ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ НА СКОРОСТЬ КОРРОЗИИ МОРСКИХ ГТС

Колгушкин Алексей Витальевич – Инженер-гидротехник
ОАО «Ленморниипроект», г. Санкт-Петербург

Беляев Николай Дмитриевич – Доцент кафедры
гидротехнического строительства Санкт-Петербургского
государственного политехнического университета,
кандидат технических наук


Общие сведения

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.

Morya_omyvayushhie_Rossiyu

Рис. 1. Моря, омывающие Россию [1]

Srednij_perepad_nekotoryx_klimaticheskix_dannyx

Причальный фронт морских портов России характеризуется большим разнообразием конструкций гидротехнических сооружений (рис. 2).

Порты современной России можно распределить по морским бассейнам:

— Северный бассейн: Амдерма, Архангельск, Витино, Диксон, Дудинка, Кандалакша, Кемь, Мезень, Мурманск, Нарьян-Мар, Онега, Тикси, Хатанга, Умба.
— Балтийский бассейн: Выборг, Высоцк, Калининград, Кронштадт, Ломоносов, Санкт-Петербург, Приморск, Усть-Луга.
— Черноморско-Азовский бассейн: Анапа, Геленджик, Кавказ, Темрюк, Новороссийск, Сочи, Таганрог, Туапсе, Ейск, Азов.

Konstruktivnyj_sostav_prichalnogo_fronta_morskix_torgovyx_portov_Rossii

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 Iи IIклассов – 100 лет; IIIи IVклассов – 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 учёта его результатов является Реестр гидротехнических сооружений морского транспорта, который создан и ведётся ФГУП «Росморпорт».

Необходимость антикоррозионной защиты свайных оснований морских причалов может быть проиллюстрирована состоянием построенных конструкций (рис. 3). На приведённых снимках показаны типичные коррозионные разрушения углеродистых и низколегированных сталей, эксплуатирующихся в морских условиях.

Korrozionnye_povrezhdeniya_morskix_sooruzhenij

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.

Dannye_o_korrozionnyx_razrusheniyax_prichalov_v_Finskom_zalive

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.

Dannye_o_korrozionnyx_razrusheniyax_prichalov_razlichnyx_bassejnov

Влияние температуры

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:

— температура воздуха над акваторией;
— температура слоя ветрового перемешивания;
— температура слоя сезонного термоклина;
— температура слоя донных грунтов.

Zavisimost_izmeneniya_temperatury_poverxnosti_sooruzheniya_ot_klimata_morya

Рис. 4. Зависимость изменения температуры поверхности сооружения от климата моря

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].

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.

Korroziya_v_zone_bryzg

Рис. 5. Коррозия в зоне брызг

Влияние температуры в подводной зоне на скорость коррозии незначительное, так как там нет таких резких перепадов температуры, как в атмосферном воздухе.

Влияние солёности

Особенности морской воды как коррозионной среды определяются значительным содержанием в ней солей. Солёность и состав воды внутренних морей могут иметь достаточно большие колебания (табл. 4). Как правило, колебания солёности морской воды связаны с речным стоком, в северных морях это связано и с лёдообразованием.

Osnovnye_komponenty_solevogo_sostava_morskoj_vody

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 солёности 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].

Влияние течений

При строительстве морских причалов происходят изменения береговой линии и хода вдольбереговых течений. В связи с тем, что морская коррозия идёт 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.

Актуальность

Konstrukcii_gidrotexnicheskix_sooruzhenij_postroennyx_na_poberezhe_Finskogo_zaliva

Рис. 6. Конструкции гидротехнических сооружений, построенных на побережье Финского залива с 2000 по 2009 год

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.

Выводы

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.

Библиографический список

  1. http://geo.1september.ru/articlef.php?ID=200600607
  2. Цыкало В.В. Состояние причального фронта морских портов России // Наука и техника транспорта, 2005 №2. Москва, с. 63-70.
  3. СНиП 33-01-2003. Гидротехнические сооружения. Основные положения. – М.: Госстрой России, 2004.
  4. Баренцево море, т. 1, вып. 1. В кн. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР, 1990.
  5. Томашов Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов. М.: Изд. АН СССР, 1959.
  6. Правила классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок (ПБУ) и морских стационарных платформ (МСП). Российский морской регистр судоходства. Санкт-Петербург, 2001.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

prevdis.ru © 2014 Frontier Theme