Ali obstajajo ukrepi proti koroziji za stolpe, ki se uporabljajo v obalnih območjih?

Zakaj stolpi v obalnih območjih izkušajo pospešeno korozijo

Mehanizmi prodiranja kloridov: morska pršica, pljuskavanje pri plime in oseke ter atmosfersko usedanje na konstrukcije stolpov

Korozivni problemi na stolpih ob obali izvirajo predvsem iz treh virov izpostavljenosti kloridom: solnata meglica, ki jo razbijajo valovi, neposreden udarec plimskih kapljic med močnimi nevihtami ter kloridna vlaga, ki jo prenaša veter in se s časom odlaga. Ko solnata meglica vstopi v majhne razpoke zaščitnih premazov, nastanejo prevodni sloji, ki sprožijo elektrokemijske reakcije, ki jih imenujemo korozivne celice. Spodnji deli stolpov so najbolj izpostavljeni plimskim kapljicam, saj se večkrat zmočijo z morsko vodo – še posebej težko med hurikani ali severovzhodnimi nevihtami. Medtem se kloridi počasi nabirajo na vseh izpostavljenih površinah zaradi atmosferskega usedanja. Te skupne učinke ustvarjajo izjemno zahtevne pogoje za odpornost materialov. Jeklo, ki ostane nezaščiteno v območjih, kjer valovi udarjajo v konstrukcije, se korodira približno tri do petkrat hitreje kot jeklo, ki leži v običajnih zračnih razmerah, kar ugotavljajo industrijski standardi NACE International. Pri betonskih temeljih se armatura začne korodirati že pri kloridnih vsebinah nad 0,15 % skupne mase betona. Razširjajoča se rjava nato oslabi celotno konstrukcijo, kar vodi do odpiranja betona (odpadanja) in končnega izgubljanja kritičnih strukturnih delov.

Dejanske hitrosti korozije v conah ISO 9223 C5-M v primerjavi z pričakovanim življenjskim ciklom stolpov za prenos in komunikacijo

Jeklene stolpe, postavljene v težke morske cone ISO 9223 C5-M, prizadene korozija hitreje, kot so inženirji prvotno pričakovali. Težava je resnično resna: deli iz ogljikovega jekla se razjedajo s hitrostjo 80 do 200 mikronov na leto, kar pomeni, da se korodirajo približno osemkrat hitreje kot podobne konstrukcije v običajnih okoljih razreda C3. Kaj to pomeni za življenjsko dobo stolpov? Večina stolpov je zasnovana za trajanje 30 do 50 let, vendar resničnost pove drugačno zgodbo. Pomembni sestavni deli, kot so sklopi vijakov, jih je treba nadomestiti vsakih 7 do 12 let. Če pogledamo širšo sliko, vzdrževanje prenosne infrastrukture ob obali stane približno 40 odstotkov več kot vzdrževanje enake infrastrukture v notranjosti. Inženirji so seveda opazili to težavo. Standardizacijska telesa, kot sta IEEE z njegovimi smernicami 1242 in NACE s standardom SP0106, zdaj zahtevajo učinkovitejše ukrepe za zaščito pred korozijo. Med njimi spadajo dodatna debelina materiala, ustvarjanje rezervnih konstrukcijskih poti ter podrobne ocene lokacije pred namestitvijo novih stolpov ob obalah, kjer sladka zraka potrpežljivo čaka, da bi požrla kovino.

Zaščitni premazni sistemi, preizkušeni za uporabo na stolpih ob obali

Epoksidno-cinkov podpremaz + poliuretanski vrhnji premaz: zmogljivost, stroški življenjske dobe in intervali vzdrževanja na jeklenih stolpih

Kombinacija epoksidnih cinkovih podlag z poliuretanskimi zaščitnimi premazi zagotavlja odlično zaščito jeklenih stolpov, ki so nameščeni v bližini obal. Cinkovo bogata podlaga deluje kot žrtvovna zaščita s pomočjo katodne zaščite, medtem ko UV-stabilen poliuretan tvori trdno pregrado, ki preprečuje prodor soli na kovinsko površino. Preskusi, izvedeni v zahtevnih okoljskih pogojih razreda C5-M, kažejo, da ti premazi trajajo med 20 in 25 let, kar je skoraj dvakrat več kot standardni industrijski premazi na današnjem trgu. Nanos sistema premazov pri priporočenem obsegu debeline suhega filma (120–150 mikronov) bistveno prispeva k dolgoročnim stroškovnim varčevanjem. V primerjavi z običajnimi načrti ponovnega premazovanja ta pristop zmanjša stroške življenjskega cikla za približno 40 %. Večino vzdrževalnih ukrepov je mogoče odložiti do po 15 do 18 letih obratovanja. Če pa je premaz nanesen pretenko – že manjka le 30 mikronov glede na ciljno debelino – se predvidena življenjska doba skrajša za približno 35 %. Zato je pri nanosu ključnega pomena strogo slediti standardom SSPC-PA2, da bi iz teh zaščitnih sistemov izpeljali največjo korist.

Cementne in hibridne premaze za betonske stolpe temeljev v plimske in pršne cone

Betonske temelje, ki so izpostavljeni valovom, izjemno profitirajo od cementnih premazov, modificiranih s polimeri, ki globoko prodrejo in omogočajo izhajanje hlapov na območjih, ki jih vplivajo plime in razpršena voda. Premaz deluje tako, da z kristalno tvorbo zapira razpoke do velikosti pol milimetra, preprečuje vdiranje kloridov, hkrati pa naravno omogoča izhajanje vlage. Ta dihalnost pomaga izogniti se težavam, kot so mehurčki ali odlepanje pri potopitvi. Preskusi kažejo, da mešanice hibridnih epoksidnih siloksanov zmanjšajo vdir kloridov za skoraj 92 % v primerjavi z navadnim betonom v območju razprševanja. Za doseganje dobrih rezultatov je potrebna ustrezna priprava površin v skladu z industrijskimi standardi SSPC SP13 ali NACE 6, premaz pa mora imeti debelino najmanj 2,5 do 3 mm, da zdrži obrabo zaradi peska in ostankov. Redni pregledi vsakih dve leti ter popolne ocene vsakih pet let omogočajo časovno zaznavo morebitnih težav. Posebno pozornost je treba nameniti mestom, ki jih najbolj močno zadenejo hitro gibanje valov, saj se obraba tam največkrat koncentrira.

Materiali in površinske obdelave, odporni proti koroziji, za komponente stolpov

Nerjavnega jekla (316, 2205) in vremensko odpornega jekla: smernice za uporabo in strukturna združljivost za okvirje stolpov in pribor ob obali

Izbira pravih materialov naredi vse razliko pri življenjski dobi obmorskih stolpov. Nerjavnega jekla razreda 316 vsebuje približno 2 do 3 odstotka molibdena, kar mu zagotavlja dobro zaščito pred neprijetnimi jamicami in razpokami, ki nastanejo med korozijo. To ga naredi izvirno primernega za pomembne dele, kot so vijaki, podporne konzole in priključki med nosilnimi elementi. Za glavne nosilne strukture, ki so izpostavljene tako valovom kot tudi nabiranju soli, je bolj primerno dvojno (duplex) nerjavo jeklo 2205, saj se mu mnogo bolje upira napetostna korozija in ima višjo trdnost na razteg. Jeklo za vremensko izpostavljene pogoje s časom razvije zaščitni sloj, ko je izpostavljeno ciklom vlage, zato je primerno za dele stolpa nad vodno gladino, kjer ni stalne prisotnosti soli. Vendar bodite pozorni na območjih, kjer se morska voda redno razpršuje, saj bo stalna izpostavljenost kloridom s časom povzročila razgradnjo tega materiala v skladu s standardi, kot je ISO 9223 C5-M. Pomembno je tudi zagotoviti, da se različni kovinski materiali ne dotikajo neposredno drug drugega. Pri povezovanju različnih kovin jih moramo električno izolirati. Med varilnimi operacijami pa je zelo pomembna natančna kontrola temperature, da ohranimo odpornost proti koroziji. Včasih po varjenju dodatna obdelava, imenovana pasivacija, pomaga obnoviti površinsko zaščito.

Strategije katodne zaščite za zemljene osnove stolpov ob obali

Elektrokemijska katodna zaščita (KZ) je ključna zaščitna metoda za zemljene osnove stolpov ob obali – še posebej tiste, ki so potopljene v morsko vodo ali vgrajene v slane talne mase. Uporabljata se dve glavni metodi, vsaka primerna za različne obratovalne kontekste:

• Katodna zaščita s žrtvovnimi anodami : Cinkove, aluminijaste ali magnezijeve anode so električno povezane z jekleno konstrukcijo osnove. Te anode se korodirajo prednostno in s tem podaljšajo življenjsko dobo konstrukcije za 15–20 let v agresivnih morskih okoljih. Ta metoda je še posebej učinkovita pri osnovah z omejenim dostopom za vzdrževanje ali spremljanje.

• Zaščita s sunkovnim tokom (ICCP – Impressed Current Cathodic Protection) deluje tako, da usmerjevalnik pošilja nadzorovan izmenični tok posebnim anodam, izdelanim iz materialov, kot so mešane kovinske okside (MMO) ali kombinacije platine in niobija. S tem se zagotovi zaščita celotne konstrukcije, ki je zakopana pod zemljo ali potopljena pod vodo. Ta sistem je postal zelo priljubljen pri velikih projektih, ki morajo trajati desetletja, še posebej pri masivnih temeljih za morske vetrne turbine. Zakaj? Sistemi ICCP se lahko prilagajajo po potrebi, jih je mogoče oddaljeno spremljati brez nenehnega poslanja ekip na lokacijo ter so v mnogih dejanskih namestitvah znani po zanesljivi obratovanju več kot 25 let. Te lastnosti jih naredijo idealne za kritično infrastrukturo, kjer je vzdrževanje težko dostopno ali dragoceno.

Hibridni sistemi za katodno zaščito (CP)—ki združujejo žrtvovne anode blizu meje mulja z ICCP za globlje dele pilotov—se vse bolj uporabljajo v prehodnih območjih plime in oseke, kjer stopnje korozije presegajo 0,5 mm/leto. Enakomerna porazdelitev toka kritično odvisna od strategičnega postavljanja anod, kartiranja električne odpornosti tal in rednih meritev potenciala v skladu z NACE SP0169 in ISO 15257.

Pogosta vprašanja

1. Zakaj se obalni stolpi korodirajo hitreje kot notranji?

Obalni stolpi so izpostavljeni hitrejši koroziji zaradi stika z morsko pršico, plimsko oseko in atmosferskim odlaganjem kloridov, kar vse skupaj pospešuje proces korozije.

2. Kateri so pogosti ukrepi za zaščito obalnih stolpov?

Pogosti ukrepi za zaščito vključujejo nanašanje epoksidno-cinkastih podlag z poliuretanskimi zaščitnimi premazi, uporabo nerjavnih jeklenih materialov, kot so jeklo razreda 316 ali dvojno (duplex) nerjavo jeklo 2205, ter uporabo sistemov katodne zaščite, kot so žrtvovne anode in ICCP.

3. Kolikokrat naj se izvajajo vzdrževalni pregledi zaščitnih premazov na obalnih stolpih?

Redni pregledi naj bi se izvajali vsakih dve leti, popolne ocene pa vsakih pet let, da se težave zaznajo čim prej, zlasti v območjih, ki jih prizadenejo hitro se premikajoči valovi.

4. Kaj je katodna zaščita in kako deluje pri zazemljitvenih obmorskih stolpih?

Katodna zaščita uporablja žrtvovne anode ali sisteme z navedenim tokom za preprečevanje korozije tako, da korozivne tokove smeri od jeklenih konstrukcij odvrača.