Има ли мерки срещу корозията за кули, използвани в крайбрежни райони?

Защо крайбрежните кули са изложени на ускорена корозия

Механизми на проникване на хлориди: морска пяна, приливни пръски и атмосферно отлагане върху конструкции на кули

Проблемите с корозията при кулите по крайбрежието идват предимно от три източника на излагане на хлориди: солената мъгла, вдигната от разбиващите се вълни, директният удар от приливната плиска по време на големи бури и влагата, богата на хлориди, която се носи от вятъра и се отлага с течение на времето. Когато солената мъгла проникне в микроскопичните пукнатини на защитните покрития, тя образува проводими филми, които започват онези електрохимични реакции, които наричаме корозионни клетки. Долните части на кулите понасят основния удар от приливната плиска и се напояват многократно с морска вода, особено сериозно по време на урагани или североизточни бури. Междувременно хлоридите се натрупват бавно върху всички изложени повърхности чрез атмосферно отлагане. Тези комбинирани ефекти създават изключително тежки условия за материалите, които трябва да издържат. Стоманата, оставена незащитена в зони, където вълните се разбиват в конструкции, корозира приблизително 3 до 5 пъти по-бързо от стоманата, която просто стои в нормални атмосферни условия, според индустриалните стандарти, установени от NACE International. За бетонните основи, когато концентрацията на хлориди надвиши 0,15 % от общото тегло, започва корозията на арматурната стомана вътре в бетона. Разширяващата се ръжда след това ослабва цялата конструкция, водейки до отделяне на бетон (спълъринг) и в крайна сметка до загуба на критични структурни елементи.

Реални скорости на корозия според зони ISO 9223 C5-M срещу очаквания срок на експлоатация за предавателни и комуникационни кули

Стоманените кули, поставени в тези сурови морски зони според ISO 9223 C5-M, подлагат се на корозия със скорост, значително надвишаваща първоначалните очаквания на инженерите. Проблемът е изключително сериозен: части от въглеродна стомана се ерозират с 80–200 микрона годишно, което означава, че те корозират приблизително осем пъти по-бързо от подобни конструкции в обикновените C3 среди. Какво означава това за сроковете на експлоатация на кулите? Повечето кули са проектирани да служат от 30 до 50 години, но реалността разказва друга история. Важни компоненти като болтови съединения трябва да се заменят всяка 7–12 години. А когато разгледаме по-голямата картина, поддържането на предавателната инфраструктура по крайбрежието излиза приблизително с 40 % по-скъпо в сравнение с поддръжката на съоръженията във вътрешността на страната. Разбира се, инженерите вече са обърнали внимание на този проблем. Стандартни организации като IEEE с неговите насоки 1242 и NACE чрез SP0106 сега изискват по-ефективни мерки за защита срещу корозия. Тези мерки включват увеличаване на дебелината на материала, създаване на резервни конструктивни пътища и провеждане на подробна оценка на мястото преди инсталирането на нови кули по крайбрежието, където соленият въздух чака терпеливо да разяжда метала.

Системи за защитно покритие, проверени за приложение в кули по крайбрежните зони

Епоксидно-цинков грунд + полиуретаново горно покритие: експлоатационни характеристики, цикъл на живот и интервали за поддръжка на стоманените кули

Комбинирането на епоксидни цинкови грундове с полиуретанови горни слоеве осигурява силна защита за стоманени кули, разположени в близост до крайбрежни зони. Грундът, богат на цинк, действа като жертвена защита чрез катодна защита, докато устойчивият към ултравиолетовите лъчи полиуретан образува здрава бариера, която предотвратява проникването на сол в металната повърхност. Изпитания, проведени при тежки екологични условия от клас C5-M, показват, че тези покрития имат срок на служба от 20 до 25 години — почти два пъти по-дълъг от този на стандартните индустриални покрития на пазара днес. Прилагането на системата от покрития при препоръчания диапазон от дебелина на сухия филм от 120 до 150 микрона води до значителна икономия на разходи с течение на времето. В сравнение с обичайните графици за повторно покриване, този подход намалява разходите през целия жизнен цикъл с около 40 %. Повечето поддръжки могат да се отложат до след 15–18 години експлоатация. Ако обаче покритието се нанесе твърде тънко — дори при липса само от 30 микрона спрямо целевата дебелина — очакваният му срок на служба се съкращава приблизително с 35 %. Затова спазването на стандарта SSPC PA2 по време на нанасянето остава изключително важно, за да се постигне максимална стойност от тези защитни системи.

Циментни и хибридни покрития за бетонни кулови основи в приливните и разплискващите зони

Бетонните основи, изложени на вълни, значително се възползват от циментови покрития, модифицирани с полимери, които проникват дълбоко и позволяват излизането на пара в зоните, засегнати от приливи и пръскане на вода. Покритието действа чрез запечатване на пукнатини с размери до половин милиметър чрез образуване на кристали, като предотвратява проникването на хлориди, но позволява естествено излизане на влага. Тази способност за „дишане“ помага да се избегнат проблеми като мехури или отлепяне при потапяне. Изследвания показват, че хибридните смеси от епоксид и силоксан намаляват проникването на хлориди почти с 92 % спрямо обикновен бетон в условията на зоната на пръскане. За постигане на добри резултати повърхностите трябва да бъдат подготвени правилно според индустриалния стандарт SSPC SP13 или NACE 6, а дебелината на покритието трябва да е поне 2,5–3 мм, за да издържи износването от пясък и чужди тела. Редовните проверки всеки две години, както и пълните оценки всеки пет години, помагат да се засекат проблемите навреме. Особено внимание се обръща на участъците, които са най-силно засегнати от бързо движещи се вълни, където износването има тенденция да се концентрира.

Корозионноустойчиви материали и повърхностни обработки за компоненти на кули

Неръждаема стомана (316, 2205) и атмосфероустойчива стомана: Ръководни принципи за приложение и структурна съвместимост за кули в крайбрежни зони и техните компоненти

Изборът на подходящи материали има решаващо значение за това колко дълго ще просъществуват крайбрежните кули. Неръждаемата стомана от клас 316 съдържа около 2–3 % молибден, което ѝ осигурява добра защита срещу неприятните точкови корозии и цепнатини, които се образуват по време на корозионни процеси. Това я прави отличен избор за важни компоненти като болтове, скоби и връзки между конструктивните елементи. За основните носещи конструкции, изложени както на вълни, така и на натрупване на сол, по-подходяща е дуплексната неръждаема стомана 2205, тъй като тя по-добре устойчива на корозия под напрежение и притежава по-висока здравина при опън. Патиниращата стомана с течение на времето образува защитен слой при циклично въздействие на влага, поради което е пригодна за части от кулата над водната повърхност, където солта не е постоянно присъстваща. Внимание обаче трябва да се обърне в зоните, където морската вода редовно пръска, тъй като постоянното въздействие на хлориди в крайна сметка ще доведе до разрушаване на този материал според стандарти като ISO 9223 C5-M. Също толкова важно е да се избегне директният контакт между различни метали. При свързването на несъвместими метали те трябва да бъдат електрически изолирани. Освен това при заваръчните операции е от голямо значение прецизният контрол на температурата, за да се запази корозионната устойчивост. Понякога след заваряване допълнителна обработка, наречена пасивиране, помага да се възстанови повърхностната защита.

Стратегии за катодна защита на заземени основи на кули в крайбрежни райони

Електрохимичната катодна защита (КЗ) е критична защитна мярка за заземените основи на кули в крайбрежни райони — особено тези, потопени в морска вода или вградени в солени почви. Прилагат се два основни подхода, всеки от които е подходящ за различни експлоатационни условия:

• Катодна защита чрез жертвени аноди : Цинкови, алуминиеви или магнезиеви аноди се свързват електрически със стоманената конструкция на основата. Тези аноди корозират предпочтително, удължавайки експлоатационния живот на конструкцията с 15–20 години в агресивни морски среди. Този метод е особено ефективен за основи с ограничен достъп за поддръжка или мониторинг.

• Импресираната токова катодна защита (ИТКЗ), или просто ИТКЗ, функционира, когато изправител изпраща контролиран постоянен ток към специални аноди, изработени от материали като смесен метален оксид (СМО) или комбинации от платина и ниобий. Това създава защита по цялата повърхност на структурата, която е заровена под земята или потопена под вода. Системата е станала изключително популярна за големи проекти, които трябва да имат дълъг срок на експлоатация — десетилетия, особено за масивните основи, поддържащи океанските вятърни турбини. Защо? Е, системите ИТКЗ могат да се настройват според нуждите, да се следят дистанционно, без необходимостта постоянно да се изпращат екипи на място, и е известно, че функционират коректно повече от 25 години в много реални инсталации. Тези характеристики ги правят идеални за критична инфраструктура, където достъпът за поддръжка може да бъде труден или скъп.

Хибридни системи за катодна защита — комбиниращи жертвени аноди в близост до границата между кал и вода със захранвани от ток системи за катодна защита (ICCP) за по-дълбоките участъци на пилите — все по-често се прилагат в зоните на преход между приливно-отливната и вълновата зона, където скоростта на корозия надвишава 0,5 мм/година. Равномерното разпределение на тока зависи критично от стратегичното разположение на анодите, картографирането на почвеното съпротивление и периодичните измервания на потенциала според стандарти NACE SP0169 и ISO 15257.

ЧЗВ

1. Защо крайбрежните кули корозират по-бързо от вътрешните?

Крайбрежните кули подлежат на по-бърза корозия поради въздействието на солената мъгла, приливно-отливната вълнова зона и атмосферното отлагане на хлориди, всички от които ускоряват процеса на корозия.

2. Какви са често срещаните мерки за защита на крайбрежните кули?

Често срещаните мерки за защита включват нанасяне на епоксидно-цинкови грунтовки с полиуретанови горни слоеве, използване на материали от неръждаема стомана, като клас 316 или дуплексна неръждаема стомана 2205, както и прилагане на системи за катодна защита, например катодна защита чрез жертвени аноди и ICCP.

3. Колко често трябва да се извършват проверки на защитните покрития на крайбрежните кули?

Редовните проверки трябва да се извършват веднъж на всеки две години, а пълните оценки – веднъж на всеки пет години, за да се засичат проблемите навреме, особено в районите, засегнати от бързо движещи се вълни.

4. Какво представлява катодната защита и как функционира тя за закотвените крайбрежни кули?

Катодната защита използва жертвен анод или системи с външен ток, за да предотврати корозията чрез пренасочване на корозионните токове далеч от стоманените конструкции.