Эффективность применения цинкнаполненных покрытий ВМП для защиты от коррозии опор линий электропередачи (ЗАО НПП Высокодисперсные металлические порошки, Россия)

Аннотация

Нудель В. С. Эффективность применения цинкнаполненных покрытий ВМП для защиты от коррозии опор линий электропередачи (ЗАО НПП Высокодисперсные металлические порошки, Россия). Проанализировано современное состояние вопроса противокоррозионной защиты металлоконструкций опор высоковольтных линий, рассмотрены требования основных нормативных документов, регламентирующих изготовление и контроль качества конструкций ВЛ. В докладе выделены преимущества холодного цинкования перед горячим, рассмотрены экономическая и экологическая стороны осуществления данных процессов, а также предложена технология эксплуатации системы покрытий ЦИНОЛ+АЛПОЛ взамен традиционных методов.

Современное состояние вопроса противокоррозионной защиты металлоконструкций опор ВЛ

Опоры ВЛ являются важными составляющими электросетевой инфраструктуры. В течение срока эксплуатации они испытывают серьезные климатические нагрузки, обусловленные воздействием открытой атмосферы различной степени коррозионной агрессивности с широкими пределами колебаний температуры и влажности, что в конечном результате приводит к коррозии. Поэтому одним из условий бесперебойного электроснабжения является требование, чтобы конструкции опор обладали высокой коррозионной прочностью и долговечностью. Последнее может быть обеспечено применением коррозионно-стойких материалов или качественной антикоррозионной защитой.

Широкое применение атмосферостойких низколегированных сталей сдерживается их высокой стоимостью. Кроме того, в соответствии со СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии, эти стали, исключая марки 10 ХНДП и 15 ХСНД, даже в слабоагрессивной среде, должны применяться только в сочетании с защитными покрытиями. Нарушение этого требования приводит к развитию коррозии. Так, в ходе осмотра состояния опор ВЛ — 500 кВ Тобольск-Ишим при подходе к подстанции Заря (г. Ишим, Тюменской области) специалистами эксплуатирующей организации совместно с представителями ЗАО НПП ВМП были выявлены коррозионные поражения незащищенной атмосферостойкой стали уже через 8 лет после начала эксплуатации опор.

В качестве защитных лакокрасочных покрытий (ЛКП) для опор ВЛ у нас в стране традиционно использовали материалы, относящиеся к, так называемой, дешевой ценовой категории: масляные, маслянобитумные, битумные, алкидные с наполнителями из алюминиевой пудры или железного сурика. Срок службы этих покрытий не превышает 2–8 лет. Разрушение ЛКП сопровождается интенсивной подпленочной коррозией, что приводит в конечном итоге к снижению несущей способности опор, а в особо агрессивных условиях к их преждевременному разрушению. Более того, применение ЛКП для защиты опор высоковольтных линий вообще отсутствует в нормативных документах отрасли.

В соответствии с нормативными документами, регламентирующими изготовление и контроль качества конструкций опор ВЛ свыше 1 кВ, защиту от коррозии следует выполнять в виде горячего цинкования. Действительно, горячецинковые покрытия являются надежным и испытанным методом защиты металлических элементов ВЛ. Обследование состояния ВЛ 500 кВ Московского кольца, проведенное экспертами Союзтехэнерго в 2005 году, показало, что оцинкованные опоры со сроком службы, близким к нормативному, потери сечения не имеют. В то время как для опор, подвергавшихся окраске и не окрашиваемых длительное время, потеря сечения от коррозии составила: раскосов до 15 %, поясов до 3 % (в отдельных случаях до 10 %) при допустимом значении потери сечения не более 20 % для опор, сооруженных до 1970 г., и не более 10 % — сооруженных после 1970 г.

Однако, горячецинковые покрытия не всегда являются оптимальным решением проблемы. Так отраслевой стандарт устанавливает, что горячецинковое покрытие толщиной 80 мкм в условиях эксплуатации опор ВЛ должно обеспечивать срок службы 20 лет. Вместе с тем, развитие промышленности и растущий рост загрязнения атмосферы приводит к тому, что реальный срок службы горячецинковых покрытий сокращается. Как известно, скорость коррозии цинка существенно увеличивается в атмосфере с SO₂, соответственно срок службы горячецинковых покрытий в промышленной атмосфере не превышает 1015 лет. Этот факт наглядно демонстрируют результаты осмотров опор ВЛ 500 кВ на линиях Рефтинская ГРЭС — Тагил, Рефтинская ГРЭС — Тюмень I, Рефтинская ГРЭС — Тюмень II, Козырево — Рефтинская ГРЭС (район с развитой металлургической промышленностью), проведенных эксплуатирующей организацией с привлечением специалистов ЗАО НПП ВМП. В ходе осмотров было выявлено, что горячецинковое покрытие толщиной порядка 150 мкм за 20 лет полностью выработало свой ресурс, и без проведения ремонтных работ дальнейшая эксплуатация опор может привести к потере несущей способности.

Метод холодного цинкования для решения проблем коррозии опор ВЛ

Научно-производственное предприятие Высокодисперсные металлические порошки (ВМП) более 15 лет занимается разработкой, производством и внедрением современных материалов для холодного цинкования. Технология холодного цинкования заключается в нанесении лакокрасочными методами композиций, содержащих в качестве антикоррозионного пигмента высокодисперсный цинковый порошок специального качества. Полученные таким образом цинкнаполненные покрытия (ЦНП) сочетают в себе достоинства традиционных лакокрасочных и металлических покрытий и обладают рядом неоспоримых преимуществ (табл. 1).

Таблица 1 – Преимущества метода холодного цинкования применительно к опорам ВЛ

Показатель	Горячее цинкование	Лакокраска	Холодное цинкование
Условия нанесения	Только заводское использование: требуется поддержание высокой температуры	Заводское исполнение, условия строительной площадки и в полевых условиях	Заводское исполнение, условия строительной площадки и в полевых условиях
Оборудование для нанесения	Специальные технологические линии	Стандартное оборудование	Стандартное оборудование
Требования к защищаемым конструкциям	Ограничения по размерам конструкций	Любые конструкции без ограничений по размерам, в том числе крупногабаритные	Любые конструкции без ограничений по размерам, в том числе крупногабаритные
Механизм защитного действия	Катодный (протекторный). При воздействии агрессивной среды при наличии в покрытии дефекта, происходит окисление цинка, предотвращающее коррозию стали и способствующее залечивание повреждения	Барьерный. Покрытие предотвращает доступ коррозионной среды к защищаемой поверхности, механически экранируя ее	Комбинированный, сочетает катодный (протекторный) и барьерный
Прогноз срока службы, годы (промышленные предприятия и зоны их влияния)	Не более 15	2–4	Более 15
Ремонтопригодность метода	Метод не ремонтопригоден (возможно возобновление покрытия на отдельных элементах после их демонтажа в условиях завода)	Метод ремонтопригоден	Метод ремонтопригоден (может применяться как для покрытий, полученных этим методом, так и для цинковых металлических покрытий)
Общая характеристика метода применительно к опорам ВЛ	Имеет ряд технологических ограничений	Низкие сроки службы покрытий	Простота, доступность, универсальность метода при высоких сроках службы покрытий

Кроме того, расчет технико-экономических показателей получения ЦНП наглядно демонстрирует экономическую выгоду: применение холодного цинкования взамен горячего дает экономию 30–40 % на 1 т металлоконструкций без учёта транспортных расходов. Экономический эффект от применения ЦНП по сравнению с традиционными ЛКМ следует рассматривать с точки зрения отложенных затрат на ремонт: за счет того, что системы на основе ЦНП обладают большим в 2–3 раза сроком службы, стоимость эксплуатации покрытия в расчете на год эксплуатации оказывается ниже.

Техническое обслуживание ВЛ предполагает проверку состояния антикоррозионного покрытия металлических опор ВЛ не реже 1 раза в 6 лет и при необходимости незамедлительное осуществление ремонта. Возобновление покрытия методом горячего цинкования в условиях действующего объекта невозможно. В мировой практике при восстановлении защитного покрытия опор ВЛ, в том числе и горячецинкового, широкое применение находит технология, включающая гидроструйную очистку поверхности от солей и других загрязнений, гидроабразивную очистку металла от ржавчины с последующим нанесением кистью цинкнаполненного грунта (ЦНП) и винилового покрывного слоя.

В связи с тем, что на территории России линии ВЛ разбросаны на тысячи километров и проведение ремонтных работ зачастую сопряжено с невозможностью применения высокопроизводительных агрегатов, ЛКМ, применяемые для ремонтной окраски опор ВЛ, помимо требований коррозионной стойкости в атмосфере с высокой степенью загрязнения, хорошей адгезии и эластичности покрытий должны обеспечивать простоту проведения восстановительных работ с использованием ручных методов. ЛКМ должны иметь хорошую укрываемость острых кромок и углов, высокую степень проникновения в щели конструкции, быть толерантны к недостаточно очищенной поверхности, допускать нанесение кистью и образовывать при этом равномерную по толщине пленку, обеспечивать быстрое отверждение покрытия.

Всем вышеперечисленным требованиям отвечает система покрытий ВМП на основе метода холодного цинкования:

В этой схеме цинкнаполненное покрытие ЦИНОЛ содержит до 96 % (масс.) цинка и по своим электрохимическим свойствам близко к цинковому металлическому покрытию, благодаря чему осуществляет эффективную протекторную защиту стали. Покрытие АЛПОЛ на основе алюминиевой пудры придает типичный для металлических покрытий декоративный вид и благодаря чешуйчатой форме частиц пигмента дополнительно экранирует поверхность ЦИНОЛа, замедляя во времени окисление цинка. Сочетание активной и пассивной защиты (протекторного и барьерного механизмов) в комплексном покрытии ЦИНОЛ+АЛПОЛ является залогом его повышенной надежности и долговечности.

Коррозионный износ горячецинкового покрытия подчиняется нормальному закону, и в процессе эксплуатации происходит убыль толщины. То есть долговечность покрытия является функцией отношения исходной толщины к скорости коррозии в данной среде и может быть легко рассчитана. По результатам испытаний покрытия ЦИНОЛ+АЛПОЛ ведущими исследовательскими институтами системы Госстроя специалисты сделали вывод о том, что покрытие ЦИНОЛ и системы на его основе могут применяться для тех же условий эксплуатации и объектов, что и горячее цинкование, а в ряде случаев применение покрытия ЦИНОЛ предпочтительнее.

Что касается технологических свойств ЛКМ, рекомендуемых применительно для опор ВЛ, то следует отметить, что оба материала одноупаковочны, т. е. не требуют смешения компонентов при применении; допускают широкий диапазон погодных условий при нанесении (температура от –15 до +40 ^oС и относительная влажность до 90 %); время сушки при +20 ^oС не превышает 30 минут.

Простота и относительная экологичность технологии нанесения покрытий, их высокое качество и долговечность позволили рекомендовать композиции ЦИНОЛ и АЛПОЛ для защиты металлоконструкций мостов, антенно-мачтовых сооружений, закладных деталей в строительстве, промышленных зданий и сооружений, гидросооружений и ввести в ряд отраслевых документов. Среди них Руководство по применению цинкнаполненных покрытий Р 1-2004, разработанное в дополнение к СНиП 2.03.11-85 специалистами ЦНИИ ПСК им. Мельникова и НИИЖБ и одобренное Госстроем России (табл. 2).

Таблица 2 – Некоторые результаты испытаний покрытия ЦИНОЛ и систем на его основе экспертными организациями и отраслевыми институтами, входящими в систему Госстроя

Организация, проводившая испытания	Метод испытаний	Холодное цинкование с применением композиции ЦИНОЛ	Горячее цинкование
НИИЦИАМТ	Морской туман (методика НИИЦИАМТ)	Коррозионные повреждения покрытия в виде белого налета на 45–50 % поверхности. Коррозия стали отсутствует	Коррозионные повреждения покрытия в виде белого налета на 95 % поверхности. Язвенная коррозия стали
НИИЖБ	ГОСТ 9.403 (метод А, раствор соляной кислоты)	Начало коррозионных поражений стали через 50 суток	Начало коррозионных поражений стали через 30 суток
ВНИИ ЖТ	Соляной туман	Через 1100 часов коррозия стали отсутствует	Через 510 часов более 50 % поверхности покрыто ржавчиной
ЦНИИПСК им. Мельникова	ГОСТ 9.401 (метод 3,5)	Прогноз срока службы более 15 лет в условиях условно чистой атмосферы холодного климата и промышленной атмосферы умеренного климата	—

Покрытие ЦИНОЛ+АЛПОЛ в электроэнергетике

Начиная с 1995 г., системы на основе метода холодного цинкования активно внедряются в электроэнергетике. Так, производство материалов ЦИНОЛ и АЛПОЛ и их применение для антикоррозионной защиты объектов электрических сетей, как вновь строящихся, так и ремонтируемых, аттестованы Межведомственной комиссией ОАО ФСК ЕЭС.

Система ЦИНОЛ+АЛПОЛ внесена во вновь разработанные Технологические нормы проектирования ВЛ напряжением 35 кВ и выше, а также ТП и ОРУ ПС, подготовленные институтом Энергосетьпроект (г. Москва).

По запросу ОАО ФСК ЕЭС Ростехнадзор сделал комментарий к ПУЭ (7-ое издание), в котором высказал свою позицию о возможности использования метода холодного цинкования с применением антикоррозионных цинкнаполненных систем покрытий включенных в дополнение к СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии раздел 5 Металлические конструкции для защиты металлических элементов опор воздушных линий электропередачи и металлоконструкций распределительных устройств.

К настоящему времени технология холодного цинкования металлоконструкций опор ВЛ освоена многими заводами металлоконструкций: Челябинский ЗМК, Южно-Уральский ЗМК, Канский ЗМК (Маяк), Иркутский завод сборного железобетона, Хабаровский ЗМК, Восточно-Сибирский, Мегетский Уральский, Среднеуральский, Нижнетагильский и др. ЗМК.

Имеется опыт и ремонтной окраски материалами ВМП действующих опор ВЛ в полевых условиях: в период апрель-май 2003 г. в районе г. Ишим по заказу ОАО Тюменьэнерго (Имшиские электросети) окрашены 94 опоры ВЛ 220 кВ. Стоит отметить, что за рубежом ремонт действующих опор ВЛ широко практикуется специальными организациями, имеющими в своем составе промышленных альпинистов.

Таким образом, результаты использования и эксплуатации системы покрытий ЦИНОЛ+АЛПОЛ полностью подтверждают целесообразность ее применения для защиты опор ВЛ взамен традиционных методов.

Высокая технологичность материалов ВМП применительно к условиям как заводской, так и полевой окраски, указывает на большие перспективы метода холодного цинкования для решения актуальных вопросов защиты от коррозии в электроэнергетике.

Безусловно, более широкое применение этой технологии позволит качественно повысить уровень технического состояния оборудования электросетевого хозяйства, а в конечном итоге надежность работы всей системы в целом.