Тел./ф.: +7 (812) 493-44-47 многоканальный

Главная / Полезная информация / Статьи по ЛКМ / О методах защиты от атмосферной коррозии металлоэкономных конструкций

В статье сделан обзор различных способов защиты от коррозии элементов металлоэкономных конструкций, эксплуатирующихся в атмосферных условиях, на примере отечественного опыта их эксплуатации. Показано, что для таких металлоконструкций важным показателем надёжной эксплуатации является качество защиты от коррозии.

Рассмотрены важные для строительства и эксплуатации металлоконструкций методы противокоррозионной защиты: гальванические, из расплава, термодиффузионные, металлизационные, лакокрасочные. Особое внимание уделено цинковым противокоррозионным по­крытиям, которые нашли наибольшее применение в связи с высокими защитными сво­йствами цинка (особенно в атмосферных условиях). Показано, что в условия современной России наиболее простым, практичным и универсальным способом защиты от атмосферной коррозии металлоконструкций является применение лакокрасочных материалов (ЛКМ), а для ряда металлоизделий и при определённых условиях оптимальными является применение термодиффузионного и металлизационного методов создания защитных покрытий, в том числе и сочетании с лакокрасочными покрытиями.

Методы защиты от коррозии

Коррозия металлических конструкций, наносят прямой ущерб, связанный с потерей металла, и вызывает снижение несущей способности их элементов.

Крайне ограничены отечественные и зарубежные данные о величине износа и длительности эксплуатации различных металлоэкономных конструкций. Поведение металлоконструкций в атмосферных условиях рассмотрим на примере эксплуатации металлических опор воздушных линий электропередачи (ЛЭП).В начале 80-х годов специалисты Союзтехэнерго [1] провели анализ состояния металлоконструкций опор ЛЭП, эффективности защитных покрытий и разработали методику определения коррозионного износа металла опор и его учёта при оценке несущей их способности. Была обоснована необходимость проверки прочности и устойчивости отдельных наиболее нагруженных элементов в условиях интенсивной коррозии, вызвавшей уменьшение сечения.

На основе обследования более чем 60 ЛЭП напряжением (35–220) кВ со сроками службы от 3 до 50 лет в 17 предприятиях электрических сетей Мосэнерго, Тулаэнерго, Эстонглавэнерго, Туркменглавэнерго и Гродноэнерго показано [1], что уменьшение толщины элементов металлоконструкций в течении расчётного срока службы ЛЭП в зависимости от степени агрессивности воздушной среды колеблется в пределах (0,4 ÷ 2,4) мм. На основе этих данных проведённые поверочные расчёты на прочность и устойчивость ЛЭП, сооружённых не позднее 60-х годов, показали, что срок надёжной их эксплуатации составляет:

  • в химически агрессивной воздушной среде …………… 15 ÷20 лет,
  • в нейтральной воздушной среде………………..……….. 30 ÷35 лет.

В настоящее время в мировой практике для защиты от коррозии металлоконструкций, эксплуатирующихся в воздушной среде лидирующее положения занимают цинковые покрытия. Это связано с тем, что цинк и цинковые сплавы обладают прекрасной стойкостью к коррозии в атмосфере, в большинстве естественных водных сред и ряде типов почв. Цинк способен поглощать воду и кислород из коррозионной среды с образованием защитных слоёв, состоящих из оксида и гидрооксида или различных основных солей (это определяется природой коррозионной среды). В результате формирования защитных слоёв, покрывающих всю поверхность металла, продолжительность эксплуатации стальных конструкций значительно увеличивается.

Наиболее распространённым методом нанесения цинка на стальные конструкции является цинкование погружением в расплав (горячее цинкование). Кроме него на практике применяют следующие методы: напыление (металлизация), электролитический (гальванический), термодиффузионный, нанесение цинк-содержащих лакокрасочных материалов (создание цинкнаполненных лакокрасочных покрытий). Выбор того или иного способа нанесения покрытия определяется для каждого конкретного случая возможностями (техническими, технологическими и экономическими) получения качественного и долговечного покрытия. В качестве критериев выбора метода защиты от коррозии для эксплуатирующихся в атмосферных условиях металлоэкономных конструкций выберем следующие:

  • экономически целесообразная возможность его применения в условиях завода-изготовителя и на монтажных площадках.
  • Возможность ремонта повреждённого покрытия и периодического его восстановления в процессе эксплуатации металлоконструкции.
  • Срок службы покрытия не менее 15 лет.

Структура и состав цинковых покрытий зависят от метода его создания [2]. Цинковые по­крытия, полученные горячим цинкованием и диффузионным методом, частично или пол­ностью представляют собой сплавы системы «железо—цинк»; напыленные и электроли­тические цинковые покрытия не образуют сплавов; лакокрасочные цинкнаполненные покрытия содержат частицы активного цинка, скреплённые полимерным связующим. Рассмотрим харак­терные особенности каждого из этих покрытий.

Горячее цинкование применяется для по­лучения толстых покрытий, которые пол­ностью покрывают изделия, изолируя все кромки, заклепки, различного типа швы, в том числе и сварные. Горячее цинкование является наи­более широко распространенным методом покрытия цинком. Оптимальное качество покрытия получается только для жёстких поверхностей с простой геометрией. Не ремонтнопригодно и применяется только в заводских условиях. Требует очень дорогого оборудования, значительные текущие затраты на охрану труда работающих и окружающей среды. Экономически целесообразно применять только для готовых изделий.

Напылённые ( металлизационные ) цинковые покрытия имеет преимущество в том, что оборудование для нанесения покрытия компактно, переносно­го типа и может быть использовано в лю­бом месте на больших и малых конструкци­ях. Толщину покрытий можно регулировать по желанию и гарантировать достаточную степень защиты сварных швов, кромок и заклепок на обрабатываемом изделии. Этот процесс обычно неудобен для покрытия внутренних полостей или покрытия конст­рукций сложной формы. При ручном напылении равномерность покрытия в значительной мере зависит от квалификации оператора. На заводах-изготовителях металлоконструкций возможна механизация и автоматизация процесс металлизации на базе достаточно простых поточных линий. Покрытие ремонтнопригодно и может легко наноситься в условиях монтажных площадок.

Процесс электролитического(гальванического) осаждения имеет те преимущества, что толщина покры­тия может быть точно проконтролирована, дает покрытие темно-зеленого цве­та с матовым оттенком, однако блестящее покрытие может быть получено при введе­нии в электролит специальных добавок. Покрытия имеют однородный состав. Покрытие является очень пластичным. Применяется для небольших деталей с толщиной цинкового покрытия оптимально до 25 мкм. Не ремонтнопригодно и применяется только в заводских условиях. Требует очень дорогого оборудования, значительные текущие затраты на охрану труда работающих и окружающей среды. Экономически целесообразно применять только для готовых изделий.

Термодиффузионные покрытия отличаются рав­номерностью на изделиях сложной формы. Это делает метод идеальным для работ, связанных с покрытием болтов и гаек, где требует­ся определенный допуск по размеру, и для изделий сложной формы с углублениями, где требуется покрытие внутренней поверх­ности такой же толщины, как и с внешней стороны. Покрытия очень твердые и имеют очень высокое сопротивление истиранию. Максимальный размер изделий, которые могут быть подвергнуты такой обработке, ограничен размером печи-барабана. В общем случае термодиффузионное цинкование наиболее удобно для обработки небольших отливок, штамповок, прессованных изделий, а также крепежа (шурупов, гаек, болтов, прокла­док, цепей, пружин и т.д.). Покрытие не ремонтнопригодно и применяется только в заводских условиях.

Характерной особенностью метода нане­сения покрытия обогащенных цинком кра­сок (красок с цинковым пигментом) явля­ется простота в применении. В этом случае нет необходимости в специальном оборудо­вании, и операции по нанесению покрытий можно проводить с одинаковым успехом на больших и малых конструкциях. Покрытие наносится обычным малярным оборудованием (кистью, рас­пылением, погружени­ем) при температурах окружающего воздуха от - 15°C до + 35°C. Хорошая адгезия достигается абразивструйной обра­боткой стали и дает наи­лучшие результаты по качеству покрытия. Толщина покрытия от 40 мкм до 250 мкм.

Из вышеприведённого анализа различных методов противокоррозионной защиты видно, что в условия современной России наиболее простым и практичным способом защиты от атмосферной коррозии различных элементов металлоконструкций является применение цинк-содержащих лакокрасочных материалов, а для ряда металлоизделий и при определённых условиях оптимальными является применение термодиффузионного и металлизационного методов создания защитных покрытий, в том числе и сочетании с атмосферостойкими лакокрасочными покрытиями ( комплексные покрытия).

Система обеспечения качества защиты от коррозии

В настоящее время целенаправленно и систематически вопросами практического обеспечения качественной противокоррозионной защиты никто не занимается. Современную ситуацию в области противокоррозионной защиты хорошо иллюстрирует следующий пример. В анализе результатов выставки оборудования для нефтяной и газовой промышленности (июнь 2004г.) отмечено [3], что существует спрос на лакокрасочную продукцию для защиты от коррозии. Более того, практически все участники выставки проявили интерес к высококачественным противокоррозионным ЛКМ не зависимо от отрасли, которую они представляли. Выставка показала, что понимание необходимости проведения работ по противокоррозионной защите на высоком профессиональном уровне захватывает всё большее число руководителей и лиц, принимающих ответственные решения. Причём, растёт число производственников, понимающих, что качественно выполненные работы по защите металлоконструкций от коррозии с необходимыми для этого финансовыми затратами позволяют не только экономить на проведении регулярных ремонтных работ, но и положительно влияют на эффективность и прибыльность производства.

Обеспечение приемлемого соотношения «цена/качество» противокоррозионной защиты элементов металлоэкономных конструкций на мировом уровне в условиях современной России можно рассмотреть через призму концепции жизненного цикла противокоррозионного покрытия (ПКП), который начинается от грамотно выбранного способа противокоррозионной защиты конкретной конструкции и заканчивается выводом её из эксплуатации.

Данную концепцию можно осуществить на любом предприятии, с учётом его экономической, материально-технической и кадровой базы. Для простоты изложения проиллюстрируем реализацию этой концепции на примере создания цинк-содержащего покрытия (ЦСП), как наиболее универсального для любого предприятия-изготовителя.

Создание качественного покрытия требует пунктуального соблюдения технологического процесса, разработанного с учётом всех особенностей конкретных условий нанесения и свойств лакокрасочных материалов, служащих для создания ЦСП. Решающим фактором в выборе того или иного варианта покрытия, в большинстве случаев, является его долговечность.

Анализ отечественной практики нанесения и эксплуатации лакокрасочных покрытий в различных отраслях промышленности современной России показал, что основными методами создания долговечной противокоррозионной защиты лакокрасочными материалами (ЛКМ) являются:

  • Оптимальный выбор системы противокоррозионной защиты.
  • Тщательная подготовка производства работ.
  • Оптимизация технологических параметров нанесения и сушки ЛКМ.
  • Контроль качества работ на всех этапах технологической цепочки.
  • Грамотный ввод покрытия в эксплуатацию.
  • Оптимальная эксплуатация покрытия.
  • Своевременная профилактика покрытия.

Такой комплексный подход соответствует международным стандартам в области создания ЛКП [4]. Номенклатура и свойства цинк-содержащих и атмосферостойких ЛКП подробно обсуждены в [5].

Заключение

Защита металлических конструкций от коррозии в России в настоящее время превратилась в одну из важнейших задач для экономики страны. Особенно это актуально для металлоэкономных конструкций, ибо для таких конструкций важным показателем надёжной эксплуатации является качество защиты от коррозии, которой в настоящее время не уделяется должного внимания.

Состояние металлофонда в различных регионах во многом зависит от местных условий загрязнения воздушной среды. Как показывает анализ состояния металлических опор воздушных линий электропередачи [6], что более 50% эксплуатирующихся опор имеют в настоящее время износ более 60% ресурса. Резкое удорожание металла, особенно за последние четыре года, заставляет специалистов обратить внимание на способы долговременной защиты металла от коррозии.

В данной статье, не претендуя на истину в последней инстанции, предлагается на базе концепции жизненного цикла покрытия комплексный подход к противокоррозионной защите металлоконструкций, который иллюстрируется на применении в качестве такой защиты цинк-содержащих лакокрасочных покрытий.

Использованная литература:

1. Барг И.Г., Эдельман В.И. Воздушные линии электропередачи: Вопросы эксплуатации и надёжности.-М.: Энергоатомиздат, 1985.-248с.: ил.

2. Коррозия. Справочное издание. Под редакцией Л.Л. Шрайера. Пер. с англ.-М.: Металлургия, 1981, 632 с.

3. О.М.Андруцкая. Выставка «Нефтегаз» на Красной Пресне / Лакокрасочные материалы и их применение, 2004г., №9, с.22 – 23.

4. ISO 12944-1:1998 ÷ ISO 12944-8:1998. Лаки и краски. Антикоррозионная защита стальных конструкций с помощью защитных лакокрасочных систем.

5. Новые материалы и технологии защиты от коррозии/ Сборник тезисов докладов 7-ой Международной научно-практической конференции 26-27 мая 2004г. Санкт-Петербург, Ленэкспо, 2004 г.

6. А. Зинкевич. Антикоррозионная защита стальных опор линий электропередачи / НефтьГазПромышленность, 2004г, №5.

Ген.директор«Центра защиты от корроззи «ЭГО»,Новак И.В.