Коррозия — одна из основных причин снижения надёжности и безопасности конструкций морских объектов. К морским объектам в этом контексте, относятся морские суда, портовые и причальные объекты, гидротехнические сооружения в сфере энергетики, подводная и портовая система добычи и транспортировки углеводородов в море. Борьба с коррозией имеет первостепенное значение и должна рассматриваться в качестве самостоятельной комплексной задачи.
Морская вода — отличный электролит — это самая агрессивная естественная среда в окружающем нас мире. Состав морской воды хорошо аэрирован, он имеет высокую электропроводность и насыщен солями кальция, калия, магния, сульфатами натрия, хлоридами. Возникновение электрического потенциала в гальванической схеме «морской объект — электролит» даёт высокий уровень электрохимических процессов, результатом которых и является коррозия. Самопроизвольное разрушение материалов значительно снижает срок службы морских объектов.
Морские гидротехнические сооружения портовой и энергетической инфраструктуры обычно состоят из бетона, железобетона и стальных конструкций: донные, погружные, полупогружные, гравитационные или свайные. Корпуса морских судов собирают из специальных сплавов судостроительной стали, легированной различными укрепляющими добавками.
Интенсивность воздействия морской среды на материал конструкций по высоте объекта неодинакова, в связи с чем выделяют, как правило, три зоны морской коррозии:
- Зона 1 — надводная, подвергающаяся смачиванию брызгами морской воды — это зона атмосферной коррозии с неограниченным доступом кислорода.
- Зона 2 — зона переменного увлажнения — самая опасная в коррозионном отношении. По высоте эта зона располагается между верхней и нижней границами возможного колебания уровня моря при ветровой и волновой нагрузках или изменения водоизмещения судна в зависимости от загрузки.
- Зона 3 — подводная, расположенная ниже уровня воды при любом его изменении. Эта зона не соприкасается с атмосферным кислородом. Здесь процессы коррозии идут медленнее, чем в зонах №1 и 2, вследствие недостатка свободного кислорода.
Физическая коррозия бетона в первой и второй зонах вызывается попеременным увлажнением и высыханием, либо попеременном замораживанием и оттаиванием объектов. В обоих случаях образовываются соли или лёд в порах и капиллярах, которые разрушают бетон. Кроме того, химическое воздействие морской воды приводит к растворению (выщелачиванию) цементного камня в составе бетонных конструкций.
При воздействии морской воды на железобетон коррозии подвергается и бетон, и арматурная сталь. Коррозия стальной арматуры в этом случае носит электрохимический характер. В плотном бетоне коррозия арматуры не наблюдается, так как небольшое количество морской воды в порах и цементный камень создают на арматурной сетке защитную плёнку оксидов. При пористом бетоне или наличии в нём глубоких трещин защитная плёнка разрушается и создаются условия начала электрохимического процесса коррозийного разрушения металла арматуры. При этом наибольшая скорость коррозийных процессов наблюдается в первой и второй зонах. В третьей зоне при сплошном заполнении пор бетона водой условия аэрации затрудняются, и коррозия резко замедляется.
Долговечность бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений обеспечивается плотным, без трещин, устойчивым к коррозии в морской среде бетоном, а также выбором и составом защитного бетонного слоя. Толщина бетонного защитного покрытия, рассчитанная с учётом характеристик железобетонной конструкции, а также состав композитов, которые примешиваются в защитный слой позволяют конструкции сохранить целостность в течении всего жизненного цикла.
Коррозия стальных судовых и гидротехнических конструкций в морской воде протекает в результате электрохимического взаимодействия: происходит растворение металла, при котором в связке «металл — морская вода» наблюдается переход катионов от металла в воду, как от анода к катоду, погруженного в электролит. При этом анодом и катодом могут выступать различные участки одной и той же конструкции, а раствором электролита — окружающая морская среда.
Скорость коррозии определяется, в первую очередь, солёностью воды (концентрацией в ней хлоридов). Второй фактор, влияющий на скорость коррозионных процессов, — содержание кислорода (О₂). Третий — температура окружающей среды, а также скорость омывания объекта водой
При этом интенсивность коррозии зависит от состава, состояния поверхности объекта после обработки и колеблется в широких пределах. Если измерять коррозию металлов потерей массы в год, то в зоне №2 скорость коррозии может составлять 0,4—0,6 мм, а может достигать 1,25 мм в год, в подводной зоне №3 — 0,06—0,15 мм/год.
Защита от коррозии металлических конструкций корпусов судов и морских гидротехнических сооружений может осуществляться путём применения коррозионностойких сплавов, покрытия поверхности металла защитными лакокрасочными материалами и катодной зашитой.
Применение сплавов, устойчивых к коррозии, — один из наиболее надёжных, но дорогостоящих способов. Разработано большое количество покрытий для защиты морских объектов на основе эпоксидной, каменноугольной, уретановой, виниловой и других смол. Недостатком этого метода антикоррозийной защиты является короткий срок жизнестойкости, а также неизбежное механическое истирание покрытия.
Катодная защита металлических конструкций ГТС может выполняться двумя способами:
1. Защита наложенным током (от внешнего источника питания), при котором защищаемая поверхность — катод — подключается к отрицательному полюсу источника. Анодом выступают специальные встроенные или расположенные рядом подвесные электроды, подключенные к положительному полюсу и имеющие специальное малорастворимое покрытие (преимущественно из металлов платиновой группы). В такой гальванической схеме растворение металла идёт на аноде, а на катоде — защищаемых конструкциях — образуется плёнка из плохо растворимых солей, которая предохраняет сооружение от коррозии.
2. Защита катодной поляризацией, которая вызывается постоянным электрическим контактом сооружения из стали с металлом, обладающим более отрицательным потенциалом, например, цинком, алюминием, магнием или их сплавами — протекторами, являющимися жертвенными анодами. В этой гальванической паре металлическая конструкция является катодом и не подвергается коррозионным процессам.
К достоинствам катодной защиты относятся надёжность, невысокая стоимость, низкие эксплуатационные расходы, простота схемы и лёгкость контроля за её действием.
Если рассматривать каждый морской объект как систему, состоящую из различных компонентов, то проектирование защиты объекта от коррозии будет являться системной задачей, решение которой возможно только при комплексном применении всех методов, а именно:
- применение устойчивых к коррозии лакокрасочных покрытий в зонах №1 и 2;
- установка активной катодной защиты наложенным током для зон №2 и 3;
- установка протекторов в зоне №3, в местах, куда нет возможности провести наложенный ток.
Такой комплексный системный подход к проектированию электрохимической защиты от коррозии судов, пирсов, причалов, гидротехнических сооружений из стальных и железобетонных конструкций в полной мере реализован в Корпорации ПСС® (Пермь, РФ).
Вот уже 30 лет компания работает на российском рынке поставок электротехнического оборудования для судостроительной, нефтегазовой и энергосберегающей отраслей промышленности и плодотворно сотрудничает с зарубежными странами. В перечень поставок от Корпорации ПСС входит не только серийное и уникальное оборудование электрохимической защиты морских и береговых объектов, но и самая широкая в России линейка зарядных станций для электротранспорта, а также электрооборудование энергосетей. Компания также готова делится технологиями производства и обладает компетенциями для развёртывания выпуска своего оборудования за рубежом, совместно с иностранными партнёрами, на любых производственных площадках соответствующей направленности.
