Свидетельство:
О регистрации средства массовой информации: "Предотвращение аварий зданий и сооружений".
Номер: №ФС77-35253
Выдано: Федеральная служба по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций
Дата: от 16.02.2009 г.
Форма распространения: электронное периодическое издание
Язык: русский
Учредитель: ООО "ВЕЛД"
Проблема борьбы с коррозией морских ГТС не потеряла своей актуальности и в ХХI веке. За последние 50 лет все свайные основания морских причалов возводятся с использованием металла. Строительство причалов имеет и стратегическое значение для России, так как ее омывают двенадцать окраинных и одно внутреннее море: Каспийское, Азовское, Черное Балтийское, Белое, Баренцево, Карское, Лаптевых, Восточно-Сибирское, Чукотское, Берингово, Охотское, Японское (рис. 1). Территория России простирается с запада на восток более чем на 10 тыс.км, а с севера на юг около 3 тыс.км. Климат морей значительно различается, некоторые данные для сравнения приведены в табл. 1.
Рис. 1. Моря, омывающие Россию [1]
Таблица 1
Средний перепад некоторых климатических данных,
влияющих на коррозию металла в морях России
Причальный фронт морских портов России характеризуется большим разнообразием конструкций гидротехнических сооружений (рис. 2).
Рис. 2. Конструктивный состав причального фронта
морских торговых портов России в 1994-2004 гг. [2]
Различные климатические условия районов расположения причалов существенно отражаются на выборе варианта конструкции и способа защиты материалов конструкции от воздействия морской воды.
Согласно СНиП 33-01-2003 [3], конструкции и основания гидротехнических сооружений, как правило, надлежит проектировать таким образом, чтобы условие недопущения наступления предельных состояний соблюдалось на всех этапах строительства и эксплуатации, в том числе и в конце назначенного срока их службы.
При этом назначенные сроки службы основных ГТС в зависимости от их класса должны быть не менее расчетных сроков службы, которые принимают равными: для сооружений I и II классов – 100 лет; III и IV классов – 50 лет.
В целях поддержания морских причалов в исправном состоянии и обеспечения их бесперебойной эксплуатации Минтрансом РФ в 1994 г. была введена система технического контроля, в соответствии с которой гидротехнические сооружения подлежат паспортизации и освидетельствованию. Срок действия Декларации освидетельствования при исправном или работоспособном состоянии составляет в соответствии с требованиями СтП РМП 31.01-2007 – 5 лет. При ограниченно работоспособном состоянии срок действия Декларации освидетельствования увязывается с обязательным выполнением работ по восстановлению работоспособности сооружения.
Принятые меры улучшили техническое состояние гидротехнических сооружений. При этом документальной основой контроля за технической эксплуатацией сооружений и учета его результатов является Реестр гидротехнических сооружений морского транспорта, который создан и ведется ФГУП «Росморпорт».
Необходимость антикоррозионной защиты свайных оснований морских причалов может быть проиллюстрирована состоянием построенных конструкций (рис. 3). На приведенных снимках показаны типичные коррозионные разрушения углеродистых и низколегированных сталей, эксплуатирующихся в морских условиях.
Рис. 3. Коррозионные повреждения морских сооружений
В зависимости от места эксплуатации скорость коррозионных процессов и характер коррозионных разрушений для углеродистых и низколегированных сталей изменяется в широких пределах. В качестве первого примера рассмотрим несколько однотипных сооружений построенных в Финском заливе (табл. 2). Три причала построены в одно и то же время из одной марки стали, и скорости их коррозионных разрушений близки и составляют 0,06-0,07 мм/год. При этом остается неизвестным, покрывался ли данный шпунт антикоррозионной защитой.
Таблица 2
Данные о коррозионных разрушениях причалов в Финском заливе
Сравним скорость коррозии в Финском заливе с данными, полученными в результате обследований причалов в других регионах. Если проанализировать данные табл. 3, можно придти к выводу, что скорости коррозии у рассмотренных сооружений составляют соответственно 0,47 мм/год (Кольский залив); 0,015-0,06 мм/год (Балтийское море); 0,28-0,34 мм/год (река Кузнечка в Архангельской области).
Разница в скоростях коррозии напрямую связана с географическим положением сооружения, а точнее с микроклиматом акватории.
Таблица 3
Данные о коррозионных разрушениях причалов различных бассейнов
Скорость электрохимической коррозии с повышением температуры обычно возрастает. На примере Баренцева моря рассмотрим более детально влияние изменчивости температурных перепадов, на свайное основание типовой конструкции причала эстакадного типа. Температура поверхности сооружения изменяется в зависимости от высоты сооружения (рис. 4). Можно выделить четыре уровня изменения температуры сооружения:
Характерные значения колебаний температуры воды, обусловленные приливной изменчивостью, составляют 0,2-0,5°С в однородных слоях и до 1,0-1,5°С – в слое термоклина [4].
Рис. 4. Зависимость изменения температуры
поверхности сооружения от климата моря
Основное влияние на ускорение коррозии стали в природных средах оказывает концентрация кислорода, и скорость его диффузии через границу раздела фаз газ-жидкость. Способствует же началу коррозионного разрушения возникновение термогальванических пар из-за неодинаковой температуры отдельных участков одного и того же металла конструкции. Более нагретый участок металла, как правило, является анодным и подвергается более сильной коррозии. Данный процесс протекает в зоне брызг и переменном уровне морских причалов. На рис. 5 показана начальная стадия коррозионного разрушения.
Влияние температуры в подводной зоне на скорость коррозии незначительное, так как там нет таких резких перепадов температуры, как в атмосферном воздухе.
Рис. 5. Коррозия в зоне брызг
Особенности морской воды как коррозионной среды определяются значительным содержанием в ней солей. Соленость и состав воды внутренних морей могут иметь достаточно большие колебания (табл. 4). Как правило, колебания солености морской воды связаны с речным стоком, в северных морях это связано и с ледообразованием.
Таблица 4
Основные компоненты солевого состава морской воды
Общее высокое содержание хорошо диссоциированных солей делает морскую воду электролитом с высокой электропроводностью. Удельная электропроводность морской воды составляет около 2,5-3,0 * 10-2 Ом-1см-1 (для общей солености 2-3%).
Большое содержание хлор-иона сообщает морской воде повышенную коррозионную активность по отношению к большинству современных конструкционных металлов. Например, для высоколегированных хромом сталей пассивное состояние в морской воде является не вполне устойчивым, из-за чего возможно появление питтинговой коррозии. А установление пассивного состояния для железа, низколегированных и среднелегированных сталей является невозможным в морской воде [5].
При строительстве морских причалов происходят изменения береговой линии и хода вдольбереговых течений. В связи с тем, что морская коррозия идет с кислородной деполяризацией и преимущественно с диффузионным контролем доставки кислорода к катодам корродирующей поверхности, то очевидно, что перемешивание или увеличение скорости движения морской воды будет одним из основных факторов ускорения коррозионного процесса.
Как видно из данных, представленных на рис. 2, 51% всех конструкций причального фронта имеют металлическое основание. На рис. 6 представлены данные по проектируемым и уже построенным за период с 2000 по 2009 год причальным сооружениям на побережье Финского залива. Все эти сооружения возводились на металлическом свайном основании, с использованием различных систем антикоррозионной защиты.
Рис. 6. Конструкции гидротехнических сооружений,
построенных на побережье Финского залива с 2000 по 2009 год
Следует отметить, что в Паспортах причалов крайне редко приводится информация о системах антикоррозионной защиты. Обязательное включение такого пункта позволило бы исследовать стойкость антикоррозионных покрытий в различных климатических широтах в реальных условиях.
Коррозионные разрушения металлических элементов определяются множеством факторов, которые необходимо учитывать на стадиях проектирования и строительства. Если проводить параллель между морскими причалами и другими конструкциями, эксплуатируемыми в море, то можно прийти к выводу, что такие же коррозионные воздействия испытывают и платформы для освоения шельфа. Расчетные скорости коррозии углеродистых и низколегированных сталей приведены в Правилах Российского морского регистра судоходства [6]: скорость коррозии принимается по данным об износе выбранных сталей в условиях, соответствующих условиям эксплуатации плавучих буровых установок и морских стационарных платформ без учета положительного влияния защитных мероприятий по уменьшению износа. Данный опыт необходимо использовать и при проектировании металлических свайных оснований морских причалов, наряду с применением современных систем антикоррозионной защиты.