南方电网输电线路杆塔大气腐蚀等级评估及腐蚀行为研究—广东省

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随着我国经济建设的高速发展,电力供应日益繁忙,输电杆塔的数量激增,输电网络也愈加复杂。输电线路作为电力工业的重要基础设施,常常由于发生大气腐蚀而导致设施、设备的提前破坏与失效,直接影响输电网络的安全与高效运行。为了保证输电网络的可靠性和耐久性,设计人员往往需要评估和分析输电线路材料在服役条件下的腐蚀数据与腐蚀行为,以作为设备设施服役寿命设计与维护的重要依据。然而,目前国内仍非常缺乏南方电网区域输电线路杆塔大气腐蚀等级评估及腐蚀行为方面的研究与数据积累。因此本文的研究就是开展南方电网区域中广东省的输电线路杆塔大气腐蚀等级评估及腐蚀行为研究。首先基于广东省的输电线路网络,以海洋气候、工业污染、城市整体辐射和乡村四种环境为依据,选取了有代表性的十个城市中的10条杆塔挂片线路(共50个挂片点),对Q235杆塔用钢进行了为期一年的杆塔现场暴露试验,随后在半年和一年的时间节点上回收试样,计算腐蚀速率,对大气腐蚀等级进行评估,并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等分析方法对四种典型自然环境下的腐蚀产物进行成分与形貌分析。同时,在花都大气腐蚀试验站对Q235、Q345和镀锌钢进行为期2年的现场暴露试验,在三个月、半年、一年时间节点上回收试样(两年试样尚未到时间),对比与分析了这三种输电线路杆塔常用材料在自然环境下的腐蚀性能及腐蚀行为。最后,为了弥补现场暴露时间短的缺点,将Q235、Q345和镀锌钢进行了室内中性盐雾加速试验,在盐雾箱中连续喷雾2、6、24、48、72、144、240、360 h,详细研究了三种材料的腐蚀动力学规律,系统分析了腐蚀产物成分和形貌随时间演变的规律。Q235钢现场暴露试验结果表明,10个城市的年平均腐蚀速率在158.47302.37g/(m2·a)之间,其中8个城市大气腐蚀程度属于C3等级,2个城市为C2等级。50个挂片点的年平均腐蚀速率在131.421017.26 g/(m2·a)之间,包括1个C5等级、1个C4等级、34个C3等级、13个C2等级。因此,广东省区域的大气腐蚀等级主要为C3,其次为C2,属于中度与轻微污染程度。通过分析不同大气环境类型的挂片线路发现:在海洋气候环境下,腐蚀速率随离海边距离增加呈指数函数递减规律;工业污染源环境下,腐蚀速率与离污染源的距离表现为指数函数递减和线性递减两种规律;城市整体辐射环境则表现为城市周边一定区域带内腐蚀速率仅在小范围波动的规律;乡村环境腐蚀失重规律与城市辐射环境相似,但其腐蚀速率整体相对较低。同时,不同大气环境的腐蚀产物呈现不同的形貌结构:乡村气候环境的腐蚀产物为未成型的丝状结构;海洋气候环境的腐蚀产物为尖锐状结构;城市气候环境的为花瓣网状,交织成簇;工业气候环境的腐蚀产物则非常锐利,呈现细针状。总体而言,腐蚀越严重的区域,其腐蚀产物的形貌越尖锐,棱角越分明。花都大气腐蚀试验站的现场暴露试验结果表明,Q235、Q345和镀锌钢的3、6、12个月的短期腐蚀动力学曲线遵循线性函数规律。Q235和Q345的腐蚀速率差异微小,而镀锌钢的腐蚀速率仅为这两种低碳钢的1/24左右,具有良好的耐大气腐蚀性能。随着暴露时间的增加,Q235和Q345锈层表面的腐蚀产物形貌也发生变化:花片状g-FeOOH的网状结构变得更加细小,棉花球状a-FeOOH逐渐成型,孔洞缩小而更加致密,这些腐蚀产物形貌的变化使其对锈层的保护作用逐渐增强。镀锌钢表面腐蚀产物则一直为平整、致密的结构。室内中性盐雾试验腐蚀速率结果表明,Q235、Q345和镀锌钢在海洋环境中的长期腐蚀规律遵循指数函数规律:C=K×tn。从腐蚀速率角度来看,Q235>Q345>镀锌钢,其中Q235和Q345的腐蚀速度比较接近,而镀锌钢为两者的1/21/3。对比花都试验站失重结果(镀锌钢腐蚀速率仅为低碳钢的1/24左右)可知,高浓度Cl-的海洋大气环境中,镀锌钢的耐腐蚀能力会大幅度减弱。室内中性盐雾试验后的成分分析表明,Q235、Q345钢的腐蚀产物主要为b-FeOOH、g-Fe OOH、Fe3O4和a-FeOOH。随着腐蚀时间延长,g-FeOOH含量先增加后减少,b-FeOOH先不断增加后平稳波动,Fe3O4则一直单调增加,a-FeOOH在腐蚀一定时间后形成且不断增加。镀锌钢表面的腐蚀产物则一直为ZnO,Zn5(OH)8Cl2·H2O和Zn(CO3)(OH)6H2O。
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