Одной из самых серьезных проблем при «обновлении» старых горячеоцинкованных стальных конструкций опор линий электропередач является время технического обслуживания. Компания Zingametall разработала систему пленочного цинкования, которая позволяет повторно оцинковывать эти конструкции на месте без сбоев в работе.
Около 42 лет назад в Бельгии была разработана система пленочного цинкования, специально предназначенная для «обновления» старых и подверженных атмосферным воздействиям горячеоцинкованных стальных конструкций, преимущественно опор и элементов линий электропередач, например, вантовых конструкций для поддержания воздушных линий электропередач над железнодорожными путями. Система должна содержать чистый цинк и иметь электрический потенциал, соответствующий потенциалу горячего цинкования, чтобы предотвратить образование гальванического элемента с исходным цинковым слоем.
Химик, разработавший эту систему, оказался весьма дальновидным человеком, поскольку знал, что впоследствии будет либо чрезмерно дорого, либо практически невозможно демонтировать подверженные коррозии опоры и заменять их, когда покрытие будет изношено до оголенной стали. Это привело бы к отключению электроснабжения тысяч домов и предприятий, а также железнодорожной сети, из-за чего миллионы пассажиров не смогли бы добраться до работы (рис. 1).
Рисунок 1. Нанесение ZINGA® на высоте 45 м.
Поэтому система пленочного цинкования была разработана таким образом, чтобы эти и другие горячеоцинкованные конструкции могли быть заново оцинкованы на месте без сбоев в работе или, в некоторых случаях, с минимальным перерывом (1-2 часа), что не повлияло бы на повседневную жизнь людей. Как и покрытия, полученные методом горячего цинкования, новая система цинковых покрытий истощается со скоростью несколько микрон в год, что позволяет избежать проблем с отслаиванием и остатками, которые необходимо удалять со стальной конструкции, когда требуется восстановить покрытие до исходной толщины.
Скорость истощения
Пленочное цинкование также похоже на горячее цинкование тем, что цинк истощается с разной скоростью в зависимости от географического положения. Поэтому если опора линии электропередач находится на возвышенности вдали от побережья, цинк может расходоваться всего на 0,1 мкм в год, тогда как на побережье при регулярном воздействии солевого тумана он может истощаться со скоростью 5-7 мкм в год. Таким образом, систему пленочного цинкования можно использовать с учетом толщины в соответствии с конкретным местоположением конструкции; например, для конструкций, расположенных на возвышенностях или в засушливой сельской местности, может потребоваться толщина всего 90 мкм (толщина сухой пленки), которая обеспечит срок службы 30-40 лет, в то время как на побережье потребуется толщина 120–150 мкм, чтобы обеспечить такой же прогнозируемый срок службы. При этом подрядчикам не придется расходовать цинк нерационально, когда в этом нет необходимости.
Обновление старых оцинкованных конструкций
Если на опорах и других важных конструкциях линий электропередач сохранился тонкий, изношенный слой цинкового покрытия на стальной поверхности, их подвергают абразивной обработке под давлением 3 бар и с использованием сопла под углом 45°. Это делается для того, чтобы придать поверхности шероховатость и обеспечить высокую адгезию для последующего пленочного цинкования, но без удаления предыдущего цинкового покрытия. Весь смысл «обновления» заключается в наращивании цинка.
Если оцинкованная конструкция оставалась без внимания на протяжении многих лет и на ней видны следы красной ржавчины, эти участки полностью очищают с помощью пароструйной установки (без образования пыли), затем кистью наносят пленочное цинковое покрытие, а для быстрого нанесения последующих слоев используют валики (рис. 2). Поскольку в процессе пленочного цинкования генерируется электрический потенциал более 1100 мВ, управляющее напряжение очень высоко, и сталь оцинковывается таким же образом, как при горячем цинковании, что дополняет ее катодную защиту.
Рисунок 2. Пароструйная абразивная обработка опор линий электропередач.
Динамический показатель адгезии и электрический потенциал
В отличие от цинковых красок, в системе пленочного цинкования используется совершенно уникальный тип цинка; одной из ее удивительных характеристик является динамический показатель адгезии. После 7 дней внешнего воздействия при испытании на адгезионную прочность методом отрыва покрытие демонстрирует результат около 5 МПа, через 3 месяца адгезионная прочность возрастает примерно до 7-9 МПа, а через год или раньше может составлять >10 МПа и остается на этом уровне в течение всего срока службы цинкового покрытия. Большинство цинконаполненных красок имеют электрический потенциал около 740–780 мВ, в то время как при пленочном цинковании электрический потенциал составляет более -1050 мВ. Доказано, что для эффективной катодной защиты необходимо минимум -850 мВ. Таким образом, если электрический потенциал стали составляет 640 мВ, это дает управляющее напряжение около 430-450 мВ в отличие от цинконаполненных красок, для которых характерно значение в диапазоне 100-150 мВ, что говорит о том, что ток катодной защиты при пленочном цинковании в 3 раза выше.
Скандинавский климат
Одно из существенных преимуществ применения системы пленочного цинкования в северо-западной Европе заключается в том, что, если обычно сезон покраски приходится на май–август, эту систему можно использовать круглый год, за исключением обстоятельств, когда идет снег или дождь. Даже если через 2 часа после нанесения (после полного высыхания) цинкового покрытия пойдет дождь, это нисколько не повредит. Покрытие можно наносить на сталь при температуре -15 °C. Это значительно облегчает составление ежегодного плана покраски и позволяет не терять полгода из-за погодных условий.
Испытание системы
Система пленочного цинкования прошла испытания в европейских испытательных лабораториях в соответствии со стандартом ISO 12944. Эти испытания показали, что при нанесении с толщиной сухой пленки всего 120 мкм система соответствует следующим стандартам:
• ISO 12944 — C5 (VH): воздействие атмосферных условий в прибрежных районах с ожидаемым сроком службы более 25 лет;
• ISO 12944 — Im4: погружение в морскую среду на ветряных турбинах и т.д.;
• ISO 12944 – CX: воздействие атмосферных условий в морской среде;
• ISO 12944 — Im2: погружение в соленую/солоноватую воду;
• ISO 12944 – Im3: сооружения, заглубленные в грунт.
Statnett повторно оцинковывает опоры ЛЭП в Кармёй
В Норвегии компания Statnett, которая обслуживает опоры линий электропередач для национальной энергосистемы, сейчас занимается обновлением цинкового покрытия на некоторых опорах и снова подтверждает универсальность продукта, особенно при покрытии труднодоступных участков, таких как болтовые соединения. Опоры подвергают пескоструйной очистке, а затем обрабатывают системой пленочного цинкования (рис. 3).
Рисунок 3. Основание опоры ЛЭП в Норвегии после обновления.
Историческое событие в Кармёй: “Повторная оцинковка целых опор выполняется во многих странах, но в Скандинавии это делается впервые”, — говорит Тор Сметт, генеральный директор компании ZINGA AS (Норвегия) и ZINGA Sweden AB.
Опоры линий электропередач Statnett в основном изготовлены из горячеоцинкованной стали. Горячее цинкование — наилучший метод защиты стали от ржавчины, не требующий технического обслуживания и дополнительных расходов в течение десятилетий, но эта защита не вечна.
Эффективность противокоррозионной защиты постепенно снижается. Это снижение эффективности можно измерить, и скорость зависит от условий местности. Цинковое покрытие быстрее разрушается в прибрежных и промышленных районах, чем на территориях без воздействия морской соли и промышленных загрязнений. Как видно на рисунке 4, многокомпонентное болтовое соединение было успешно обновлено, включая все гайки и участки открытой резьбы.
Рисунок 4. Многокомпонентное болтовое соединение успешно оцинковано повторно, включая все гайки и участки открытой резьбы.
Первая опора, обработанная системой пленочного цинкования (рис. 5) была полностью покрыта тентом из-за близкого соседства с офисами компании Statnett. При подготовке к повторному цинкованию старое, изношенное покрытие было очищено.
Рисунок 5. Первая опора, покрываемая системой пленочного цинкования.
Опоры линий электропередач обычно не покрывают тентами, поскольку это сопряжено с дополнительными необоснованными затратами, но, что более важно, новая технология пароструйной обработки, в отличие от традиционной дробеструйной, позволяет избежать образования пыли в процессе работы, а влажный абразив обычно падает прямо под опору. Поэтому стадия очистки выполняется очень быстро.
В зависимости от используемого абразива в некоторых зонах уборка не требовалась, поскольку силикатный абразив имеет естественный цвет и сливается с землей.
На рисунке 6 представлена типовая конструкция норвежской опоры. Она позволяет отключить одну сторону опоры (одну фазу) на несколько часов во время проведения работ по техническому обслуживанию. Другая сторона продолжает работать и обязательно помечается большими, красными, пластиковыми табличками на разной высоте, чтобы инженеры знали, на какой стороне можно работать, а какая сторона находится под напряжением.
Рисунок 6. Типовая конструкция норвежской опоры ЛЭП.
Таким образом, часть потребителей может остаться без электроэнергии всего на 4-5 часов, в то время как дома и офисы остальных потребителей получают электроснабжение.
Если дробеструйную обработку выполнить невозможно, старое цинковое покрытие можно обработать с помощью механических инструментов, таких как вращающиеся щетки и лепестковые диски. Поскольку эта операция выполняется вручную, потребуется больше времени. Предполагаемый срок службы также зависит от степени чистоты, поэтому очистку поверхности необходимо выполнять особо тщательно. Хорошим примером могут служить работы в Коста-Рике, где компания ICE (Instituto Costarricense de Electricidad) использует систему ZINGA® для обработки удаленных опор с помощью проволочных щеток и чистой воды.
По словам Дианы Венегас, инженера проекта в Tecnosagot (Коста-Рика), первые опоры, обработанные в 2010 году, все еще находятся в прекрасном состоянии. Опора на рисунке 7 располагается близко к действующему вулкану и подвергается воздействию паров.
Рисунок 7. В Коста-Рике система пленочного цинкования (ZINGA®) используется компанией ICE на удаленных опорах.
Рик Симпсон, старший консультант по вопросам коррозии Компания ZINGAMETALL Worldwide, rick@zinga.eu
Автор выражает благодарность Тору Сметту, генеральному директору компании ZINGA AS (Норвегия) и ZINGA Sweden AB, за предоставление информации об опорах ЛЭП Statnett в Кармёй, Норвегия, и Диане Венегас, инженеру проекта в Tecnosagot.
