Коррозионная стойкость- основа техногенной безопасности

КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ – ОСНОВА ТЕХНОГЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ОПОР ВЛ

Юркина Лилия Петровна, гл. специалист, к.т.н.

(Научно-производственное предприятие «Уралавтохим», г. Екатеринбург)

Пастухов Андрей Валерьевич, зав. лабораторией «Защита металлов от коррозии», к.т.н., (ГНЦ «Уральский институт металлов», г. Екатеринбург)

Опорные конструкции ВЛ и порталов ОРУ эксплуатируются на всей территории России с различным температурным режимом эксплуатации, влажности воздуха и содержанием агрессивных компонентов. Поэтому существенное повышение сроков службы ВЛ может быть достигнуто оптимальным соотношением использования коррозионностойких материалов и защитных покрытий в каждом отдельном случае для различных типов ВЛ.

В настоящее время проблема коррозионной стойкости опор ВЛ и порталов ОРУ решается расширением использования сталей повышенной коррозионной стойкости и применение их без покрытия, увеличением сечения некоторых элементов, изменением класса прочности болтов и др., а также применением покрытий горячей оцинковки с наращиванием толщины, дополнительной окраски этого покрытия лакокрасочными материалами, использованием газотермического и гальванического цинкования. Срок службы конструкций, изготовленных из сталей повышенной коррозионной стойкости установлен 30-50 лет; из углеродистых сталей с горячей оцинковкой с покрывным слоем лакокрасочного материала – 20-30 лет в зависимости от района эксплуатации. При отсутствии производственных возможностей использования горячего цинкования действующая нормативная документация рекомендует применение лакокрасочных покрытий и других способов защиты «за исключением ВЛ500-750 кВ независимо от района их расположения и опор ВЛ35-330 кВ, расположенных в пятикилометровой зоне морского побережья.

Срок эксплуатации лакокрасочных покрытий определён в 3-5 лет в зависимости от условий эксплуатации.

Лакокрасочные покрытия традиционно широко применяются для защиты металлоконструкций, причём практически без надлежащей подготовки поверхности и с применением дешёвых красок: битумных, масляных, эпоксиднобитумных и др., наполненных алюминиевой пудрой. Эти краски, как правило, двухкомпонентные, длительно сохнущие, со слабой влагостойкостью, поэтому уже через 3 года, часто и раньше, требуют ремонта покрытия. При этом разрушение покрытия сопровождается скрытой интенсивной подплёночной коррозией, приводящей к снижению несущей способности опор, а при затягивании сроков ремонта – к их преждевременному разрушению.

Проведённые экспертами Союзтехэнерго обследования состояния опор ВЛ, подвергшихся окраске и не окрашиваемых длительное время и эксплуатирующихся в районе Московского кольца, потеря сечения от коррозии составила: раскосов до 15% , поясов – до 3% в отдельных случаях до 10% при допустимом значении не более 20% для опор, сооружённых до 1970 г, и не более 10%, сооружённых после. Сегодня эти опоры требуют не ремонта, а незамедлительной замены.

Горячеоцинкованные покрытия опор ВЛ-500, обследованные этими же экспертами, при сроке службы близком к нормативному, потери сечения не имеют. Хотя справедливости ради стоит сказать, что горячеоцинкованные покрытия не всегда являются оптимальным решением. Норматив для такого покрытия – 80 мкм на срок службы не менее 20 лет в слабоагрессивной среде. Однако, фактический результат загрязнённости атмосферы в наш индустриальный век свидетельствует о наличии в воздухе даже сельской местности SO2 и хлоридов в существенных количествах (табл. 1). Наличие в атмосфере лишь 0,01% SO2 увеличивает скорость коррозии металла в 100 раз. Наличие сернистого ангидрида в воздухе приводит по свидетельству экспертов к сокращению сроков службы оцинкованных опор до 10-15 лет. Этот факт зафиксирован в результате осмотра опор ВЛ500 в районе Н-Тагила, Тюмени. В ходе осмотра горячеоцинкованного покрытия толщиной не 80, а 150 мкм было выявлено, что за 20 лет эксплуатации оно полностью выработало свой ресурс, и без незамедлительного ремонта дальнейшая эксплуатация этих опор может привести к потере несущей способности. Из-за этого предлагается не только увеличивать толщину слоя горячей оцинковки, но и наносить покрывной слой из качественных ЛКМ. Хотя нанесение такого покрытия имеет определённые технические трудности.

Нормативы технической эксплуатации предполагают проведение контроля коррозионного износа не реже 1 раза в 6 лет и по результатам проводить ремонт. Понятно, что возобновление горячей оцинковки не возможно. Встает проблема технологии ремонта прокорродировавшей горячей оцинковки.

В мировой практике восстановление покрытий таких опор осуществляется с помощью цинкнаполненного грунта и покрывного эмалевого слоя, нанесенных по тщательно очищенной поверхности с помощью гидроструйной и гидроабразивной очистки от солей и ржавчины. Этот метод получил название «холодное цинкование».

В Росси такая технология существует и успешно применяется, хотя пока в ограниченном масштабе. В частности, система защиты ЦИНОЛ+АЛПОЛ, одобренная Госстроем России и введённая в нормативную документацию ОАО «ФСК ЕЭС», а также в качестве Дополнения к СНиП 2.03.11-85 «Защита металлоконструкций от коррозии». Международная научно-техническая конференция - 2006, проведённая в Новосибирске, рекомендовала к широкому внедрению технологию холодного цинкования, т.к. покрытие обеспечивает надёжную долговременную защиту и ремонтопригодно. В настоящее время эта технология освоена многими заводами металлоконструкций, сооружены и эксплуатируются ЛЭП с опорами ВЛ500 кВ: Ишим-Тобол (1995-2000г) и ПРимГРЭС-Хабаровск (2001-2003г). Имеется также комментарий к ПУЭ-(7е издание) Ростехнадзора о возможном применении метода холодного цинкования для защиты опор ВЛ любого типа, в том числе ВЛ500-750 кВ. Однако, эта технология требует тщательной очистки поверхности от ржавчины и окалины методами струйной очистки, в отличие от горячей оцинковки, где подготовка поверхности осуществляется химическим травлением кислотами.

Опоры ВЛ изготавливаются из горячекатаного и штампованного профиля с толщиной окалины в зависимости от марки стали и температуры прокатки 40-80 мкм. Она довольно прочно сцеплена с поверхностью, состоит из окислов железа и не смачивается ни расплавом цинка, ни лакокрасочными материалами и требует тщательного удаления.

Требование струйной очистки - существенное препятствие для широкого внедрения технологии холодного цинкования в современном её исполнении. Она может применяться только на заводах, оснащённых дробеметными машинами, и это в случае изготовления новых конструкций. Для проведения ремонтов в условиях России струйная очистка почти экзотика.

При проведении ремонтов покрытий различных металлоконструкций, в том числе и опор ВЛ, распространена практика применения преобразователей ржавчины. Существует Типовая технологическая инструкция по окраске металлических опор линий электропередачи с применением преобразователя ржавчины - ТИ 34-70-023-84 (РД 34.21.662). Хотя срок действия её закончился в 1989 году, документа об отмене нет. Прецедентов применения также не известно, однако, использование рекомендуемого Инструкцией преобразователя и многих других составов известно на различных металлоконтрукциях, эксплуатирующихся в подобных условиях.

Известные в настоящее время модификаторы ржавчины, даже самые лучшие из них, не могут конкурировать со способом полной механической очистки поверхности. Технология защиты с применением существующих преобразователей не является эффективной в настоящее время ни с технической, ни с экономической точки зрения. Их неэффективность применения обусловливается игнорированием электрохимических реакций, протекающих внутри самой ржавчины с выделением кислоты и воды и способствующих протеканию интенсивной подплёночной коррозии, которая более опасна, чем поверхностная коррозия: под чистой непроржавевшей плёнкой образуются визуально не обнаруживаемые глубокие коррозионные язвы.

Изучив состав и свойства окалины и ржавчины, а также особенности протекания электрохимических процессов в ней (табл.1), мы создали материал марки ЦИНАР для защиты прокорродировавших поверхностей, по характеристикам превосходящий лучшие из существующих (табл.2), и являющийся альтернативой полной механической очистке поверхности струйным способом. На базе этого материала разработали технологию проведения ремонтов.

ЦИНАР – быстросохнущий одноупаковочный готовый к употреблению цинксодержащий грунт – преобразователь ржавчины, предназначенный для защиты от коррозии в качестве самостоятельного покрытия или в комплексных системах долговременной защиты. Применение ЦИНАРА позволяет осуществить качественный ремонт без тщательной очистки поверхности. Наносится в 1-2 слоя по ржавчине, окалине, остаткам старой краски и влаги, пропитывает всю толщу ржавчины, химически взаимодействует с ней, образуя прочный металлоорганический токопроводящий слой, по длительности защиты равнозначный покрытию, нанесенному по поверхности со струйной очисткой.