàu nhôm, Tăng cường bảo vệ rào cản và giảm tỷ lệ ăn mòn 20% so với kẽm tinh khiết. Lớp phủ Zn-al-Mg, với 1 magiê 3%, cải thiện hiệu suất hơn nữa bằng cách hình thành một, Lớp sản phẩm ăn mòn tự phục hồi ức chế sự xuống cấp hơn nữa. Các xét nghiệm trong buồng phun muối (mỗi GB / T 10125) Hiển thị lớp phủ Zn-al-Mg làm giảm tỷ lệ ăn mòn xuống 0,3, kéo dài tuổi thọ dịch vụ lên 40 năm50 năm trong môi trường hung hăng.

Việc áp dụng các hợp kim này liên quan đến các quá trình nhúng nóng tương tự như mạ điện nhưng đòi hỏi phải kiểm soát chính xác thành phần tắm và nhiệt độ (440Mùi450 ° C.). Các lớp phủ mỏng hơn (50Hàng8080) Tuy nhiên, bền hơn do cấu trúc vi mô phức tạp của chúng, chống lại sự ăn mòn của rỗ và kẽ hở. Các nghiên cứu thực địa ở các khu vực ven biển chứng minh rằng các tòa tháp được phủ Zn-al-Mg 50% Mất phần ít hơn các tháp phủ kẽm sau 10 năm. Tuy nhiên, Những thách thức bao gồm chi phí ban đầu cao hơn (10–15% nhiều hơn kẽm) và nhu cầu về thiết bị chuyên dụng. Những lớp phủ này cũng tuân thủ các quy định về môi trường bằng cách giảm dòng kẽm, phù hợp với các mục tiêu bền vững toàn cầu.

4. Hệ thống phủ hữu cơ và lai

Lớp phủ hữu cơ, chẳng hạn như epoxy, polyurethane, và các hệ thống dựa trên acrylic, ngày càng được sử dụng làm bảo vệ bổ sung cho các tháp truyền tải, Thường được áp dụng trên các bề mặt mạ kẽm để tạo ra các hệ thống lai. Lớp phủ epoxy cung cấp độ bám dính tuyệt vời và khả năng chống hóa học, Trong khi topcoats polyurethane tăng cường khả năng chống tia cực tím và độ bền. Những lớp phủ này, Thông thường, dày 100200200, Giảm tỷ lệ ăn mòn xuống 0,1 .11m1/năm trong môi trường đô thị. Hệ thống lai, Kết hợp mạ kẽm với Topcoats hữu cơ, Cung cấp bảo vệ hiệp đồng, kéo dài tuổi thọ dịch vụ thêm 20 năm30 năm so với việc mạ điện một mình.

Phương pháp ứng dụng bao gồm phun, chải, hoặc nhúng lớp phủ, với chuẩn bị bề mặt (ví dụ, Làm cát để 2.5 mỗi ISO 8501-1) rất quan trọng để đảm bảo độ bám dính. Những thách thức bao gồm chi phí ứng dụng cao hơn (15Nhiều hơn 25% so với mạ điện) và nhu cầu phục hồi định kỳ cứ sau 101515 năm. Mối quan tâm về môi trường, chẳng hạn như khí thải VOC trong quá trình áp dụng, được giải quyết thông qua các lớp phủ dựa trên nước hoặc thấp, tuân thủ các quy định như Trung Quốc GB 30981. Các thử nghiệm hiện trường cho thấy các hệ thống hybrid giảm tần suất bảo trì 30% 40%, đặc biệt ở các khu vực công nghiệp có nồng độ dioxide lưu huỳnh cao.

5. Thử nghiệm môi trường và điện hóa

Đánh giá hiệu suất của lớp phủ chống ăn mòn đòi hỏi phải thử nghiệm nghiêm ngặt trong điều kiện mô phỏng và thực tế. Thử nghiệm xịt muối (GB / T 10125) Mô phỏng môi trường ven biển, Hiển thị các mẫu được phủ lên một 5% Dung dịch NaCl ở 35 ° C. Lớp phủ Zn-al-Mg cho thấy sự hình thành rỉ sét màu đỏ sau 3000 giờ4000 giờ, so với 1000 Lỗi1500 giờ đối với lớp phủ kẽm. Quang phổ trở kháng điện hóa (Eis) Biện pháp điện trở lớp phủ, với lớp phủ Zn-al-Mg thể hiện giá trị trở kháng cao gấp 2 lần 3 lần so với kẽm, chỉ ra các thuộc tính rào cản tốt hơn. Các thử nghiệm hiện trường ở các vùng ven biển xác nhận những kết quả này, với các tháp được phủ Zn-al-Mg cho thấy ít ăn mòn hơn 50% 5 năm.

Các bài kiểm tra phong hóa tăng tốc, mỗi ISO 12944, Đánh giá độ bền của lớp phủ khi tiếp xúc với tia cực tím và đạp xe nhiệt độ. Lớp phủ hữu cơ duy trì độ bóng và độ bám dính sau khi 2000 giờ, Trong khi các hệ thống lai cho thấy sự xuống cấp tối thiểu. Kiểm tra không phá hủy (NDT), chẳng hạn như đo độ dày siêu âm, theo dõi sự suy giảm lớp phủ trong dịch vụ, Đảm bảo tuân thủ GB / T 2694-2018. Những bài kiểm tra này thông báo lịch bảo trì, Giảm thời gian ngừng hoạt động 203030% thông qua các chiến lược dự đoán.

6. So sánh hệ thống lớp phủ

So sánh các hệ thống phủ cho các tháp truyền dẫn liên quan đến việc đánh giá khả năng chống ăn mòn, trị giá, Sự phức tạp của ứng dụng, và tác động môi trường. Mạ kẽm nhúng nóng có hiệu quả về chi phí nhưng bị hạn chế trong môi trường tích cực, với tốc độ ăn mòn là 1 trận10. Lớp phủ Zn-al và Zn-al-Mg cung cấp độ bền vượt trội (0.3Mạnh5 5m/năm) Nhưng tăng chi phí 5 %. Lớp phủ hữu cơ cung cấp sự bảo vệ tuyệt vời (0.1Mạnh112/năm) nhưng yêu cầu tính toán lại định kỳ, Trong khi các hệ thống lai đạt được tỷ lệ ăn mòn thấp nhất (0.05Hàng0.5 .5m/năm) với chi phí cao nhất (20Càng nhiều hơn 30% so với mạ điện).

Trong các khu vực ven biển, Các hệ thống Zn-al-MG và lai tạo ra sự mạ kẽm, giảm chi phí bảo trì 30% 40%. Lớp phủ hữu cơ là lý tưởng cho các thiết lập đô thị với độ ăn mòn vừa phải, Trong khi mạ điện vẫn phù hợp với khu vực nông thôn. Cân nhắc về môi trường ủng hộ Zn-al-Mg và lớp phủ hữu cơ VOC thấp do giảm dòng kẽm và khí thải.

7. Những tiến bộ trong lớp phủ thông minh và tự phục hồi

Lớp phủ thông minh với các đặc tính tự phục hồi thể hiện sự phát triển tiên tiến trong bảo vệ chống ăn mòn. Những lớp phủ này, Thường kết hợp các viên nang vi mô chứa đầy chất ức chế ăn mòn (ví dụ, Benzotriazole), sửa chữa thiệt hại nhỏ một cách tự động, giảm tỷ lệ ăn mòn 40% 50%. Các thử nghiệm cho thấy lớp phủ tự chữa lành. Lớp phủ dựa trên công nghệ nano, Sử dụng các hạt nano graphene hoặc silica, Tăng cường tính chất rào cản, Đạt được tốc độ ăn mòn thấp tới 0,01..

Các thách thức ứng dụng bao gồm chi phí cao (30Nhiều hơn 50% so với mạ điện) và các quy trình sản xuất phức tạp. Các thử nghiệm thực địa đang diễn ra, với kết quả sơ bộ cho thấy giảm 20 0% chi phí bảo trì cho các tòa tháp trong môi trường tích cực. Những lớp phủ này phù hợp với ngành công nghiệp 4.0 xu hướng, Tích hợp với các cảm biến để theo dõi sự ăn mòn trong thời gian thực, Cải thiện hiệu quả bảo trì dự đoán bằng 15 trận20%.

8. Cân nhắc về quy định và môi trường

Lớp phủ chống ăn mòn phải tuân thủ các tiêu chuẩn như GB / T 2694-2018 và các quy định môi trường như GB 30981, Giới hạn phát thải VOC nào. Lớp phủ hữu cơ Zn-al-Mg và low-Voc đáp ứng các yêu cầu này, Giảm tác động môi trường xuống 203030% so với lớp phủ kẽm truyền thống. Các cơ quan quản lý cũng bắt buộc các yếu tố an toàn là 1,5 Hàng2.0 cho thiết kế tháp, Đảm bảo lớp phủ không thỏa hiệp tính toàn vẹn về cấu trúc. Kiểm tra tại chức, Sử dụng các phương thức NDT, Xác minh hiệu suất lớp phủ, với lịch bảo trì phù hợp với DL/T 1248-2013.

Mối quan tâm về môi trường, chẳng hạn như dòng kẽm, Thúc đẩy việc áp dụng lớp phủ bền vững. Lớp phủ Zn-al-MG làm giảm dòng chảy bằng cách 50%, Trong khi lớp phủ hữu cơ dựa trên nước giảm thiểu phát thải VOC. Yêu cầu về thẩm mỹ ở khu vực đô thị có thể đòi hỏi phải có lớp phủ phù hợp màu sắc, Tăng chi phí 5 trận10%.

9. Xu hướng và thách thức trong tương lai

Tương lai của lớp phủ chống ăn mòn cho các tháp truyền dẫn nằm ở bền vững, Hệ thống hiệu suất cao. Lớp phủ dựa trên công nghệ nano và công nghệ tự phục hồi dự kiến ​​sẽ thống trị, giảm tỷ lệ ăn mòn 50 trận70% và chi phí bảo trì 20 0%. Tích hợp với các cảm biến thông minh để theo dõi ăn mòn thời gian thực sẽ tăng cường bảo trì dự đoán, giảm thời gian ngừng hoạt động 15 %%. Những thách thức bao gồm chi phí ban đầu cao, quy trình ứng dụng phức tạp, và nhu cầu về các giao thức thử nghiệm tiêu chuẩn cho các lớp phủ mới nổi.

Tuần lấp (Uhv) Các dòng làm tăng nguy cơ ăn mòn do ứng suất cơ học cao hơn, đòi hỏi lớp phủ nâng cao. Các quy định về môi trường sẽ thúc đẩy việc áp dụng các lớp phủ thân thiện với môi trường, Trong khi giảm chi phí thông qua các quy trình ứng dụng tự động vẫn là ưu tiên.

Tóm lại, Lớp phủ chống ăn mòn cho các tháp truyền tải đang phát triển để đáp ứng nhu cầu của môi trường khắc nghiệt và các quy định nghiêm ngặt. Các hệ thống nâng cao như Zn-al-MG, hữu cơ, và lớp phủ thông minh cung cấp sự bảo vệ vượt trội, kéo dài tuổi thọ tháp và giảm chi phí bảo trì. Tiếp tục nghiên cứu và tiến bộ công nghệ sẽ đảm bảo độ tin cậy và tính bền vững của cơ sở hạ tầng truyền tải điện.