Existujú protikorózne opatrenia pre veže používané v pobrežných oblastiach?

Prečo veže v pobrežných oblastiach čelia zrýchlenej korózii

Mechanizmy vnikania chloridov: morská pena, prílivové šplietanie a atmosférické usadzovanie na konštrukciách veží

Problémy s koróziou na vežiach v pobrežných oblastiach vyplývajú predovšetkým z troch zdrojov expozície chloridom: soľná pena, ktorú vznášajú rozbiehajúce sa vlny, priame zasiahnutie prílivovej vody počas silných búrok a vlhkosť bohatá na chloridy, ktorú prenáša vietor a ktorá sa postupne usadzuje na povrchu. Keď sa soľná pena dostane do mikroskopických trhlín ochranných povlakov, vytvára vodivé vrstvy, ktoré spúšťajú elektrochemické reakcie, ktoré nazývame korózne články. Dolné časti veží sú najviac vystavené prílivovej vode a opakovane sa premáčajú morskou vodou, najmä počas hurikánov alebo severovýchodných búrok (nor’easters). Medzitým sa chloridy postupne hromadia na všetkých vystavených povrchoch prostredníctvom atmosferickej depozície. Tieto kombinované účinky vytvárajú mimoriadne náročné podmienky, ktorým materiály musia odolať. Oceľ bez ochrany v oblastiach, kde vlny bielia do konštrukcií, koroduje približne 3 až 5-krát rýchlejšie ako oceľ v normálnych atmosferických podmienkach, čo potvrdzujú priemyselné štandardy NACE International. V prípade betónových základov začne výstuž korodovať zvnútra, ak sa obsah chloridov prekročí 0,15 % z celkovej hmotnosti betónu. Rozširujúci sa hrdza potom oslabuje celú konštrukciu, čo vedie k odštiepovaniu betónu (spalling) a nakoniec k strate kritických nosných častí.

Skutočné rýchlosti korózie v zónach ISO 9223 C5-M oproti očakávaným hodnotám životnosti pre veže na prenos a komunikáciu

Oceľové veže umiestnené v tých prísnych námorných zónach podľa štandardu ISO 9223 C5-M trpia koróziou rýchlosťou, ktorá výrazne presahuje pôžičky inžinierov. Problém je naozaj vážny: uhlíková oceľ sa eroduje rýchlosťou 80 až 200 mikrónov za rok, čo znamená, že sa koroduje približne osemkrát rýchlejšie ako podobné konštrukcie v bežných prostrediach triedy C3. Čo to znamená pre životnosť veží? Väčšina veží je navrhnutá na životnosť 30 až 50 rokov, no realita je iná. Dôležité súčasti, ako napríklad skrutkové spojenia, je potrebné vymieňať každých 7 až 12 rokov. A ak sa pozrieme na celkový obraz, údržba prenosovej infraštruktúry v pobrežných oblastiach vyjde približne o 40 percent drahšie ako prevádzka a údržba vvnútri krajiny. Inžinieri samozrejme tento problém zaznamenali. Normové organizácie, ako napríklad IEEE so svojimi pokynmi 1242 a NACE prostredníctvom normy SP0106, teraz vyžadujú účinnejšie opatrenia proti korózii. Medzi tieto opatrenia patrí zvyšovanie hrúbky materiálu, vytváranie záložných nosných ciest a vykonávanie podrobných lokalitych hodnotení pred inštaláciou nových veží pozdĺž pobrežia, kde sa soľný vzduch trpezlivo čaká, aby sa postupne „zjedol“ kov.

Ochranné systémy povlakov preukázané pre využitie na vežiach v pobrežných oblastiach

Epoxidno-zinkový základný náter + polyuretánový vrchný náter: výkon, celkové náklady počas životného cyklu a intervaly údržby na oceľových vežiach

Kombinácia epoxidových zinkových základných náterov s polyuretánovými vrchnými nátermi ponúka výbornú ochranu oceľových veží umiestnených v blízkosti pobrežia. Zinkovo bohatý základný náter pôsobí ako obetovanecký štít prostredníctvom katódovej ochrany, zatiaľ čo UV-stabilný polyuretán tvorí pevnú bariéru, ktorá bráni prieniku soli do povrchu kovu. Testy vykonané za prísnych environmentálnych podmienok triedy C5 M ukázali, že tieto nátery vydržia 20 až 25 rokov, čo je takmer dvojnásobok životnosti bežných priemyselných náterov dostupných na trhu dnes. Aplikácia náterového systému v odporúčanom rozsahu hrúbky suchého náteru 120 až 150 mikrónov má významný vplyv na úsporu nákladov v dlhodobom horizonte. V porovnaní s bežnými plánmi opätovného náterovania tento prístup zníži celkové náklady na životný cyklus približne o 40 %. Väčšina údržbových prác sa dá odložiť až po 15 až 18 rokoch prevádzky. Ak však náter aplikujeme príliš tenký – dokonca aj len o 30 mikrónov menej ako cieľová hrúbka – skráti to predpokladanú životnosť približne o 35 %. Preto je dodržiavanie noriem SSPC PA2 počas aplikácie stále kriticky dôležité, ak chceme z týchto ochranných systémov získať maximálnu hodnotu.

Cementové a hybridné povlaky pre betónové vežové základy v prílivových a výškových zónach

Betónové základy vystavené vlnám veľmi profitujú z polymérne upravených cementových povlakov, ktoré hlboko prenikajú a umožňujú odparovanie pary v oblastiach ovplyvnených prílivom a rozštiepovanou vodou. Povlak funguje tak, že uzatvára trhliny až do veľkosti pol milimetra prostredníctvom tvorby kryštálov, čím bráni vnikaniu chloridov, ale zároveň umožňuje prirodzené vyparovanie vlhkosti. Táto dýchací schopnosť pomáha predchádzať problémom, ako sú puchýre alebo odpadávanie povlaku pri ponorení. Testy ukázali, že hybridné zmesi epoxidov a siloxanov znížia vnikanie chloridov v podmienkach zóny rozštiepovania vody až o 92 % v porovnaní s bežným betónom. Na dosiahnutie dobrých výsledkov je potrebná primeraná príprava povrchu podľa priemyselných noriem SSPC SP13 alebo NACE 6 a povlak by mal mať hrúbku najmenej 2,5 až 3 mm, aby odolal opotrebovaniu spôsobenému pieskom a nečistotami. Pravidelné kontroly každé dva roky a komplexné hodnotenia každých päť rokov pomáhajú včas odhaliť problémy. Zvláštna pozornosť sa venuje miestam, ktoré najviac postihujú rýchlo sa pohybujúce vlny, kde sa zvyčajne koncentruje opotrebovanie.

Koróziou odolné materiály a povrchové úpravy pre komponenty veží

Nerezová oceľ (316, 2205) a počasieodolná oceľ: Pokyny na použitie a štrukturálna kompatibilita pre rámové konštrukcie veží a príslušenstvo v pobrežných oblastiach

Výber vhodných materiálov rozhoduje o životnosti pobrehových veží. Nerezová oceľ triedy 316 obsahuje približne 2 až 3 % molibdénu, čo jej poskytuje dobrú ochranu proti nepríjemným bodovým koroziám a štrbinám vznikajúcim počas korózie. To ju robí vhodnou pre dôležité súčasti, ako sú skrutky, upevňovacie konzoly a spojenia medzi nosnými prvkami. Pre hlavné nosné konštrukcie vystavené zároveň vlnám aj hromadeniu soli je lepšie použiť duplexnú nerezovú oceľ 2205, pretože odoláva napäťovej korózii oveľa lepšie a má vyššiu pevnosť v ťahu. Oceľ na poveternostné zaťaženie (weathering steel) sa postupne pri opakovanom vystavení vlhkosti pokrýva ochrannou vrstvou, a preto je vhodná pre časti veže nad hladinou vody, kde sa soľ nevyskytuje trvalo. Avšak v oblastiach, kde sa morská voda pravidelne rozprašuje, je potrebné byť opatrný, pretože trvalé vystavenie chloridom podľa noriem, ako je ISO 9223 C5-M, tento materiál postupne poškodí. Dôležité je tiež zabrániť priamemu kontaktu rôznych kovov. Pri spájaní nesúrodých kovov je potrebné ich elektricky izolovať. Počas zváracích prác má veľký význam presná kontrola teploty, aby sa zachovala korózna odolnosť. V niektorých prípadoch pomáha po zváraní dodatočná úprava – pasivácia – obnoviť povrchovú ochranu.

Stratégie katódovej ochrany pre základy veží na pobreží

Elektrochemická katódová ochrana (KO) je kritickou ochranou pre základy veží na pobreží – najmä tých, ktoré sú ponorené v morskej vode alebo zabudované v soľných pôdach. Používajú sa dva hlavné prístupy, z ktorých každý je vhodný pre odlišné prevádzkové podmienky:

• Katódová ochrana pomocou obetovateľných anód : Anódy zinku, hliníka alebo horčíku sa elektricky pripájajú k oceľovým častiam základov. Tieto anódy sa korodujú preferenčne a predĺžia tak životnosť konštrukcie o 15–20 rokov v agresívnom morskom prostredí. Táto metóda je obzvlášť účinná pre základy s obmedzeným prístupom na údržbu alebo monitorovanie.

• Impresná katódna ochrana prúdom (ICCP) funguje tak, že usmerňovač poskytuje riadený jednosmerný prúd špeciálnym anódam vyrobeným z materiálov, ako je zmiešaný kovový oxid (MMO) alebo kombinácie platiny a nióbia. Tým sa vytvorí ochrana celej štruktúry, ktorá je zabudovaná pod zemou alebo ponorená pod vodou. Tento systém sa stal veľmi populárny pre rozsiahle projekty, ktoré musia vydržať desaťročia, najmä napríklad obrovské základy podporujúce veterné elektrárne na mori. Prečo? Systémy ICCP možno podľa potreby prispôsobiť, diaľkovo monitorovať bez nutnosti neustále posielať pracovníkov na miesto a v mnohých reálnych inštaláciách sa dokázalo, že správne fungujú viac ako 25 rokov. Tieto vlastnosti ich robia ideálnymi pre kritickú infraštruktúru, kde prístup na údržbu môže byť ťažký alebo nákladný.

Hybridné systémy katodickej ochrany (CP) – ktoré kombinujú obetovateľné anódy v blízkosti hladiny bahna s impulznou katodickou ochranou (ICCP) pre hlbšie časti pilotov – sa čoraz viac uplatňujú v prechodových zónach prílivu a splachu, kde rýchlosť korózie presahuje 0,5 mm/rok. Rovnomerné rozloženie prúdu závisí kriticky od strategického umiestnenia anód, mapovania odporu pôdy a periodických meraní potenciálu podľa noriem NACE SP0169 a ISO 15257.

Často kladené otázky

1. Prečo sa pobrežné veže korodujú rýchlejšie ako vnútrozemské?

Pobrežné veže sú vystavené rýchlejšej korózii v dôsledku kontaktu so solnou snehovkou, splachom prílivu a atmosférickým usadzovaním chloridov, čo všetko zrýchľuje proces korózie.

2. Aké sú bežné opatrenia na ochranu pobrežných veží?

Medzi bežné opatrenia patrí aplikácia epoxidno-zinkových základných náterov s polyuretánovými vrchnými nátermi, používanie materiálov z nehrdzavejúcej ocele, napríklad triedy 316 alebo duplexnej nehrdzavejúcej ocele 2205, a využívanie systémov katodickej ochrany, ako sú obetovateľné anódy CP a ICCP.

3. Ako často by sa mali vykonávať údržbové kontroly povrchových náterov pobrežných veží?

Pravidelné kontroly by mali prebiehať každé dva roky a úplné hodnotenia každých päť rokov, aby sa problémy zistili včas, najmä v oblastiach ovplyvnených rýchlo sa pohybujúcimi vlnami.

4. Čo je katódová ochrana a ako funguje u uzemnených pobrehových veží?

Katódová ochrana využíva obetované anódy alebo systémy s vynúteným prúdom na prevenciu korózie tým, že korozívne prúdy presmeruje od oceľových konštrukcií.