Чи існують заходи щодо захисту від корозії для щогл, що використовуються в прибережних зонах?

Чому прибережні щогли піддаються прискореній корозії

Механізми проникнення хлоридів: морська бриза, бризки припливів і атмосферне осадження на конструкціях щогл

Проблеми корозії на прибережних вежах виникають переважно через три джерела хлоридного впливу: солоне розпилення, що піднімається внаслідок бурхливого розбивання хвиль, прямий удар припливного розбризкування під час сильних штормів та волога, багата хлоридами, яку переносить вітер і яка поступово осідає на поверхнях. Коли солоне розпилення потрапляє в мікротріщини захисних покриттів, утворюються провідні плівки, що запускають електрохімічні реакції, які ми називаємо корозійними елементами. Нижні частини веж зазнають найбільшого впливу припливного розбризкування й багаторазово насичуються морською водою, особливо під час ураганів або північно-східних штормів. Тимчасом хлориди повільно накопичуються на всіх відкритих поверхнях у результаті атмосферного осадження. Ці поєднані ефекти створюють надзвичайно важкі умови для стійкості матеріалів. Сталь, що залишається незахищеною в зонах, де хвилі б’ють у конструкції, піддається корозії приблизно в 3–5 разів швидше, ніж сталь, розташована в звичайних атмосферних умовах, згідно з галузевими стандартами, встановленими NACE International. Щодо бетонних фундаментів: коли рівень хлоридів перевищує 0,15 % від загальної маси бетону, арматура починає кородувати всередині. Розширюючись, іржа послаблює всю конструкцію, що призводить до відшарування бетону (сполінгу) та, зрештою, до втрати критичних несучих елементів.

Фактичні показники корозії в зонах ISO 9223 C5-M порівняно з очікуваним терміном експлуатації щодо опор ліній електропередачі та зв’язку

Сталеві щогли, розміщені в таких агресивних морських зонах класу корозійності ISO 9223 C5-M, піддаються корозії зі швидкістю, значно перевищуючою первинні інженерні прогнози. Проблема дійсно серйозна: деталі з вуглецевої сталі еродують зі швидкістю 80–200 мікронів на рік, тобто кородують приблизно у вісім разів швидше, ніж аналогічні конструкції в звичайних зонах класу C3. Що це означає для терміну служби щогл? Більшість щогл проектують на термін 30–50 років, але реальність розповідає іншу історію: важливі компоненти, наприклад болтові з’єднання, потрібно замінювати кожні 7–12 років. А якщо подивитися на загальну картину, обслуговування прибережної лінії електропередач коштує приблизно на 40 % більше, ніж підтримка функціонування аналогічних об’єктів у внутрішніх районах. Інженери, звичайно, звернули увагу на цю проблему. Стандартні організації, такі як IEEE (зі своїми керівництвами 1242) та NACE (зі стандартом SP0106), тепер вимагають застосування покращених заходів захисту від корозії. До таких заходів належать: додаткове збільшення товщини матеріалу, створення резервних конструктивних шляхів навантаження та проведення детальної оцінки майданчика до встановлення нових щогл уздовж узбережжя, де солоне повітря терпляче чекає, щоб почати руйнувати метал.

Системи захисних покриттів, перевірені для застосування на вежах у прибережних зонах

Епоксидно-цинковий грунт + поліуретанове верхнє покриття: експлуатаційні характеристики, вартість експлуатації протягом усього терміну служби та інтервали технічного обслуговування сталевих веж

Поєднання епоксидних цинкових грунтовок із поліуретановими верхніми шарами забезпечує надійний захист сталевих щогл, розташованих поблизу узбережжя. Цинк-багата грунтовка діє як жертвенний щит завдяки катодному захисту, тоді як стійкий до УФ-випромінювання поліуретан утворює міцний бар’єр, що запобігає проникненню солі до поверхні металу. Випробування, проведені в умовах жорсткого середовища класу C5-M, показали, що термін служби цих покриттів становить від 20 до 25 років — майже вдвічі довший, ніж у стандартних промислових покриттів, що пропонуються на ринку сьогодні. Нанесення системи покриття в рекомендованому діапазоні товщини сухої плівки (120–150 мікрон) значно зменшує витрати протягом тривалого часу. Порівняно зі звичайними графіками повторного нанесення цей підхід скорочує витрати протягом усього терміну експлуатації приблизно на 40 %. Більшість технічного обслуговування можна відкласти до моменту, коли пройде 15–18 років експлуатації. Однак, якщо покриття нанесено занадто тонким шаром — навіть якщо не вистачає лише 30 мікрон від заданої товщини — очікуваний термін його служби скорочується приблизно на 35 %. Саме тому дотримання стандартів SSPC PA2 під час нанесення є критично важливим для отримання максимальної ефективності від цих захисних систем.

Цементні та гібридні покриття для фундаментів бетонних веж у припливній зоні та зоні бризків

Бетонні фундаменти, що зазнають впливу хвиль, значно виграють від полімерних модифікованих цементних покриттів, які глибоко проникають у матеріал і дозволяють парі виходити з ділянок, що піддаються впливу припливів та бризок води. Це покриття діє шляхом герметизації тріщин завширшки до половини міліметра за рахунок утворення кристалів, забороняючи проникненню хлоридів, але одночасно дозволяючи природне виведення вологи. Така паропроникність запобігає виникненню таких проблем, як пухирі або відшарування покриття під водою. Випробування показали, що гібридні суміші епоксиду та силоксану зменшують проникнення хлоридів майже на 92 % порівняно зі звичайним бетоном у зоні бризок. Для досягнення хороших результатів поверхні потрібно підготувати відповідно до галузевих стандартів SSPC SP13 або NACE 6, а товщина покриття має становити щонайменше 2,5–3 мм, щоб витримувати знос від піску та уламків. Регулярний огляд кожні два роки разом із повною оцінкою кожні п’ять років допомагає вчасно виявити проблеми. Особливу увагу слід приділити ділянкам, які найбільше страждають від швидкоплинних хвиль, де знос, як правило, концентрується.

Корозійностійкі матеріали та поверхневі покриття для компонентів вежі

Нержавіюча сталь (316, 2205) та атмосферостійка сталь: керівництво щодо застосування та конструктивна сумісність для каркасів веж і фурнітури в прибережних зонах

Вибір правильних матеріалів має вирішальне значення для терміну служби прибережних щогл. Нержавіюча сталь марки 316 містить близько 2–3 відсотків молібдену, що забезпечує їй добру стійкість до утворення неприємних пітінгових порожнин і тріщин під час корозії. Це робить її чудовим варіантом для важливих компонентів, таких як болти, кронштейни та з’єднання між несучими елементами. Для головних несучих конструкцій, які піддаються впливу хвиль і накопиченню солі, краще застосовувати двофазну нержавіючу сталь 2205, оскільки вона набагато краще протистоїть корозійному тріщиноутворенню під напруженням і має вищу межу міцності на розтяг. Високоміцна (патинуюча) сталь з часом утворює захисний шар під впливом циклів зволоження, тому її можна використовувати для частин щогли, розташованих над рівнем води, де постійного впливу солі немає. Однак слід уникати її застосування в зонах, де морська вода регулярно розбризкується, оскільки тривалий контакт з хлоридами зрештою призведе до руйнування цього матеріалу згідно зі стандартами, наприклад ISO 9223 C5-M. Також дуже важливо забезпечити, щоб різні метали не контактували один з одним безпосередньо. При з’єднанні різних металів їх необхідно електрично ізолювати. Крім того, під час зварювальних робіт велике значення має точний контроль температури для збереження корозійної стійкості. Іноді після зварювання додаткова обробка — так звана пасивація — допомагає відновити захисні властивості поверхні.

Стратегії катодного захисту для наземних основ веж у прибережній зоні

Електрохімічний катодний захист (КЗ) є критично важливим засобом захисту для наземних основ веж у прибережній зоні — зокрема тих, що занурені у морську воду або розташовані в солоних ґрунтах. Застосовують два основні підходи, кожен із яких підходить для певних експлуатаційних умов:

• Катодний захист за допомогою жертвених анодів : Цинкові, алюмінієві або магнієві аноди електрично з’єднують із сталевою основою. Ці аноди кородують переважно, продовжуючи термін служби конструкції на 15–20 років у агресивних морських умовах. Цей метод особливо ефективний для основ, до яких обмежений доступ для технічного обслуговування або моніторингу.

• Електрохімічний захист з примусовим струмом (або, скорочено, ICCP) працює тоді, коли випрямляч подає контрольований постійний струм на спеціальні аноди, виготовлені з таких матеріалів, як суміш металевих оксидів (MMO) або комбінації платини й ніобію. Це забезпечує захист усієї конструкції, що розташована під землею або під водою. Такі системи набули великої популярності для масштабних проектів, термін служби яких має становити десятиліття, зокрема для величезних фундаментів, що підтримують офшорні вітрові турбіни. Чому? Системи ICCP можна регулювати за потребою, віддалено моніторити без необхідності постійно відправляти бригади на місце, а в багатьох реальних установках вони продемонстрували надійну роботу понад 25 років. Ці характеристики роблять їх ідеальними для критично важливої інфраструктури, до якої обслуговування може бути утрудненим або коштовним.

Гібридні системи катодного захисту — що поєднують жертвенні аноди поблизу рівня мулу з імпресивним катодним захистом (ICCP) для глибших ділянок паль — все частіше застосовуються в зонах припливно-сплеш-переходу, де швидкість корозії перевищує 0,5 мм/рік. Рівномірний розподіл струму критично залежить від стратегічного розташування анодів, картографування питомого опору ґрунту та періодичних вимірювань потенціалу згідно з NACE SP0169 та ISO 15257.

ЧаП

1. Чому прибережні вежі кородують швидше, ніж внутрішньоконтинентальні?

Прибережні вежі піддаються швидшій корозії через вплив солоного спрею, припливно-сплеш-впливу та атмосферного осадження хлоридів, що прискорює процес корозії.

2. Які поширені захисні заходи для прибережних веж?

Поширені захисні заходи включають нанесення епоксидно-цинкових грунтів із поліуретановими верхніми шарами, використання сталей з високою корозійною стійкістю, таких як сталь марки 316 або двофазна нержавіюча сталь 2205, а також застосування систем катодного захисту, зокрема катодного захисту за рахунок жертвених анодів та ICCP.

3. Як часто слід проводити технічне обслуговування покриттів прибережних веж?

Регулярні перевірки слід проводити кожні два роки, а повну оцінку — кожні п’ять років, щоб вчасно виявити проблеми, особливо в зонах, які піддаються впливу швидкоплинних хвиль.

4. Що таке катодний захист і як він працює для наземних прибережних веж?

Катодний захист використовує жертвенні аноди або системи з примусовим струмом для запобігання корозії шляхом перенаправлення корозійних струмів від сталевих конструкцій.