Existují opatření proti korozi pro věže používané v pobřežních oblastech?

Proč jsou věže v pobřežních oblastech vystaveny urychlené korozi

Mechanismy pronikání chloridů: mořská sprška, přílivové rozstřikování a atmosférické usazování na konstrukcích věží

Korozní problémy u věží na pobřeží vyplývají především ze tří zdrojů expozice chloridů: mořská sprška způsobená rozbitými vlnami, přímý dopad přílivové vody během silných bouří a vlhkost bohatá na chloridy, kterou vítr přenáší a postupně usazuje. Když se mořská sprška dostane do mikroskopických trhlin v ochranných nátěrech, vytvoří vodivé vrstvy, které spouštějí elektrochemické reakce, jež nazýváme korozní články. Dolní části věží jsou nejvíce vystaveny přílivové vodě a opakovaně se namočí do mořské vody – zejména v průběhu hurikánů nebo severovýchodních bouří (nor’easterů). Současně se chloridy postupně hromadí na všech vystavených površích prostřednictvím atmosférického usazování. Tyto kombinované účinky vytvářejí extrémně náročné podmínky pro odolnost materiálů. Ocel bez ochrany v oblastech, kde vlny narážejí na konstrukce, koroduje přibližně 3 až 5krát rychleji než ocel umístěná pouze v normálních atmosférických podmínkách, jak stanovují průmyslové normy organizace NACE International. U betonových základů začne výztuž (vyztužovací ocel) korodovat zevnitř, jakmile hladina chloridů překročí 0,15 % celkové hmotnosti betonu. Rozšiřující se rez pak oslabuje celou konstrukci, což vede k odštěpování betonu (spalling) a nakonec k ztrátě kritických nosných částí.

Skutečné rychlosti koroze v zónách ISO 9223 C5-M ve srovnání s očekávanou životností vysílacích a komunikačních věží

Ocelové věže umístěné v těchto náročných mořských zónách podle normy ISO 9223 C5-M trpí korozi rychlostí daleko převyšující původní inženýrské odhady. Problém je skutečně závažný – u součástí z uhlíkové oceli dochází k erozi rychlostí 80 až 200 mikrometrů ročně, což znamená, že se korodují přibližně osmkrát rychleji než podobné konstrukce v běžných prostředích kategorie C3. Co to znamená pro životnost věží? Většina věží je navržena tak, aby vydržela 30 až 50 let, ale realita ukazuje jiný obraz. Důležité součásti, jako jsou šroubové spoje, je nutné nahrazovat každých 7 až 12 let. A pokud se podíváme na celkový kontext, údržba přenosové infrastruktury v pobřežních oblastech vyjde přibližně o 40 procent dražší než uvozování provozu vnitrozemských zařízení. Inženýři samozřejmě tento problém zaznamenali. Normativní organizace, jako je IEEE se svými pokyny 1242 a NACE prostřednictvím standardu SP0106, nyní vyžadují lepší opatření proti korozi. Mezi ně patří například zvýšení tloušťky materiálu, vytvoření záložních nosných cest a provedení podrobného hodnocení lokality ještě před instalací nových věží podél pobřeží, kde slaný vzduch čeká netrpělivě, až začne kov postupně ničit.

Ochranné nátěrové systémy ověřené pro věžové aplikace v pobřežních oblastech

Epoxidový zinek jako základní nátěr + polyuretanový vrchní nátěr: výkon, celkové náklady na životní cyklus a intervaly údržby u ocelových věží

Kombinace epoxidových zinkových prvních nátěrů s polyuretanovými vrchními nátěry poskytuje vynikající ochranu ocelových věží umístěných v blízkosti pobřeží. Zink bohatý první nátěr působí jako obětavý štít prostřednictvím katodické ochrany, zatímco UV-stabilní polyuretan tvoří odolnou bariéru, která brání pronikání soli na povrch kovu. Zkoušky provedené za přísných environmentálních podmínek třídy C5-M ukazují, že tyto nátěrové systémy vydrží 20 až 25 let, což je téměř dvojnásobek životnosti standardních průmyslových nátěrů dostupných na trhu dnes. Nanášení nátěrového systému v doporučeném rozmezí suché tloušťky nánosu 120 až 150 mikrometrů má významný dopad na úspory nákladů v průběhu času. Tento přístup snižuje celoživotní náklady přibližně o 40 % ve srovnání s běžnými plány opětovného nátěru. Většinu údržbových prací lze odložit až na dobu po 15 až 18 letech provozu. Pokud je však nátěr nanesen příliš tenký – dokonce i o pouhých 30 mikrometrů pod cílovou tloušťkou – zkracuje to předpokládanou životnost přibližně o 35 %. Proto je dodržování standardu SSPC PA2 během aplikace stále tak zásadní pro dosažení maximální hodnoty těchto ochranných systémů.

Cementové a hybridní povlaky pro betonové věžové základy v přílivových a vodních rozstřikových zónách

Betonové základy vystavené vlnám výrazně profitují z polymerem upravených cementových nátěrů, které pronikají hluboko do materiálu a umožňují odpařování páry v oblastech ovlivněných přílivem a rozstřikující se vodou. Nátěr funguje tak, že uzavírá trhliny až o šířce půl milimetru prostřednictvím tvorby krystalů, čímž brání vniknutí chloridů, ale zároveň umožňuje přirozený výstup vlhkosti. Tato propustnost pomáhá předejít problémům, jako jsou puchýře nebo odštěpování nátěru při ponoření. Zkoušky ukázaly, že hybridní směsi epoxidu a siloxanu snižují vnikání chloridů v podmínkách rozstřikové zóny téměř o 92 % ve srovnání s čistým betonem. Pro dosažení dobrých výsledků je nutná řádná příprava povrchu podle průmyslových norem SSPC SP13 nebo NACE 6 a tloušťka nátěru by měla činit minimálně 2,5 až 3 mm, aby odolal opotřebení způsobenému pískem a nečistotami. Pravidelné prohlídky každé dva roky a úplné hodnocení každých pět let pomáhají problémy včas odhalit. Zvláštní pozornost je třeba věnovat místům nejvíce postiženým rychle se pohybujícími vlnami, kde se opotřebení obvykle soustřeďuje.

Korozivzdorné materiály a povrchové úpravy pro součásti věží

Nerezová ocel (316, 2205) a počasí odolná ocel: Pokyny pro použití a konstrukční kompatibilita pro věžové rámy a kování v pobřežních oblastech

Výběr správných materiálů rozhoduje o tom, jak dlouho pobřežní věže vydrží. Nerezová ocel třídy 316 obsahuje přibližně 2 až 3 % molybdenu, díky čemuž je dobře chráněna proti nežádoucím pórům a trhlinám vznikajícím při korozi. To ji činí vhodnou pro důležité součásti, jako jsou šrouby, konzoly a spoje mezi nosnými pr prvky. Pro hlavní nosné konstrukce vystavené zároveň vlnám i nánosům soli se lépe osvědčuje duplexní nerezová ocel 2205, protože mnohem lépe odolává napěťové korozní trhlině a má vyšší mez pevnosti v tahu. Ocel pro počasí (weathering steel) postupně vytváří ochrannou vrstvu při opakovaném vystavení vlhkosti, a proto je vhodná pro části věže nad hladinou, kde není sůl přítomna trvale. V oblastech však, kde se mořská voda pravidelně rozstřikuje, je nutné být opatrní, protože trvalé vystavení chloridům podle norem jako je ISO 9223 C5-M tento materiál postupně degraduje. Dále je důležité zajistit, aby se různé kovy navzájem nepřímo dotýkaly. Při spojování neslučitelných kovů je nutné je elektricky izolovat. Při svařování je také zásadní přesná kontrola teploty, aby se zachovala odolnost vůči korozi. Někdy je po svařování nutné provést dodatečnou úpravu – pasivaci – která obnovuje povrchovou ochranu.

Strategie katodické ochrany pro základy věží na pobřeží

Elektrochemická katodická ochrana (KO) je zásadní opatření pro základy věží na pobřeží – zejména těch, které jsou ponořeny ve slané vodě nebo uloženy v solných půdách. Používají se dva hlavní přístupy, každý vhodný pro jiný provozní kontext:

• Katodická ochrana obětovanými anodami : Anody ze zinku, hliníku nebo hořčíku jsou elektricky spojeny se stavební ocelí základů. Tyto anody se korodují preferenčně, čímž prodlužují životnost konstrukce o 15–20 let v agresivním mořském prostředí. Tato metoda je zvláště účinná u základů, ke kterým je omezený přístup pro údržbu nebo monitorování.

• Impresní katodická ochrana (ICCP, zkratka pro Impressed Current Cathodic Protection) funguje tak, že usměrňovač dodává řízený stejnosměrný proud do speciálních anod vyrobených z materiálů jako jsou smíšené kovy oxidů (MMO) nebo kombinace platiny a niobu. Tím vzniká ochrana celého podzemního nebo podvodního objektu. Tento systém se stal velmi populární u rozsáhlých projektů, jejichž životnost musí činit desítky let – zejména u masivních základů podporujících větrné elektrárny na moři. Proč? Systémy ICCP lze podle potřeby upravovat, dálkově monitorovat bez nutnosti pravidelného vysílání servisních týmů na místo a v mnoha reálných instalacích byly prokázány jejich správné funkce po dobu přesahující 25 let. Tyto vlastnosti je činí ideálními pro kritickou infrastrukturu, kde údržba může být obtížně přístupná nebo nákladově náročná.

Hybridní systémy katodické ochrany (CP) – kombinující obětavé anody v blízkosti hladiny bahna s impulzní katodickou ochranou (ICCP) pro hlubší části pilot – se stále častěji uplatňují v přechodových zónách přílivu a výplivu, kde rychlost koroze přesahuje 0,5 mm/rok. Rovnoměrné rozložení proudového pole závisí kriticky na strategickém umístění anod, mapování měrného odporu půdy a pravidelných měřeních potenciálu podle norem NACE SP0169 a ISO 15257.

Často kladené otázky

1. Proč se pobřežní věže korodují rychleji než vnitrozemské?

Pobřežní věže jsou vystaveny rychlejší korozi kvůli působení mořské spršky, přílivového výplivu a atmosférickému usazování chloridů, což vše urychluje korozní proces.

2. Jaká jsou běžná opatření pro ochranu pobřežních věží?

Mezi běžná opatření patří aplikace epoxid-zinkových základních nátěrů s polyuretanovými vrchními nátěry, použití nerezových ocelí, např. třídy 316 nebo duplexní nerezové oceli 2205, a využití systémů katodické ochrany, jako jsou obětavé anody a impulzní katodická ochrana (ICCP).

3. Jak často by měly být prováděny údržbové kontroly povlaků na pobřežních věžích?

Pravidelné kontroly by měly být prováděny každé dva roky a kompletní hodnocení každých pět let, aby byly problémy zaznamenány včas, zejména v oblastech postižených rychle se pohybujícími vlnami.

4. Co je katodická ochrana a jak funguje u uzemněných pobřežních věží?

Katodická ochrana využívá obětavé anody nebo systémy s vynuceným proudem k prevenci koroze přesměrováním korozivních proudů pryč od ocelových konstrukcí.