ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОРРОЗИОННОГО ИЗНОСА И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ СТАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСЕТЕВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ОЦЕНКА КОРРОЗИОННОГО ИЗНОСА КОНСТРУКЦИЙ В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Исследование коррозионного состояния стальных опор и порталов производилось практически во всех энергосистемах Минэнерго Украины. В обследованиях участвовали специалисты Донбасской государственной академии строительства и архитектуры, представители энергосистем. В общей сложности обследовано 24 подстанции, 1680 опор на 80 линиях напряжением 35—750 кВ, протяженность обследованных участков ВЛ 2800 км.
Целью проводимой работы являлось установление характера коррозионных повреждений, анализ количественных показателей коррозионного износа конструкций в условиях длительной эксплуатации, выявление значимых факторов, снижающих надежность и долговечность стальных конструкций.
В соответствии с принятой программой обследование конструкций выполнено в различных по степени агрессивности типах атмосферы. Причем обследовались разные конструктивные типы опор ВЛ и порталов ОРУ.
ОБСЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Из всех существующих способов защиты стальных конструкций от коррозии для энергосетевых конструкций наиболее широко применяются окраска лакокрасочными материалами на основе органических связующих и горячее цинкование из расплава. Такие надежные и долговечные методы защиты, как напыление слоя металла (металлизация), покрытие металлонаполненными неорганическими материалами на основе эпоксидных смол, а также применение коррозионностойких сталей недостаточно распространены в силу дефицитности и большой стоимости применяемых материалов. Наиболее распространенными лакокрасочными материалами являются лак на битумной основе БТ-577, железный сурик, олифа «Оксоль» с алюминиевой пудрой. Основной метод подготовки металлической поверхности под окраску — ручная очистка стальными щетками. Проведение ремонтного окрашивания осложнено тем, что необходимо соблюдение ряда специальных мер по технике безопасности, затруднено применение механизмов. Решетчатая конструкция опор усложняет качественную подготовку поверхности металла и окраску.
Рис. 1. Разрушение защитных лакокрасочных покрытий стальных опор ВЛ: а— термо- и светостарение; б — развитие подпленочной коррозии
Оценка состояния противокоррозионных покрытий при обследовании производилась по обобщенному показателю защитных свойств и толщине продуктов коррозии под слоем лакокрасочного покрытия Подробно методы описаны в разделе 3.5 настоящей главы.
В зависимости от характера эксплуатационной среды результаты натурного обследования позволяют выделить два основных механизма разрушения лакокрасочных покрытий опор ВЛ и порталов ОРУ. Первый механизм связан с процессами термо- и светостарения при воздействии солнечной радиации. Характерными признаками фотохимической и термоокислительной деструкции в этом случае являются растрескивания и отслаивания вследствие снижения физико-химических свойств материала покрытия. Согласно второму механизму разрушения повреждение лакокрасочных покрытий вызвано развитием подпленочной коррозии подложки. На рис. 1 показаны различные виды разрушения защитных покрытий стальных конструкций.
Анализ показывает, что метеорологическими факторами, определяющими старение лакокрасочных покрытий конструкций, эксплуатирующихся в южных приморских районах, являются солнечная радиация высокой интенсивности (4500 МДж/[м2год] и более), повышенная влажность воздуха и длительное воздействие на поверхность покрытия фазовых и адсорбционных пленок влаги. Для сухих степных районов разрушение покрытий определяется высокой интенсивностью солнечного излучения.
Наиболее значимым фактором нарушения защитных и декоративных свойств покрытий опор, эксплуатирующихся в промышленных районах умеренного климата, видимо, являются промышленные газы и пыль в сочетании с повышенной влажностью воздуха. Под действием
агрессивных газов происходит стравливание верхних слоев поверхности покрытия, изменяется его морфология, что приводит к потере блеска увеличению степени грязеудержания, снижению защитных свойств лакокрасочной системы.
Наиболее опасным видом разрушения считают повреждения в процессе накопления продуктов коррозии под пленкой лакокрасочного покрытия. Данные проведенного обследования позволяют заключить, что подпленочная коррозия изменяется в широких пределах, достигая в отдельных случаях толщины 350—400 мм в виде пластовой ржавчины. Даже при хорошем и удовлетворительном состоянии защитного покрытия стальные конструкции опор и порталов подвергаются коррозионному износу в течение скрытого периода развития под пленочной ржавчины стальной подложки в агрессивных средах.
Анализ опыта длительной эксплуатации стальных конструкций опор ВЛ и порталов ОРУ свидетельствует о недостаточной обоснованности требований в отношении восстановления покрытий и их периодичности. В соответствии с требованиями проверка состояния антикоррозионного покрытия металлических конструкций должна производиться не реже одного раза в 6 лет одновременно с верховыми осмотрами. Восстановление лакокрасочных покрытий опор ВЛ и порталов ОРУ должно производиться 1 раз в 7—9 лет по результатам осмотров. Подобная практика приводит к тому, что технологические требования на производство работ по ремонтному окрашиванию не могут быть выполнены в реальных условиях эксплуатации, а формальное проведение работ без достаточной очистки поверхности снижает срок службы покрытий и конструкций.
Состав и толщина продуктов коррозии являются важными характеристиками состояния поверхности стальных конструкций опор ВЛ и порталов ОРУ, так как определяют свойства и методы возобновления противокоррозионной защиты в условиях эксплуатации.
Фазовый состав ржавчины объектов исследования определялся с помощью дифрактометра ДРОН-2. Использовалась лампа 0,2 БСВ-11-Fe (ТУ ОД0.339.205) с фильтром из марганца. Результаты рентгенографических исследований позволяют выделить следующие градации фазового состава продуктов коррозии:
- в ржавчине преобладает лепидокрит, дифракционные максимумы четко выражены, основные рефлексы (6,27; 3,29; 2,47; 1,937 А) имеют интенсивность по высоте 25 мм и выше;
- в ржавчине преобладает гетит, дифракционные максимумы четко выражены, основные рефлексы (4,18; 2,69; 2,45; 2,18; 1,75 А) имеют интенсивность 20 мм и выше. Присутствовать также могут лепидокрит и магнетит в незначительных количествах;
- степень кристалличности низкая, четко выраженного преобладающего компонента нет.
Полученные данные по фазовому составу продуктов коррозии целесообразно использовать при применении химического способа подготовки поверхности перед окраской в условиях эксплуатации. Данный способ предусматривает использование преобразователей (модификаторов) ржавчины. Для получения долговечного покрытия необходимо применять существующие модификаторы ржавчины в зависимости от ее фазового состава.
Рис. 2 Неравномерность протекания коррозионного процесса в элементах конструкции
Процессы старения и разрушения лакокрасочных покрытий в условиях открытой атмосферы определяют коррозионное состояние поверхности стальных конструкций опор и порталов. Своевременная оценка защитных свойств на основе научно-обоснованного критерия отказа и дифференцированный подход к выбору способов защиты позволяют обеспечить долговечность стальных опор и повысить эффективность противокоррозионных работ.
До недавнего времени в мировой практике лучшим способом антикоррозионной защиты металлоконструкций считалось нанесение цинкового покрытия из расплава методом горячего цинкования. В ОСТ 34- 29-582—82 указано, что толщина цинкового покрытия должна быть не менее 80 мкм. Срок службы цинкового покрытия в слабоагрессивной среде при скорости коррозии от 1 до 5 мкм в год составляет не менее 20 лет. Следует отметить, что такой объем информации недостаточен для технико-экономических расчетов эффективности защитных покрытий. Опыт эксплуатации стальных конструкций опор с цинковым покрытием в неблагоприятных климатических условиях показал, что реально достигаемый срок службы такого покрытия сокращается до 4—12 лет.
При обследовании установлено различное протекание коррозионных процессов для отдельных конструктивных элементов опор и порталов. Важный вывод заключается в том, что цинковые покрытия в таких нагруженных элементах, как пояса ствола и траверс, раскосы ствола корродируют значительно быстрее (на рис. 2 поверхность, подвергшаяся более существенной коррозии, темнее других), чем на вспомогательных и мало нагруженных элементах, т. е. с повышением уровня напряжений защитная способность цинкового покрытия понижается.
