Применяются ли меры по защите опор от коррозии в прибрежных районах?

Почему опоры в прибрежных районах подвержены ускоренной коррозии

Механизмы проникновения хлоридов: морская брызга, приливные брызги и атмосферное осаждение на конструкции опор

Проблемы коррозии на башнях, расположенных в прибрежных зонах, возникают главным образом из-за трёх источников воздействия хлоридов: солевого аэрозоля, поднимаемого разбивающимися волнами; прямого попадания приливного брызга во время сильных штормов; а также влаги, обогащённой хлоридами, переносимой ветром и постепенно осаждающейся на поверхности. Когда солевой аэрозоль проникает в микротрещины защитных покрытий, он образует электропроводящие плёнки, запускающие электрохимические реакции, известные как коррозионные элементы. Нижние части башен подвергаются наиболее интенсивному воздействию приливного брызга и многократно пропитываются морской водой — особенно сильно это проявляется во время ураганов или северо-восточных штормов («нор’эстеров»). В то же время хлориды медленно накапливаются на всех открытых поверхностях в результате атмосферного осаждения. Совокупное действие этих факторов создаёт чрезвычайно тяжёлые условия для материалов, которым необходимо противостоять коррозии. Сталь, не защищённая от коррозии в зонах, где волны бьют в конструкции, разрушается примерно в 3–5 раз быстрее, чем сталь, находящаяся в обычных атмосферных условиях, согласно отраслевым стандартам, установленным NACE International. Что касается бетонных фундаментов, то при содержании хлоридов выше 0,15 % от общей массы начинается коррозия арматуры внутри бетона. Расширяющаяся ржавчина ослабляет всю конструкцию, что приводит к откалыванию бетона (шелушению) и, в конечном счёте, к потере критически важных несущих участков.

Фактические скорости коррозии в зонах ISO 9223 C5-M по сравнению с ожидаемым сроком службы опор линий электропередачи и связи

Стальные башни, установленные в суровых морских зонах класса коррозионной агрессивности ISO 9223 C5-M, подвергаются коррозии со скоростью, значительно превышающей первоначальные инженерные прогнозы. Проблема действительно серьёзна: детали из углеродистой стали разрушаются со скоростью 80–200 микрон в год, то есть корродируют примерно в восемь раз быстрее, чем аналогичные конструкции в обычных зонах класса C3. Каковы последствия для срока службы башен? Большинство башен проектируются на срок службы 30–50 лет, однако реальность выглядит иначе: важные компоненты, такие как болтовые соединения, приходится заменять каждые 7–12 лет. Если же взглянуть на ситуацию в целом, эксплуатация и обслуживание линий электропередачи в прибрежных районах обходятся примерно на 40 % дороже, чем аналогичные работы во внутренних регионах. Инженеры, разумеется, уже обратили внимание на эту проблему. Стандартные организации, такие как IEEE (руководящий документ 1242) и NACE (стандарт SP0106), теперь требуют применения более эффективных мер защиты от коррозии. К ним относятся увеличение толщины материала при проектировании, создание резервных конструктивных путей нагрузки, а также проведение детальной оценки площадки до установки новых башен в прибрежных зонах, где солёный воздух терпеливо ожидает возможности разрушить металл.

Системы защитных покрытий, проверенные при применении на башнях в прибрежных зонах

Эпоксидно-цинковый грунт + полиуретановое верхнее покрытие: эксплуатационные характеристики, стоимость жизненного цикла и интервалы технического обслуживания для стальных башен

Сочетание эпоксидных цинксодержащих грунтов с полиуретановыми верхними покрытиями обеспечивает надежную защиту стальных башен, расположенных вблизи побережья. Цинксодержащий грунт действует как жертвенный экран за счёт катодной защиты, а устойчивое к ультрафиолетовому излучению полиуретановое покрытие образует прочный барьер, предотвращающий проникновение соли на металлическую поверхность. Испытания, проведённые в экстремальных условиях окружающей среды класса C5-M, показывают, что срок службы таких покрытий составляет от 20 до 25 лет — почти вдвое дольше, чем у стандартных промышленных покрытий, представленных сегодня на рынке. Нанесение системы покрытий при рекомендуемой толщине сухой плёнки в диапазоне от 120 до 150 мкм существенно снижает эксплуатационные расходы в долгосрочной перспективе. По сравнению с обычным графиком повторного нанесения покрытия такой подход сокращает совокупные затраты жизненного цикла примерно на 40 %. Большинство работ по техническому обслуживанию можно отложить до истечения 15–18 лет эксплуатации. Однако если покрытие нанесено слишком тонким слоем — даже при недостатке всего 30 мкм относительно заданной толщины — ожидаемый срок службы сокращается примерно на 35 %. Именно поэтому строгое соблюдение стандартов SSPC PA2 при нанесении покрытия остаётся критически важным условием для получения максимальной отдачи от этих защитных систем.

Цементные и гибридные покрытия для бетонных опорных фундаментов башен в приливной зоне и зоне брызг

Бетонные фундаменты, подвергающиеся воздействию волн, значительно выигрывают от применения цементных покрытий, модифицированных полимерами: такие покрытия глубоко проникают в структуру бетона и одновременно обеспечивают выход водяного пара из зон, подверженных приливно-отливным явлениям и брызгам воды. Действие покрытия основано на герметизации трещин размером до 0,5 мм за счёт образования кристаллов, что препятствует проникновению хлоридов, но при этом позволяет влаге естественным образом испаряться. Такая паропроницаемость помогает избежать таких проблем, как образование пузырей или отслаивание покрытия при погружении под воду. Испытания показали, что гибридные смеси эпоксидной смолы и силоксана снижают проникновение хлоридов почти на 92 % по сравнению с обычным бетоном в условиях зоны брызг. Для достижения хороших результатов поверхность должна быть тщательно подготовлена в соответствии со стандартами отрасли SSPC SP13 или NACE 6, а толщина покрытия должна составлять не менее 2,5–3 мм, чтобы обеспечить устойчивость к износу от песка и посторонних частиц. Регулярный осмотр каждые два года и полная оценка состояния каждые пять лет позволяют своевременно выявлять возникающие проблемы. Особое внимание следует уделять участкам, наиболее интенсивно подвергающимся воздействию быстро движущихся волн, поскольку именно там сосредоточен основной износ.

Коррозионностойкие материалы и поверхностные покрытия для компонентов башен

Нержавеющая сталь (316, 2205) и погодостойкая сталь: Руководящие указания по применению и конструктивная совместимость для каркасов башен и крепёжных элементов в прибрежных зонах

Выбор правильных материалов имеет решающее значение для срока службы береговых башен. Нержавеющая сталь марки 316 содержит около 2–3 % молибдена, что обеспечивает ей хорошую защиту от нежелательных питтинговой и щелевой коррозии. Благодаря этому она отлично подходит для важных компонентов, таких как болты, кронштейны и соединения между несущими элементами конструкции. Для основных несущих конструкций, подвергающихся одновременному воздействию волн и скоплению соли, более предпочтительна дуплексная нержавеющая сталь 2205, поскольку она значительно лучше сопротивляется коррозии под напряжением и обладает повышенными прочностными характеристиками при растяжении. Погодостойкая сталь со временем образует защитный слой при циклическом воздействии влаги, поэтому её можно использовать для частей башни, расположенных над уровнем воды, где концентрация соли не является постоянной. Однако следует соблюдать осторожность в зонах, регулярно омываемых морской водой: постоянное хлоридное воздействие в конечном итоге приведёт к разрушению этого материала в соответствии со стандартами, такими как ISO 9223 C5-M. Также важно исключить прямой контакт различных металлов друг с другом. При соединении разнородных металлов их необходимо электрически изолировать. Кроме того, при сварочных работах чрезвычайно важен точный контроль температуры для сохранения коррозионной стойкости. Иногда после сварки применяют дополнительную обработку — пассивацию, которая помогает восстановить защитные свойства поверхности.

Стратегии катодной защиты для наземных опорных оснований башен в прибрежных зонах

Электрохимическая катодная защита (КЗ) является критически важной мерой защиты для наземных опорных оснований башен — особенно тех, которые погружены в морскую воду или расположены в солончаковых грунтах. Применяются два основных подхода, каждый из которых подходит для определённых эксплуатационных условий:

• Катодная защита с жертвенными анодами : Цинковые, алюминиевые или магниевые аноды электрически соединяются со сталью основания. Эти аноды корродируют преимущественно, увеличивая срок службы конструкции на 15–20 лет в агрессивных морских условиях. Данный метод особенно эффективен для оснований, к которым затруднён доступ для технического обслуживания или мониторинга.

• Импресивная катодная защита тока (ICCP) работает, когда выпрямитель подает контролируемый постоянный ток на специальные аноды, изготовленные из таких материалов, как смешанный металлический оксид (MMO) или комбинации платины и ниобия. Это обеспечивает защиту всей конструкции, находящейся под землей или под водой. Система получила широкое распространение при реализации крупных проектов, рассчитанных на десятилетия эксплуатации, в частности — для массивных фундаментов, поддерживающих морские ветрогенераторы. Почему? Системы ICCP можно гибко настраивать по мере необходимости, дистанционно контролировать без регулярного выезда бригад на объект, а в ряде реальных установок они демонстрируют безотказную работу в течение более чем 25 лет. Эти характеристики делают их идеальным решением для критически важной инфраструктуры, где доступ для технического обслуживания может быть затруднён или экономически нецелесообразен.

Гибридные системы катодной защиты (КЗ) — сочетающие жертвенные аноды вблизи уровня ила с протекторной защитой переменным током (ICCP) для более глубоких участков свай — всё чаще применяются в зонах перехода приливно-волнового воздействия, где скорость коррозии превышает 0,5 мм/год. Равномерное распределение тока критически зависит от стратегического размещения анодов, картирования удельного электрического сопротивления грунта и периодических замеров потенциала в соответствии со стандартами NACE SP0169 и ISO 15257.

Часто задаваемые вопросы

1. Почему прибрежные башни подвергаются коррозии быстрее, чем расположенные во внутренних районах?

Прибрежные башни подвергаются ускоренной коррозии из-за воздействия солевого тумана, брызг прилива и атмосферного осаждения хлоридов, что в совокупности ускоряет процесс коррозии.

2. Какие меры защиты обычно применяются для прибрежных башен?

К распространённым мерам защиты относятся нанесение эпоксидно-цинковых грунтов с полиуретановыми верхними покрытиями, использование коррозионностойких сталей, таких как сталь марки 316 или дуплексная нержавеющая сталь 2205, а также применение систем катодной защиты, включая протекторную защиту жертвенными анодами и ICCP.

3. Как часто следует проводить техническое обслуживание защитных покрытий прибрежных башен?

Регулярные проверки должны проводиться каждые два года, а полная оценка — каждые пять лет, чтобы выявлять проблемы на ранней стадии, особенно в зонах, подверженных воздействию быстродвижущихся волн.

4. Что такое катодная защита и как она работает для наземных прибрежных башен?

Катодная защита использует жертвенные аноды или системы с принудительным током для предотвращения коррозии путём перенаправления коррозионных токов от стальных конструкций.