لماذا تفشل أعمدة المرافق الخشبية؟

الاضمحلال غير المنتظم: اضمحلال خط الأرض

تتعرض أعمدة المرافق الخشبية للعديد من الظروف المختلفة على طولها، بدءًا من الظروف الجوية المتغيرة على نطاق واسع فوق سطح الأرض إلى الظروف الباردة الرطبة والمستقرة في عمق الأرض.

يقع قسم خط الأرض من القطب حيث تلتقي الظروف فوق وتحت الأرض لخلق الظروف المثالية لتحلل الخشب.

اعرف عدوك

لقد تطورت التربة السطحية في الطبقة العليا من الأرض التي يبلغ عمقها نحو 6 بوصات على مدى ملايين السنين لتصبح نظامًا فعالًا للغاية للتخلص من النفايات. أي مادة عضوية ميتة مثل الخشب والأوراق وما إلى ذلك تسقط على الأرض تتحلل وتتحلل بواسطة العديد من الكائنات الحية الموجودة في التربة. 

الفطريات من الكائنات الحية التي تستوطن التربة بنجاح كبير؛ فهي تتحلل جميع أنواع المواد العضوية، وتحلل مكونات التربة. وتحول الفطريات المواد العضوية الميتة إلى كتلة حيوية وثاني أكسيد الكربون وأحماض عضوية. وهناك مئات الآلاف من الأنواع المختلفة من الفطريات، ومن المعروف أن حوالي 30,000 ألف نوع منها تهاجم الخشب وتدمره. والهجوم الفطري هو السبب الرئيسي لتلف وانهيار أعمدة الكهرباء الخشبية.

تزدهر الفطريات المدمرة للأخشاب عندما تكون البيئة مثالية مع تربة رطبة ودافئة وإمداد جيد بالأكسجين كمتطلبات أساسية. تميل هذه الظروف إلى الحدوث في الجزء العلوي من الأرض الذي يبلغ عمقه 150 مم (6 بوصات) حيث تتوافر الأمطار والحرارة من الشمس وإمداد جيد من الهواء والأكسجين. 

في أعماق أكبر، تميل التربة إلى أن تكون أكثر ضغطًا، مما يحد من تدفق الهواء والأكسجين. في الوقت نفسه، يتلاشى تأثير التسخين الناتج عن الشمس، مما يؤدي إلى انخفاض درجات الحرارة وانخفاض نشاط الفطريات بشكل كبير. 

النمل الأبيض – صغير لكنه قاتل

في العديد من أنحاء العالم، يشكل النمل الأبيض الجوفي تهديدًا كبيرًا لأعمدة المرافق الخشبية. هناك شيئان يجب مراعاتهما عند النظر في هجوم النمل الأبيض على الأعمدة. أولاً، لا يحب النمل الأبيض تناول الخشب المعالج بالمواد الحافظة. ثانيًا، كقاعدة عامة، تُظهر الأبحاث المستقلة أن العديد من النمل الأبيض يجد أنه من الأسهل هضم الخشب المعرض للتعفن الفطري. يوضح الرسم البياني أدناه نتيجة الاختبارات واسعة النطاق في أستراليا حيث توجد علاقة واضحة بين حدوث تسوس العمود وهجوم النمل الأبيض مع هجوم النمل الأبيض بعد فترة وجيزة من بدء تسوس الخشب. خط الأرض أو الجزء العلوي من العمود هو نقطة الدخول المعتادة للنمل الأبيض. من هذا، من الواضح أن الحفاظ على تركيزات المواد الحافظة في الخشب ومنع التسوس أمر بالغ الأهمية في تقليل احتمالية هجوم النمل الأبيض، وخاصة في قسم خط الأرض المعرض للخطر وبدرجة أقل في الجزء العلوي من العمود.

الخشب الجاف لا يتعفن

ترتبط نسبة حدوث تعفن الخشب ارتباطًا مباشرًا بمحتوى الرطوبة في الخشب. لبدء تعفن الخشب، يلزم أن يكون محتوى الرطوبة 25% أو أعلى. إذا كان محتوى الرطوبة أعلى، فإن معدل التعفن يزداد عمومًا حتى نقطة معينة مع تساوي كل العوامل الأخرى. بمجرد بدء تعفن الخشب، يمكن أن يستمر عند محتوى رطوبة أقل بنسبة 20%، ولا يحدث تعفن الخشب تحت هذا المستوى.

يتصرف العمود الخشبي المدفون في الأرض مثل فتيل الشمعة، فهو يمتص الماء من التربة مع اختلاف ضغط البخار مما يتسبب في تحرك الماء لأعلى العمود حيث يفقده في الهواء عن طريق تدفق الهواء والدفء من الشمس. هذه الحركة الرطبة هي عملية بطيئة ولكنها مستمرة مع هطول الأمطار والحرارة من الشمس التي تشكل المحرك الرئيسي لهذه العملية.

في الممارسة العملية، يعني هذا عمومًا أن قسم خط الأرض بالكامل للقطب والنواة الداخلية لقسم القطب حتى حوالي 50 سم أو 20 بوصة فوق سطح الأرض سيكون له نسبة رطوبة عالية أكبر من 25%.

قد تعتقد أن القسم الموجود فوق الأرض لن يتحلل لأنه لا يتلامس مع الفطريات الموجودة في التربة. ولكن لسوء الحظ، هذا ليس هو الحال؛ حيث تتشكل الشقوق في العمود بمرور الوقت حتى تصل إلى قلب العمود الرطب. يمكن أن تطير جراثيم الفطريات المجهرية المحمولة جوًا إلى الشقوق وتتلامس مع الخشب الرطب في وسط العمود فوق مستوى الأرض مباشرةً. يمكن أن تنبت الجراثيم بعد ذلك وتدمر القلب الداخلي للعمود؛ وهذا ما يسمى بتعفن القلب. 

الحماية الجزئية – مواد حماية الخشب 

كانت الحماية الجزئية باستخدام مادة حافظة للخشب السائلة المطبقة على العمود تحت دورة فراغ/ضغط هي الطريقة التقليدية لتأخير ظهور تحلل الخشب وفشل العمود. ولكي تكون عملية معالجة المواد الحافظة فعّالة، يجب التحكم فيها بعناية لضمان تركيز المادة الحافظة الصحيح (%) ومستوى الاحتفاظ (كجم/م³ أو PCF) وعمق الاختراق (مم أو بوصات). للحصول على أفضل النتائج، يتم تجفيف العمود إلى نسبة رطوبة مثالية قبل معالجة المواد الحافظة. توفر طرق التجفيف الحديثة واستخدام محطات المعالجة بالضغط الآلية حماية ثابتة وعالية الجودة من التحلل عند استخدامها بشكل صحيح.

توفر معالجة الحفاظ على الخشب حماية ممتازة فوق سطح الأرض وفي أعماق الأرض حيث تكون ظروف التعفن أقل من المثالية. وفي قسم خط الأرض الحرج ميكانيكيًا من العمود، حيث يصبح تعفن الخشب وفشله مشكلة.

في هذه المرحلة، قد يؤدي التعرض لدرجات حرارة أعلى والأكسجين والرطوبة إلى تسريع أكسدة مادة حماية الخشب. وفي الوقت نفسه، تتسبب تغيرات الطقس في حدوث دورات منتظمة من البلل والتجفيف مما يؤدي إلى الهجرة التدريجية لمادة حماية الخشب من القطب إلى التربة. ويتمثل التأثير الإجمالي في فقدان السمية للكائنات الفطرية بمرور الوقت.

مواد حماية الخشب تأتي بنوعين:

•   المواد الحافظة المقاومة للماء مثل الكريوزوت والنحاس في الزيت والبنتاكلوروفينول
•   مواد حافظة للأخشاب غير مقاومة للماء

تجمع المنتجات الطاردة للماء بين المبيدات الحيوية وخصائص طاردة للماء الطبيعية في حالة الكريوزوت أو إضافة زيوت مثل زيت AWPA P9a لخلق طارد للماء عند استخدامها مع المبيدات الحيوية مثل البنتاكلوروفينول أو النحاس. لا يتم "تثبيت" الزيوت على الخشب وتوفر بمفردها إطالة محدودة للعمر لأنها ليست مبيدات حيوية. إنها تطيل العمر عن طريق إنشاء حاجز جزئي لدخول الرطوبة من الأرض*. 

على مدى فترة زمنية أطول، يتم فقدان الزيت/المواد الحافظة نتيجة للهجرة إلى التربة. ويظهر هذا التأثير بشكل أكثر وضوحًا في قسم خط الأرض من القطب حيث يمكن لدورات البلل والتجفيف المناخية جنبًا إلى جنب مع الظروف المثالية للأكسدة أن تؤدي إلى تفاقم فقدان الفعالية بمرور الوقت. 

هناك مراجعة أوروبية للترخيص للاستخدام المستمر للكريوزوت كمادة حافظة للأخشاب في مارس 2021. ومع حظر فرنسا مؤخرًا لاستخدام الكريوزوت وتصنيف وكالة المواد الكيميائية الأوروبية (ECHA) مؤخرًا للكريوزوت على أنه مادة مسرطنة، فإن 6 دول أوروبية فقط تستخدم الكريوزوت الآن بكميات كبيرة، ويبدو من غير المرجح بشكل متزايد تجديد ترخيص استخدام الكريوزوت. 

لقد تم استخدام مواد حفظ الخشب الملحية النحاسية غير الطاردة للماء على نطاق واسع في جميع أنحاء أوروبا كبديل أكثر قبولًا للبيئة من الكريوزوت منذ عام 2005

تتمتع هذه المواد الحافظة للأخشاب بتاريخ متقلب مع تقارير عن فشل مبكر للأعمدة، ولكن استخدام مبيدات حيوية إضافية لمعالجة مشكلة الفطريات المقاومة للنحاس واستخدام المواد المثبتة، جنبًا إلى جنب مع معايير المعالجة المحسنة ومستويات الاحتفاظ الأعلى، أدى إلى زيادة عمر الأعمدة للإصدارات الأحدث من هذه المواد الحافظة. يخبرنا العديد من عملاء المرافق الذين تحدثنا معهم والذين استخدموا هذه المواد الحافظة منذ عام 2005 أنهم يتوقعون عمرًا افتراضيًا للأعمدة يتراوح بين 15 إلى 20 عامًا مع الإصدارات الأحدث، على الرغم من أنه يمكن تحقيق عمر أطول في الواقع.

بالنسبة لجميع شركات المرافق العامة، هناك تركيز لا هوادة فيه على خفض التكاليف وتحسين السلامة وموثوقية الشبكة. حتى مع معالجة الكريوزوت بعمود يبلغ عمره 40 عامًا، فإن استبدال الأعمدة الخشبية بالنسبة لمعظم شركات المرافق العامة هو أحد أكبر تكاليف التشغيل لديها. في نصف الكرة الشمالي، تبلغ تكلفة استبدال عمود توزيع الطاقة عادةً حوالي 2500 يورو/دولار/جنيه إسترليني، ويصل هذا قريبًا إلى تكلفة نموذجية تبلغ حوالي 25 مليون يورو/دولار/جنيه إسترليني لكل 10,000 عمود يتم استبداله سنويًا.

في محاولة لمعالجة مشكلة ارتفاع تكلفة استبدال الأعمدة في أوروبا ومضاهاة عمر الخدمة الذي توفره مادة الكريوزوت، أطلق مصنعو المواد الحافظة مؤخرًا منتجات جديدة تستخدم مزيجًا من المواد الحافظة للأخشاب القائمة على النحاس والزيت المقاوم للماء. لا شك أن هذا المزيج من شأنه أن يمنح الأعمدة عمرًا أطول من المواد الحافظة القائمة على النحاس القائمة على الماء وحدها، ولكن إلى أي مدى من الزمن غير معروف حاليًا. هذا المجهول هو مصدر قلق للعديد من شركات المرافق التي نتحدث معها، وخاصة تلك التي واجهت مشاكل مع فشل الأعمدة في الماضي. مع الأخذ في الاعتبار الملاحظات التي تشير إلى ارتفاع كبير في تكاليف هذا العلاج، فإن العديد من شركات المرافق التي نتحدث معها تراجع الآن الخيارات المتاحة لها بما في ذلك استخدام مواد الأعمدة البديلة مثل الفولاذ أو المركبات أو الخرسانة جنبًا إلى جنب مع أنظمة الحاجز الجزئي والكلي.

ومن الأمثلة على ذلك القرار الذي اتخذته شركة فرانس تيليكوم (أورانج) مؤخراً باستخدام أعمدة من الصلب المجلفن بدلاً من الأعمدة الخشبية المعالجة في فرنسا، على الرغم من أن هذا القرار من شأنه أن يزيد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنحو 2 ألف طن سنوياً. وهذا القرار ضار بالبيئة ويشكل ضربة قوية لمنتجي الأعمدة الخشبية وقطاع الغابات ومصنعي المواد الحافظة، حيث يخسرون نحو 220,000 ألف عمود سنوياً من مبيعاتهم. 

* التقارير الكاملة متاحة عند الطلب

ما هي تكلفة فشل القطب؟

غالبًا ما تكون تكاليف تركيب وصيانة أعمدة المرافق الخشبية من أعلى النفقات التي تتحملها شركات المرافق. إن استخدام التكلفة السنوية المجمعة التي تتضمن تكلفة التركيب وتكاليف الفحص والإصلاح الموزعة على مدى العمر المتوقع للأعمدة يعطي رقمًا واضحًا وسهل الاستخدام لتكلفة الأعمدة والمقارنة بالبدائل. 

دعنا نأخذ شبكة توزيع الجهد المنخفض في أمريكا الشمالية والتي تمتد لمسافة 1000 ميل كمثال؛ حيث تُظهر أبحاثنا المستندة إلى بيانات الصناعة ما يلي:

- بمتوسط ​​مسافة بين الأعمدة تبلغ 250 قدمًا أي ما يعادل 21,120 عمودًا، فإن التكلفة الإجمالية لكل عمود وتكلفة التركيب تبلغ 63 مليون دولار. 

- بناءً على افتراض أن 12% من هذه الأعمدة يتم فحصها كل عشر سنوات بتكلفة فحص قدرها 100 دولار، فإن تكلفة صيانة الأعمدة السنوية ستكون 633,000 دولار بما في ذلك أعمال الإصلاح.

- بناءً على عمر افتراضي يبلغ 20 عامًا لمادة حافظة نحاسية على أساس الماء (كريوزوت/CCA 40 عامًا)، فإن التكلفة الإجمالية لصيانة مدى الحياة لـ 21,120 عمودًا ستكون 25 مليون دولار.  

- في المجموع، تبلغ التكلفة الإجمالية مدى الحياة لـ 21,120 عمودًا، استنادًا إلى بيانات أبحاثنا الصناعية، 88 مليون دولار. 

تُظهِر بياناتنا أن تكاليف الصيانة التي تتحملها شركات المرافق كبيرة. ورغم أن هذا المثال خاص بأمريكا الشمالية، فقد أظهرت أبحاثنا نتائج مماثلة عبر مجموعة من المواقع الجغرافية.   

بالتزامن مع التكاليف الظاهرة، يمكن أن تحدث العديد من التكاليف الخفية المحتملة نتيجة لفشل الأعمدة. اعتمادًا على تنظيم السوق، قد يؤدي فشل الشبكة نتيجة لانهيار الأعمدة إلى فرض عقوبات مالية على المرافق. لا يحتمل انهيار الأعمدة أن يتسبب في فشل الشبكة فحسب، بل إنه يمثل أيضًا إمكانية المساس بسلامة الموظفين والجمهور. يمكن تقليل احتمالية حدوث هذه الأعطال والتكاليف الناتجة عنها؛ إذا كنت ترغب في معرفة مقدار ما يمكنك توفيره من خلال polesaver جرب لدينا حاسبة التكلفة لمزيد من المعلومات. 

إن هذه التكاليف غير المرغوبة، سواء كانت صريحة أو خفية، تشكل هدفًا مهمًا يمكن تخفيضه. ترقب مقالتنا التالية حيث نستكشف الحلول المتاحة بدائل لإطالة عمر القطببما في ذلك مواد الأقطاب البديلة وأنظمة الحواجز الجزئية والكاملة وتأثيراتها على الصيانة والسلامة والبيئة.