क्या तटीय क्षेत्रों में उपयोग किए जाने वाले टावरों के लिए संक्षारण-रोधी उपाय हैं?

तटीय टावरों को त्वरित संक्षारण क्यों झेलना पड़ता है?

क्लोराइड प्रविष्टि के तंत्र: टावर संरचनाओं पर नमक का छिड़काव, ज्वारीय छींटे और वायुमंडलीय निक्षेपण

तटीय टावरों पर होने वाली संक्षारण समस्याएँ मुख्य रूप से क्लोराइड के तीन स्रोतों से उत्पन्न होती हैं: टूटती हुई लहरों द्वारा उठाई गई नमकीन छींटें, बड़े तूफानों के दौरान ज्वार की सीधी छींटें, और हवा द्वारा ले जाए गए क्लोराइड-युक्त आर्द्रता जो समय के साथ जमा हो जाती है। जब नमकीन छींटें सुरक्षात्मक लेपों में छोटी-छोटी दरारों में प्रवेश कर जाती हैं, तो वे चालक फिल्में बनाती हैं जो उन इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रियाओं को प्रारंभ करती हैं जिन्हें हम संक्षारण कोशिकाएँ कहते हैं। टावरों के निचले भाग ज्वार की छींटों का सीधा सामना करते हैं और विशेष रूप से तूफान या उत्तर-पूर्वी तूफानों के दौरान बार-बार समुद्र के पानी में डूब जाते हैं। इस बीच, क्लोराइड वातावरणीय निक्षेपण के माध्यम से सभी उजागर सतहों पर धीरे-धीरे जमा होता रहता है। ये संयुक्त प्रभाव सामग्रियों के लिए सहन करने के लिए वास्तव में कठिन परिस्थितियाँ उत्पन्न करते हैं। NACE इंटरनेशनल द्वारा निर्धारित उद्योग मानकों के अनुसार, जहाँ लहरें संरचनाओं के विरुद्ध छींटें मारती हैं, वहाँ असुरक्षित इस्पात, सामान्य वायु परिस्थितियों में रखे गए इस्पात की तुलना में लगभग 3 से 5 गुना तेजी से संक्षारित होता है। कंक्रीट की नींवों के लिए, जब क्लोराइड का स्तर कुल भार के 0.15% से अधिक हो जाता है, तो रिबार के अंदर संक्षारण शुरू हो जाता है। फिर फैलता हुआ जंग पूरी संरचना को कमजोर कर देता है, जिससे कंक्रीट के टूटने (स्पॉलिंग) और अंततः महत्वपूर्ण संरचनात्मक खंडों के नष्ट होने की स्थिति उत्पन्न होती है।

ISO 9223 C5-M क्षेत्रों में वास्तविक दुनिया की क्षरण दरें बनाम ट्रांसमिशन और संचार टावरों के डिज़ाइन जीवन की अपेक्षाएँ

उन कठोर ISO 9223 C5-M समुद्री क्षेत्रों में स्थापित इस्पात टावरों को संक्षारण की समस्या का सामना करना पड़ता है, जिसकी दर इंजीनियरों द्वारा मूल रूप से अनुमानित दर से कहीं अधिक है। यह समस्या वास्तव में गंभीर भी है—कार्बन इस्पात के भाग प्रति वर्ष 80 से 200 माइक्रॉन की दर से क्षरित हो रहे हैं, जिसका अर्थ है कि वे सामान्य C3 वातावरण में स्थित समान संरचनाओं की तुलना में लगभग आठ गुना तेज़ी से संक्षारित हो रहे हैं। तो इसका टावरों के जीवनकाल के लिए क्या अर्थ है? अधिकांश टावरों को 30 से 50 वर्षों तक चलने के लिए डिज़ाइन किया गया है, लेकिन वास्तविकता एक अलग कहानी कहती है। बोल्ट असेंबली जैसे महत्वपूर्ण घटकों को प्रत्येक 7 से 12 वर्षों में प्रतिस्थापित करने की आवश्यकता होती है। और जब हम बड़ी तस्वीर पर विचार करते हैं, तो तटीय पारेषण अवसंरचना के रखरखाव की लागत आंतरिक क्षेत्रों में चीज़ों को चलाए रखने की तुलना में लगभग 40 प्रतिशत अधिक हो जाती है। इंजीनियरों ने इस पर निश्चित रूप से ध्यान दिया है। IEEE के 1242 दिशानिर्देशों और NACE के SP0106 मानकों जैसे मानक निकाय अब बेहतर संक्षारण सुरक्षा उपायों की आवश्यकता करते हैं। इनमें अतिरिक्त सामग्री मोटाई को शामिल करना, बैकअप संरचनात्मक मार्गों का निर्माण करना और नमकीन हवा के धैर्यपूर्ण रूप से धातुओं को क्षरित करने की प्रतीक्षा करने वाले तटीय क्षेत्रों में कोई भी नया टावर स्थापित करने से पहले विस्तृत स्थल मूल्यांकन करना शामिल है।

तटीय टावर अनुप्रयोगों के लिए सिद्ध सुरक्षात्मक कोटिंग प्रणालियाँ

एपॉक्सी-जिंक प्राइमर + पॉलीउरेथेन टॉपकोट: इस्पात टावरों पर प्रदर्शन, जीवन चक्र लागत और रखरोट अंतराल

एपॉक्सी जिंक प्राइमर्स को पॉलीयूरेथेन टॉपकोट्स के साथ मिलाने से तटरेखा के पास स्थित इस्पात टावरों के लिए मजबूत सुरक्षा प्रदान की जाती है। जिंक-समृद्ध प्राइमर कैथोडिक सुरक्षा के माध्यम से एक बलिदानी ढाल की तरह कार्य करता है, जबकि यूवी-स्थायी पॉलीयूरेथेन एक मजबूत अवरोध बनाता है जो नमक को धातु की सतह में प्रवेश करने से रोकता है। कठोर C5-M पर्यावरणीय परिस्थितियों के तहत किए गए परीक्षणों से पता चलता है कि ये कोटिंग्स 20 से 25 वर्ष तक टिकती हैं, जो आज बाजार में उपलब्ध मानक औद्योगिक कोटिंग्स की तुलना में लगभग दोगुना समय है। 120 से 150 माइक्रॉन की अनुशंसित शुष्क फिल्म मोटाई सीमा में कोटिंग प्रणाली को लागू करना समय के साथ लागत बचत में काफी अंतर लाता है। सामान्य पुनः कोटिंग के अनुसूचियों की तुलना में, इस दृष्टिकोण से जीवन चक्र के खर्च में लगभग 40% की कमी आती है। अधिकांश रखरोट कार्यों को 15 से 18 वर्षों के संचालन के बाद तक स्थगित किया जा सकता है। हालाँकि, यदि कोटिंग को बहुत पतला लगाया जाता है—यहाँ तक कि लक्ष्य मोटाई से केवल 30 माइक्रॉन की कमी भी—तो अपेक्षित आयु लगभग 35% कम हो जाती है। इसीलिए, इन सुरक्षात्मक प्रणालियों से अधिकतम मूल्य प्राप्त करने के लिए आवेदन के दौरान SSPC PA2 मानकों का पालन करना अत्यंत महत्वपूर्ण रहता है।

ज्वारीय और स्प्लैश क्षेत्रों में कंक्रीट टावर फाउंडेशन के लिए सीमेंट-आधारित और हाइब्रिड कोटिंग्स

तरंगों के संपर्क में आने वाली कंक्रीट की नींवें पॉलिमर-संशोधित सीमेंट कोटिंग्स से काफी लाभान्वित होती हैं, जो गहराई तक प्रवेश करती हैं और ज्वार-भाटा तथा छिड़कने वाले पानी से प्रभावित क्षेत्रों में वाष्प को बाहर निकलने देती हैं। यह कोटिंग क्रिस्टल निर्माण के माध्यम से आधे मिलीमीटर तक के छोटे से छोटे दरारों को सील करके काम करती है, जिससे क्लोराइड्स के प्रवेश को रोका जाता है, जबकि नमी को प्राकृतिक रूप से बाहर निकलने की अनुमति दी जाती है। यह श्वसनीयता (ब्रीथेबिलिटी) डूबे होने की स्थिति में फफोले या उखड़ने जैसी समस्याओं से बचाव करने में सहायता करती है। परीक्षणों से पता चला है कि स्प्लैश ज़ोन की स्थितियों में हाइब्रिड एपॉक्सी-सिलॉक्सेन मिश्रण क्लोराइड प्रवेश को सामान्य कंक्रीट की तुलना में लगभग 92% तक कम कर देते हैं। अच्छे परिणाम प्राप्त करने के लिए, सतहों की तैयारी उद्योग मानक SSPC SP13 या NACE 6 के अनुसार उचित ढंग से करनी आवश्यक है, और कोटिंग की मोटाई कम से कम 2.5 से 3 मिमी होनी चाहिए ताकि रेत और मलबे के कारण होने वाले क्षरण को संभाला जा सके। प्रत्येक दो वर्ष में नियमित जाँच करने के साथ-साथ प्रत्येक पाँच वर्ष में पूर्ण मूल्यांकन करने से समस्याओं का शुरुआती पता लगाने में सहायता मिलती है। विशेष ध्यान उन स्थानों पर देना चाहिए जो तीव्र गति से चलने वाली तरंगों के प्रभाव से सबसे अधिक प्रभावित होते हैं, जहाँ क्षरण की प्रवृत्ति सामूहिक रूप से केंद्रित होती है।

टॉवर घटकों के लिए संक्षारण-प्रतिरोधी सामग्री और सतह उपचार

स्टेनलेस स्टील (316, 2205) और वेदरिंग स्टील: तटीय क्षेत्रों में टॉवर फ्रेम और हार्डवेयर के लिए अनुप्रयोग दिशा-निर्देश तथा संरचनात्मक संगतता

सही सामग्रियों का चयन करना तटीय टावरों के जीवनकाल को लेकर सबसे महत्वपूर्ण कारक है। स्टेनलेस स्टील ग्रेड 316 में लगभग 2 से 3 प्रतिशत मॉलिब्डेनम होता है, जो इसे संक्षारण के दौरान बनने वाले उन छोटे-छोटे गड्ढों और दरारों के खिलाफ अच्छी सुरक्षा प्रदान करता है। इस कारण यह बोल्ट्स, ब्रैकेट्स और संरचनात्मक सदस्यों के बीच के संयोजन जैसे महत्वपूर्ण भागों के लिए उत्कृष्ट है। मुख्य सहारा संरचनाओं के लिए, जो लहरों और नमक के जमाव दोनों का सामना करती हैं, डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील 2205 अधिक प्रभावी है, क्योंकि यह तनाव संक्षारण द्वारा उत्पन्न दरारों (stress corrosion cracking) को बेहतर ढंग से संभालता है और इसके अधिक मजबूत तन्य गुण (tensile properties) होते हैं। वेदरिंग स्टील (weathering steel), नमी चक्रों के संपर्क में आने पर समय के साथ एक प्रकार की सुरक्षात्मक परत विकसित करता है, अतः यह उन टावर के भागों के लिए उपयुक्त है जो जल सतह के ऊपर स्थित हों और जहाँ नमक की निरंतर उपस्थिति न हो। हालाँकि, उन क्षेत्रों के पास सावधानी बरतनी चाहिए जहाँ समुद्र का पानी नियमित रूप से छिटकता रहता है, क्योंकि लगातार क्लोराइड के संपर्क में आने से यह सामग्री अंततः क्षीण हो जाएगी, जैसा कि ISO 9223 C5-M जैसे मानकों में वर्णित है। इसके अतिरिक्त, यह सुनिश्चित करना भी महत्वपूर्ण है कि विभिन्न धातुएँ एक-दूसरे को सीधे स्पर्श न करें। असमान धातुओं को जोड़ते समय, उन्हें विद्युत रूप से अलग करना आवश्यक है। साथ ही, वेल्डिंग के दौरान सावधानीपूर्ण तापमान नियंत्रण संक्षारण प्रतिरोध को बनाए रखने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। कभी-कभी वेल्डिंग के बाद, सतही सुरक्षा को पुनः स्थापित करने के लिए 'पैसिवेशन' (passivation) नामक अतिरिक्त उपचार की आवश्यकता होती है।

तटीय भू-स्थित टावर फाउंडेशन के लिए कैथोडिक सुरक्षा रणनीतियाँ

इलेक्ट्रोकेमिकल कैथोडिक सुरक्षा (CP) भू-स्थित तटीय टावर फाउंडेशन—विशेष रूप से समुद्री जल में डूबे हुए या लवणीय मिट्टी में अंतःस्थापित फाउंडेशन—के लिए एक महत्वपूर्ण सुरक्षा उपाय है। दो प्रमुख दृष्टिकोणों का उपयोग किया जाता है, जिनमें से प्रत्येक को विशिष्ट संचालन संदर्भों के अनुकूल बनाया गया है:

• बलिदानी एनोड CP : जिंक, एल्युमीनियम या मैग्नीशियम एनोड्स को फाउंडेशन के इस्पात से विद्युत रूप से जोड़ा जाता है। ये एनोड्स प्राथमिकता से क्षरित होते हैं, जिससे कठोर समुद्री वातावरण में संरचनात्मक सेवा आयु १५–२० वर्ष तक बढ़ जाती है। यह विधि उन फाउंडेशनों के लिए विशेष रूप से प्रभावी है जिनके रखरखाव या निगरानी के लिए सीमित पहुँच हो।

• प्रेरित वर्तमान कैथोडिक संरक्षण, या संक्षेप में ICCP, तब कार्य करता है जब एक रेक्टिफायर मिश्रित धातु ऑक्साइड (MMO) या प्लैटिनम-नियोबियम संयोजन जैसी सामग्रियों से बने विशेष एनोड्स को नियंत्रित दिष्ट धारा प्रेषित करता है। इससे भूमिगत दबे हुए या जल के अंदर स्थित किसी भी संरचना के समग्र संरक्षण का निर्माण होता है। यह प्रणाली उन बड़े परियोजनाओं के लिए बहुत लोकप्रिय हो गई है जिन्हें दशकों तक चलने की आवश्यकता होती है, विशेष रूप से अपतटीय पवन टरबाइनों को समर्थन देने वाली विशाल नींवों जैसी चीजों के लिए। क्यों? क्योंकि ICCP प्रणालियों को आवश्यकतानुसार समायोजित किया जा सकता है, इन्हें बार-बार क्रू को भेजे बिना दूरस्थ रूप से निगरानी की जा सकती है, और कई वास्तविक दुनिया की स्थापनाओं में इन्हें 25 वर्षों से अधिक समय तक उचित रूप से कार्य करते हुए देखा गया है। ये विशेषताएँ इन्हें उन महत्वपूर्ण अवसंरचनाओं के लिए आदर्श बनाती हैं, जहाँ रखरखाव तक पहुँच कठिन या महंगी हो सकती है।

हाइब्रिड सीपी प्रणालियाँ—जो कीचड़ के स्तर के निकट बलिदान एनोड्स को गहरे पाइल अनुभागों के लिए आईसीसीपी के साथ संयोजित करती हैं—को ज्वार-छींटा संक्रमण क्षेत्रों में बढ़ती दर से अपनाया जा रहा है, जहाँ संक्षारण दर 0.5 मिमी/वर्ष से अधिक होती है। समान धारा वितरण की प्राप्ति रणनीतिक एनोड स्थापना, मृदा प्रतिरोधकता मानचित्रण और एनएसीई एसपी0169 तथा आईएसओ 15257 के अनुसार आवधिक विभव सर्वेक्षण पर गहराई से निर्भर करती है।

सामान्य प्रश्न

1. तटीय टावर आंतरिक क्षेत्रों के टावरों की तुलना में तेज़ी से क्यों संक्षारित होते हैं?

तटीय टावर नमक के छींटे, ज्वारीय छींटे और वायुमंडलीय क्लोराइड अवक्षेपण के संपर्क में आने के कारण तेज़ी से संक्षारित होते हैं, जो सभी संक्षारण प्रक्रिया को तीव्र कर देते हैं।

2. तटीय टावरों के लिए सामान्य सुरक्षात्मक उपाय क्या हैं?

सामान्य सुरक्षात्मक उपायों में एपॉक्सी-जिंक प्राइमर के साथ पॉलीउरेथेन टॉपकोट्स का आवेदन, ग्रेड 316 या डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील 2205 जैसी स्टेनलेस स्टील सामग्रियों का उपयोग तथा बलिदान एनोड सीपी और आईसीसीपी जैसी कैथोडिक सुरक्षा प्रणालियों का प्रयोग शामिल हैं।

3. तटीय टावर के कोटिंग्स पर रखरखाव की जाँच कितनी बार की जानी चाहिए?

मुद्दों को जल्दी पकड़ने के लिए, विशेष रूप से तेज़ गति वाली लहरों से प्रभावित क्षेत्रों में, नियमित जाँच हर दो वर्ष में और पूर्ण मूल्यांकन हर पाँच वर्ष में किए जाने चाहिए।

4. कैथोडिक सुरक्षा क्या है, और यह भू-संपर्कित तटीय टावरों के लिए कैसे काम करती है?

कैथोडिक सुरक्षा में बलिदानी एनोड्स या अधिप्रेरित धारा प्रणालियों का उपयोग करके इस्पात संरचनाओं से क्षरणकारी धाराओं को पुनर्निर्देशित करके क्षरण को रोका जाता है।