Vannak-e korrózióvédelmi intézkedések a tengerparti területeken használt tornyok esetében?

Miért szenvednek a tengerparti tornyok gyorsabb korróziótól?

Klorid-bejutás mechanizmusa: sópermet, dagálycsapás és légköri leülepedés a torony szerkezeteken

A tengerparti tornyok korróziós problémái főként három forrásból származó klór-expozícióból erednek: a törő hullámok által felvert sópermet, a nagy viharok idején fellépő árapály-spray közvetlen találata, valamint a szél által szállított, klórtartalmú nedvesség, amely idővel lerakódik. Amikor a sópermet bejut a védőrétegek apró repedéseibe, vezetőképes filmeket képez, amelyek elindítják azokat az elektrokémiai reakciókat, amelyeket korróziós celláknak nevezünk. A torony alsó részei elsősorban az árapály-spray hatását szenvedik el, ismételten áztatva kerülnek tengervízbe, különösen rossz helyzetben hurrikánok vagy északkeleti viharok idején. Eközben a klór lassan felhalmozódik az összes kitett felületen az atmoszférikus lerakódás révén. Ezek a kombinált hatások rendkívül nehéz körülményeket teremtenek a szerkezeti anyagok számára a károsodással szembeni ellenállásra. Az ipari szabványok szerint (a NACE International által meghatározottak szerint) a hullámok által a szerkezetekbe csapódó víznek kitett, védetlen acél kb. 3–5-ször gyorsabban korródzódik, mint az acél normál levegőkörülmények közötti tárolása esetén. A betonalapoknál, ha a klórtartalom meghaladja a teljes tömeg 0,15%-át, a betonacél belső korróziója megkezdődik. A táguló rozsda ezután gyengíti az egész szerkezetet, ami betonleváláshoz (spallinghoz) és végül kritikus szerkezeti elemek elvesztéséhez vezet.

Valós idejű korróziós sebességek az ISO 9223 C5-M zónákban a villamosenergia-átviteli és távközlési tornyok tervezett élettartamának elvárásaihoz képest

Az acéltornyok, amelyeket ezekben a szigorú ISO 9223 C5-M tengeri környezetekben helyeznek el, korrodálódásnak vannak kitéve olyan mértékben, amely messze meghaladja a mérnökök eredeti várakozásait. A probléma valóban súlyos: a szénacél alkatrészek évente 80–200 mikron mértékben bomlanak le, azaz kb. nyolcszor gyorsabban romlanak el, mint hasonló szerkezetek a szokványos C3 környezetekben. Mit jelent ez a tornyok élettartamára? Nos, a legtöbb torony 30–50 év élettartamra van tervezve, de a valóság más képet mutat. Fontos alkatrészek, például a csavarösszeállítások már 7–12 évenként cserére szorulnak. Ha pedig a nagyobb képet vesszük szemügyre, akkor kiderül, hogy a partvidéki távvezetéki infrastruktúra karbantartása kb. 40 százalékkal többe kerül, mint a belső területeken működő rendszerek fenntartása. A mérnökök természetesen észrevették ezt a problémát. A szabványügyi szervezetek – például az IEEE 1242-es irányelveivel és a NACE SP0106-os ajánlásával – most már szigorúbb korrózióvédelmi intézkedéseket követelnek meg. Ezek közé tartozik a plusz anyagvastagság beépítése, tartalék szerkezeti útvonalak kialakítása, valamint részletes helyszíni értékelések elvégzése új tornyok telepítése előtt a partvidéken, ahol a sótartalmú levegő türelmesen várja, hogy megtámadja a fémeket.

Védőbevonat-rendszerek, amelyeket tengerparti toronyalkalmazásokra bizonyítottak

Epoxi-cink alapozó + poliuretán fedőlakkozás: Teljesítmény, életciklus-költség és karbantartási időközök acéltornyokon

Az epoxi cink alapozók és a poliuretán fedőlakkok kombinációja erős védelmet nyújt a tengerpart közelében elhelyezett acéltornyok számára. A cinkben gazdag alapozó katódos védettség révén áldozati pajzsként működik, miközben az UV-álló poliuretán egy kemény, só behatolását megakadályozó gátot képez az acél felületén. A kemény C5-M környezeti feltételek között végzett tesztek azt mutatják, hogy ezek a bevonatok 20–25 évig tartanak, ami majdnem kétszer annyi, mint a jelenleg piacon kapható szokásos ipari bevonatok élettartama. A bevonatrendszer ajánlott száraz filmvastagság-tartományban (120–150 mikron) történő felvitele jelentős költségmegtakarítást eredményez hosszú távon. A szokásos újrafestési ütemtervekhez képest ezzel a megközelítéssel a teljes életciklus-költségek kb. 40%-kal csökkennek. A legtöbb karbantartási munka elhalasztható az üzembe helyezéstől számított 15–18 év utánra. Ha azonban a bevonat túl vékonyan kerül felvitele – akár csak 30 mikron hiányzik a célvastagságból –, az várható élettartamot kb. 35%-kal csökkenti. Ezért az alkalmazás során a SSPC PA2 szabványok betartása döntő fontosságú ahhoz, hogy maximális értéket nyerjünk ezekből a védőrendszerekből.

Cementalapú és hibrid bevonatok beton toronyalapokhoz árapály- és fröccsenő víz-zónákban

A hullámoknak kitett betonalapozások nagy mértékben profitálnak a polimer-módosított cementbevonatokból, amelyek mélyen behatolnak, és lehetővé teszik a pára elpárologtatását az árapály- és vírgömbölyítési területeken. A bevonat repedések lezárásával működik – akár fél milliméteres repedéseket is lezár a kristályképződés révén – így megakadályozza a klóridok behatolását, miközben természetes módon engedi kijutni a nedvességet. Ez a légzési képesség segít elkerülni a víz alatti körülmények között fellépő hólyagokat vagy lehámlást. Tesztek szerint a hibrid epoxi-sziloxán keverékek a klórid-bejutást majdnem 92%-kal csökkentik a sima betonhoz képest a vízfröccsenési zónában. Jó eredmények eléréséhez a felületeket az ipari szabványoknak megfelelően, az SSPC SP13 vagy az NACE 6 előírásai szerint kell előkészíteni, és a bevonat vastagsága legalább 2,5–3 mm legyen, hogy ellenálljon a homok és a szennyeződések okozta kopásnak. Rendszeres ellenőrzéseket évente kétszer, teljes értékeléseket pedig ötévenként kell végezni a problémák korai észlelése érdekében. Különös figyelmet igényelnek azok a területek, amelyeket a gyorsan mozgó hullámok a leginkább érintenek, mivel ott koncentrálódik a kopás.

Korrózióálló anyagok és felületkezelések toronyalkatrészekhez

Rozsdamentes acél (316, 2205) és időjárásálló acél: alkalmazási irányelvek és szerkezeti kompatibilitás tengerparti toronyvázakhoz és tartozékokhoz

A megfelelő anyagok kiválasztása döntően befolyásolja a partvidéki tornyok élettartamát. A 316-os típusú rozsdamentes acél körülbelül 2–3 százalék molibdén-t tartalmaz, amely kiváló védelmet nyújt azok ellen a kellemetlen lyukak és repedések ellen, amelyek a korrózió során keletkeznek. Ezért kiválóan alkalmas fontos alkatrészekre, például csavarokra, konzolokra és szerkezeti elemek közötti kapcsolódásokra. A hullámoknak és a sólerakódásnak is kitett fő teherhordó szerkezetek esetében a duplex rozsdamentes acél (2205-ös típus) jobb választás, mivel sokkal ellenállóbb a feszültségkorrodíciós repedésekkel szemben, és nagyobb húzószilárdsággal rendelkezik. A időjárásálló acél nedvességciklusok hatására idővel egyfajta védőréteget képez, így megfelelő a torony víz feletti részeinél, ahol a sóterhelés nem állandó. Figyelni kell azonban a tengeri víz által rendszeresen permetezett területekre, mivel a folyamatos klórexpozíció végül lebontja ezt az anyagot az ISO 9223 C5-M szabvány szerint. Fontos továbbá biztosítani, hogy különböző fémek ne érintkezzenek közvetlenül egymással. Különböző fémek összekötésekor elektromosan el kell választani őket. A hegesztési műveletek során a hőmérséklet pontos szabályozása is nagyon lényeges a korrózióállóság megőrzése érdekében. Néha a hegesztés után további kezelésre – úgynevezett passziválásra – is szükség van a felületi védelem helyreállítása érdekében.

Katódos védőstratégiák a tengerparti toronyalapozásokhoz

Az elektrokémiai katódos védés (CP) kritikus védelmi mechanizmus a tengerparti toronyalapozások számára – különösen azok számára, amelyek részben tengerben vannak vagy sótartalmú talajba ágyazódnak. Két fő megközelítést alkalmaznak, amelyek mindegyike különböző üzemeltetési körülményekhez igazítható:

• Áldozati anódos katódos védés : Cink-, alumínium- vagy magnéziumanódokat elektromosan kötnek össze az alapozási acéllel. Ezek az anódok elsődlegesen korródnak, ezzel 15–20 évvel meghosszabbítva a szerkezet élettartamát agresszív tengeri környezetben. Ez a módszer különösen hatékony olyan alapozások esetében, amelyekhez korlátozott a hozzáférés a karbantartáshoz vagy a felügyelethez.

• Az ellenállás nélküli áramkörös katóds védelem (ICCP – rövidítve) akkor működik, amikor egy egyenirányító vezérelt egyenáramot juttat speciális anódokra, amelyeket például kevert fém-oxidból (MMO) vagy platina–nióbium kombinációból készítenek. Ez a folyamat védettséget biztosít az alámerülő vagy víz alatt elhelyezkedő szerkezet egészére. A rendszer különösen népszerű lett nagy méretű, évtizedekig tartó üzemelést igénylő projekteknél, például a tengeri szélerőművek hatalmas alapozási szerkezeteinél. Miért? Mert az ICCP-rendszerek igény szerint beállíthatók, távolról figyelhetők anélkül, hogy gyakran ki kellene küldeni karbantartó csapatokat, és sok valós alkalmazásban már több mint 25 éve megfelelően működnek. Ezek a tulajdonságok ideálissá teszik őket olyan kritikus infrastruktúrákhoz, ahol a karbantartáshoz való hozzáférés nehézkes vagy költséges lehet.

A hibrid katóds védelmi (CP) rendszerek—amelyek a sárga vonal közelében áldozati anódokat kombinálnak az ICCP-vel a mélyebben elhelyezkedő cölöp-szakaszok védelmére—egyre gyakrabban kerülnek alkalmazásra az árapályos és fröccsenő víz határán lévő átmeneti zónákban, ahol a korróziós sebesség meghaladja az évi 0,5 mm-t. Az egyenletes árameloszlás kritikusan függ az anódok stratégiai elhelyezésétől, a talaj ellenállásának térképezésétől, valamint a NACE SP0169 és az ISO 15257 szabványok szerint végzett időszakos potenciál-mérésektől.

GYIK

1. Miért korródzódik gyorsabban a tengerparti tornyok szerkezete, mint a belső területeken állóké?

A tengerparti tornyok gyorsabb korrózióval szembesülnek a sópermet, az árapályos fröccsenő víz és a levegőből leülepedő klórionok hatására, amelyek mindegyike felgyorsítja a korróziós folyamatot.

2. Milyen gyakori védőintézkedések alkalmazhatók tengerparti tornyok esetén?

Gyakori védőintézkedések közé tartozik az epoxi-cink alapozók alkalmazása poliuretán fedőréteggel, a 316-os vagy duplex rozsdamentes acél (2205-ös minőség) használata, valamint a katóds védelem (pl. áldozati anódos CP és ICCP) alkalmazása.

3. Milyen gyakorisággal kell ellenőrizni a tengerparti tornyok bevonatait?

Rendszeres ellenőrzéseket kell végezni kétévenként, teljes értékeléseket pedig ötévenként, hogy korán észleljék a problémákat, különösen a gyorsan mozgó hullámok által érintett területeken.

4. Mi a katódos védelem, és hogyan működik a földelt partmenti tornyok esetében?

A katódos védelem áldozati anódokat vagy befektetett áramú rendszereket használ a korrózió megelőzésére úgy, hogy a korróziót okozó áramokat eltéríti az acél szerkezetekről.