Антикоррозионная защита опор ЛЭП и других металлоконструкций

Проблема защиты металлов от коррозии в последние годы приобретает все большую актуальность. Связано это с увеличением роста промышленных технологий, использующих агрессивные среды, высокие температуры и давления. Значительно возросли потери, вызванные такими опасными формами коррозии, как коррозионное растрескивание, межкристаллитная коррозия, питтинг и др. По оценкам специалистов разных стран, потери от коррозии составляют от 2 до 4 % валового национального продукта. При этом потери металла, включая массу вышедших из строя металлических конструкций, изделий, оборудования, составляют от 10 до 20 % годового производства стали. 

В электроэнергетике особенно важна защита от коррозии дорогостоящих металлических опор линий электропередач. Сегодня мы поговорим об одном из наиболее качественных способов защиты опор ЛЭП. 

Лакокрасочные покрытия 

Основное средство противокоррозионной защиты металлоконструкций - лакокрасочные покрытия (ЛКП). Эффективность ЛКП оценивается как комплекс функциональных свойств (противокоррозионных, декоративных, износостойких и пр.) на протяжении всего срока службы. Решающим фактором выбора ЛКП является его долговечность: затраты на восстановление покрытия превышают (в 26 раз) затраты на его первичное нанесение, а качество восстановленных покрытий заведомо ниже первоначальных. 

В структуре общей стоимости окрашивания металлоконструкций и эксплуатационных расходов большую роль играет качество краски и небольшую - ее цена. Стоимость качественной окраски с предварительной дробеструйной обработкой составляет от 30 до 50 дол. США за 1 кв. м, в то же время стоимость хорошей краски, расходуемой на 1 кв. м, составляет в среднем 4 - 5 дол. США, т.е. около 10% от общей стоимости окраски. 

Холодное цинкование 

Одним из наиболее качественных материалов, позволяющих сохранить металл, являются цинкнаполненные краски (ЦНК) - особый класс антикоррозийных лакокрасочных материалов, в которых в качестве пигмента используется высокодисперсный порошок цинка. Цинкнаполненные покрытия на основе ЦНК одновременно обладают свойствами как традиционных лакокрасочных покрытий (хорошая адгезия к стали, простота нанесения, возможность применения для крупногабаритных изделий, ремонтопригодность), так и свойствами цинковых металлических покрытий (высокая атмосферо- и водостойкость, электрохимические свойства - катодная защита). Это позволило назвать процесс нанесения ЦНК «холодным цинкованием» стали. 

Холодное цинкование, в отличие от обычного применения лакокрасочных материалов, предотвращает при контакте с агрессивной средой протекание подпленочной коррозии. 

Кроме того, оно позволяет проводить сварочные работы по покрытию, не ухудшая качества сварного шва. Это дает возможность нанести первый слой ЦНК на заготовку, провести сварочные работы, подкрасить сварные швы и поврежденные части и уже затем полностью окрасить изделие. Таким образом, будет исключена возможность щелевой коррозии, т.к. места в примыканиях и под сваркой остаются также защищены. 

Как обеспечивается катодная защита металла? 

Эффективная катодная защита обеспечивается при содержании цинка в сухом слое ЦНК более 90%. 

Металл, погруженный в электролит, представляет собой многоэлектродную систему, состоящую из множества пространственно разделенных и электрически замкнутых между собой анодных и катодных участков. Это объясняется тем, что металл имеет электрохимически гетерогенную структуру, обусловленную химической природой металла, состоянием его поверхности, различными внешними воздействиями. Схематически это можно представить в виде одного общего анода и одного общего катода, соединенных электрически. Коррозия происходит вследствие ионизации металла на анодном участке. 

Если к металлу присоединить другой металл, с более отрицательным потенциалом, чем потенциал анодной реакции, то вследствие катодной поляризации потенциалы катодных и анодных участков защищаемого металла выравниваются и металл становится общим катодом. В этой новой гальванической паре растворяется новый присоединенный металл с нижним электродным потенциалом, т.е. новый анод. При этом исключаются условия для перехода ионов защищаемого металла в раствор и коррозионный процесс прекращается. 

Любая крупная иностранная фирма-производитель ЛКМ для антикоррозионной защиты (KBKJotun, Hempel, Sigma, Stelpaint, Zinga и др.) имеют в своем ассортименте не менее 12 видов ЦНК. В России крупнейшими производителями ЦНК - антикоррозийных покрытий ЦИНАКОЛ, ЦинкАС-М и др. - является уральское Научно-производственное объединение «Уралавтохим». ЦИНОЛ,  ЦВЭС - Научно-производственное предприятие «ВМП».

Холодное или горячее цинкование? 

Холодное цинкование альтернативно горячему при эквивалентном содержании цинка в покрытии, но при меньших технологических затратах. Высокие защитные свойства цинкнаполненных покрытий подтверждены в лабораторных условиях и неоднократно проверены натурно в сравнении с горячеоцинкованными покрытиями. Натурные испытания покрытия ЦВЭС (цинк высокодисперсный, этилсиликатное связующее) и горячеоцинкованного покрытия проводились на климатических станциях Республики Куба в морской атмосфере и морской воде. Параллельно проводились ускоренные коррозионные испытания в условиях холодного, умеренного и тропического климата. Результаты испытаний, полученные методом вольтамперометрии показали, что скорость растворения цинка покрытия ЦВЭС ниже скорости растворения горячеоцинкованного покрытия. В силу пассивирующего действия этилсиликатного связующего цинкнаполненные покрытия имеют более длительный срок службы. 

Сравнительные ускоренные коррозионные испытания защищенных способом горячей и холодной оцинковки фрагментов защитных дорожных ограждений, эксплуатируемых в обычных атмосферных условиях, проводились в 2000 г. и научно-испытательным центром Института автомобильного транспорта (НИЦИАМТ, г. Дмитров). Защитные свойства цинкнаполненного покрытия в сравнении с горячецинковым покрытием специалисты оценили как более эффективные. При этом было установлено, что цинкнаполненное покрытие «обеспечивает защитные свойства металла (стали) на срок не менее 10 лет». 

Защита опор ЛЭП 

Есть и еще одна причина, по которой холодное цинкование имеет преимущества перед горячим. В настоящее время среди российских заводов металлоконструкций лишь несколько имеют цеха цинкования с полным технологическим циклом. При этом транспортные издержки на перевозку оцинкованных конструкций в другие регионы страны сопоставимы с затратами на изготовление. 

В 1997 году состоялось совещание специалистов предприятия «ВМП» и Ассоциации «Энергостройпром» РАО «ЕЭС России» (заводы ассоциации являются основными производителями стальных опор ЛЭП, в том числе высокого и сверхвысокого напряжения) по вопросу применения цинксодержащих композиций для защиты от коррозии стальных конструкций в электросетевом строительстве. На совещании было решено внедрить композиции ЦВЭС и ЦИНОЛ для использования в качестве антикоррозийной защиты опор ВЛ для тех же условий и конструкций, что и при горячем цинковании. При этом были отмечены простота и экологичность технологии нанесения покрытий при высоком качестве и долговечности. 

В своем решении специалисты опирались на опыт применения ЦНК в промышленности. Так, покрытие ЦВЭС, использующееся в промышленности с 1991 года, было применено для защиты от коррозии на опорах ВЛ 500 кВ Ишим-Тобольск, на стальных конструкциях контактной электросети Свердловской железной дороги, на мостах окружных автодорог в Москве и Анкаре, на гидротехнических сооружениях (шлюзовые ворота, водоводы) в Корее, Китае, Марокко. 

Применение ЦНК в качестве связующего полистирола, этилсиликата, эпоксидных смол, полиуретанового лака и кремнийорганических соединений позволяют разрабатывать схемы защитных покрытий практически для любых условий и сред с температурой эксплуатации от 60°С до +400°С и рН 2,5-11,0. 

Поэтому в настоящее время можно рассматривать цинкнаполненные покрытия как основной вид защиты металлоконструкций от коррозии в таких отраслях, как энергетика, дорожное строительство и др.