CC BY
45
Промышленная защита от коррозии стальных конструкций (мостов, трубопроводов, цистерн, резервуаров, эстакад, корпусов судов, морских нефтяных платформ и др.), выполненная с нанесением металлических покрытий на основе алюминия, цинка и других материалов, за рубежом хорошо известна и задокументирована.
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПРОТЕКТОРНЫЕ ПОКРЫТИЯ ЗАЩИЩАЮТ СТАЛЬНОЙ МЕТАЛЛ ОТ КОРРОЗИИ
Социальная значимость этих конструкций и традиционно большие потери от коррозии в индустриально развитых странах обусловили высокий уровень и серьезный мониторинг за покрытиями со стороны государственных служб с накоплением обширной и достоверной информации.
В России и странах СНГ эти покрытия не получили широкого масштабного применения, имеются лишь отдельные примеры практического их использования.
Массовое применение протекторных покрытий началось в США, Европе и Японии в середине 30-х г.г. прошлого столетия с защиты от коррозии мостов. Применяемые в те годы технология и оборудование не позволяли получать беспористые покрытия. Для заполнения пор по верху покрытий производилась пропитка и покраска специальными декоративными красками (обычно 3-4, в отдельных случаях до шести слоев) методом пульверизации и кистями. В большинстве случаев на ранних этапах для нанесения использовалось цинковое покрытие, полученное порошковым газопламенным напылением. Этот метод нанесения позволял формировать покрытие с наименьшей пористостью и шероховатостью и наилучшим сцеплением со стальной основой по сравнению с электродуговым напылением.
Независимые комиссии Американского общества сварщиков и Комитета по газотермическому напылению в 50-х гг прошлого столетия подвели итоги более чем 20-тилетнего мониторинга с полномасштабной проверкой протекторной зашиты от коррозии мостов. В Великобритании такое же мероприятие было выполнено в 1969/70-х г.г. Основной вывод комиссий заключался в том, что комбинированная протекторная защита (напыленный металл плюс пропитка) обеспечивает превосходную защиту от коррозии большого числа конструкций в высокоагрессивных средах (морская и речная вода, атмосфера с повышенным содержанием сернистых выбросов, подземная прокладка элементов стальных конструкций при наличии блуждающих токов, в том числе под асфальтным покрытием и др.) и доказала техническую и экономическую эффективность её применения.
Несмотря на более высокие первоначальные затраты (оцениваются 13-15% от стоимости металлоконструкций), долговременная надежная защита мостов от коррозии обеспечивает прекрасную экономию в будущем благодаря отсутствию необходимости ремонтов.
Так, например, 90 лет тому назад в Англии распыленным цинком покрыли мост Menai Straits bridge. Перед войной
его не успели перекрасить, в 1952 году инспектирующая комиссия, найдя его в превосходном состоянии, рекомендовала лишь декоративную окраску без каких- либо ремонтов, и таких примеров предостаточно.
Наличие положительного многолетнего практического опыта применения металлических протекторных покрытий в 80-90-х годах прошлого столетия способствовало развитию новых технологий, оборудования и рецептур изоляционных материалов. Основные работы были направлены на улучшение качественных показателей протекторных покрытий, в основном на снижение окисляемости материалов - алюминия, цинка и др., их пористости и увеличения прочности сцепления.
За рубежом металлические протекторные покрытия на основе алюминия и цинка стали активно внедряться в различных областях промышленности в 80-90-х годах прошлого столетия в рамках стандартов ISO 2064 Metallic and other non-organic coatings-Definitions and conventions, ISO 2178 Non-magnetic coatings on magnetic substrate's, в основном использовались для защиты мостов, различных стальных конструкций, дымоходов и других изделий.
В эти же годы в бывшем Союзе возрос практический интерес к металлическим протекторным покрытиям при защите
% ржавчины
1
наружной поверхности трубопроводов различного назначения.
На основании результатов научных и экспериментальных работ, проведенных во ВНИИСТе Миннефтегазстроя (г. Москва), протекторные покрытия были включены в ГОСТ Р51164 «Трубопроводы стальные магистральные общие требования к защите от коррозии» (см.пункт 4.7), алюминиевые и цинковые покрытия - для использования в качестве защиты от коррозии трубопроводов, транспортирующих газ, нефть и нефтепродукты, а также в качестве технологических трубопроводов, т.е. при строительстве компрессорных, газораспределительных, насосно-пере-качивающих станций и других объектов для надземной прокладки, как атмосфе-ростойкие покрытия.
Одновременно в АКХ имени К.Д. ПАМФИЛОВА также были проведены научные и экспериментальные работы, в результате которых металлизационное алюминиевое покрытие было рекомендовано для защиты трубопроводов тепловых сетей от наружной коррозии для подземных условий эксплуатации, в непроходных каналах, в тоннелях, подземная бесканальная, по стенам снаружи зданий, в технических подпольях, при температуре эксплуатации до 150С, при толщине покрытия 0,25-0,30 мм, и введено в РД 34.20.518-95 и РД 15334.0-20.518-2003. ►
0,в
0,6 0,4 0Н2 О
Л Водный неорганический цинк В Водный экрнловый цнни С Эпонснщный мастичный уретаН [> Эпоксидная эмаль £ АкрнмЬси.ш Л4Г4КС Г
О
и
ГаЭОтецинпчтсКий иннк {б*>л ИгрмоТИка) Га-эотермнческнн цннк (с герм «тикам f as/1 S Г iiÇTÇfiU ЧИРКНИ T4pUM4#a]
Э5Л5 гплчтсрмичсскчч je гррчетиком)
Диаграмма 1. Результаты воздействия атмосферы за 16 месяцев
ЭКСПОЗИЦИЯ 26 (46) ноябрь 2007 г. КОРРОЗИЯ 35
С 1987 года по 1990 год во ВНИИСТе и Институте Газа АН УССР были проведены научные и экспериментальные работы по улучшению качественных характеристик протекторных покрытий, в результате была разработана рецептура алюмокера-мического покрытия на основе алюминиевых порошков ПА-4, ПА-3 и ильменитового концентрата (природная руда), и новое оборудование для их нанесения методом плазменного сверхзвукового напыления. Основное назначение алюмокерамиче-ского покрытия - это протекторная защита от коррозии и от абразивного износа трубопроводов, корпусов судов, морских нефтяных платформ, шахтных сооружений, мостов, эстакад, резервуаров, цистерн, минераловозов и других изделий.
Одним из ярких примеров промышленного внедрения металлизационных протекторных покрытий в США является отказ от традиционных применяемых покрытий для защиты от коррозии стальных конструкций, используемых для строительства и ремонта мостов. Основанием для их применения были проведённые сравнительные испытания по инициативе Федеральной дорожной административной службы США традиционно используемых покрытий для защиты от коррозии стальных конструкций мостов и новых металлизационных протекторных покрытий.
Результаты испытаний приведены на диаграммах 1, 2. (Metallines - The Corrosion Bulletin Vol. 14 No.2 July 1997),
В результате испытаний установлено, см табл. 1, покрытия типа A, B, C, D и Е потеряли антикоррозионные свойства и начали разрушаться с появлением ржавчины. Газотермически нанесённые метал-лизационные покрытия типа F, G, H и I сохранили свои первоначальные свойства и ржавчина отсутствует.
% ржавчины
10—1
А
н d
Соответственно из таблицы 2 видно, что долговечность покрытий типа «А» - 3,8 года, типа «С» - 3,6 года и «В» - 3,2 года, а покрытия на основе газотермического нанесения цинка и цинка/алюминия - 85/15 типа «F» и «I» сохраняют свои первоначальные свойства в течение четырёх лет эксплуатации.
В программах на этапах долговременного изучения испытывались несколько систем металлизированных протекторных и традиционных покрытий. Эти покрытия оказались наилучшими с точки зрения коррозийной защиты стали. Все испытан-ния металлизированных покрытий показали нулевую подрезку от специальных царапин и продемонстрировали рейтинг ржавчины 9 или 10 согласно стандарту ASTM D610.
Федеральная дорожная административная комиссия США рекомендовала использование металлизационных протекторных покрытий для многолетней защиты от коррозии (свыше 30 лет без ремонтов) различных стальных конструкций для строительства мостов.
На основании проведённых испытаний протекторных покрытий департамент транспорта штата Иллинойс совместно с Федеральной дорожной администрацией в 1997 году завершил первый проект по газотермическому напылению, в котором покрытие было нанесено на сборные стальные фермы моста I 80 над автострадой US 30. Мост состоит из 1015 элементов, включая 9 пролетов, содержит балки W33 и панели W16 с полной площадью примерно 57000 кв. футов, плюс подшипники моста. Металлоконструкции были изготовлены компанией Industrial Steel Construction (ISC) на заводе American Bridge в городе Гери (Gary), штат Индиана. Нанесение покрытия для этого проекта выполняла компания Metalweld/U.S.
Corrosion Engineers of Joliet, штат Иллинойс, старейшая компания газотермического напыления США, работы по газотермическому напылению были выполнены на фабрике компании ISC.
В последние годы металлизационные протекторные покрытия применяются на объектах при разработке нефтяных и газовых месторождений на континентальном шельфе в Северном море, например, на газовом месторождении Troll (Норвегия) и на нефтяном месторождении Caister/Murdoch, проектированием и строительством которого руководила компания Conoco. С использованием технологии нанесения металлизацион-ных покрытий были защищены от коррозии факельные стрелы, переходные мосты между платформами, лестницы аварийной эвакуации, нижняя сторона платформ и металлоконструкции в зоне воздействия брызг, стальные конструкции, включая трубопроводы, суда, баки и т.д. Конструкция покрытия при температуре эксплуатации до +1200С состоит из одного слоя электродугового протекторного покрытия AlMg5 (200+/-50 мкм), второго слоя грунтовки эпоксидной толщиной не менее 25 мкм и третьего слоя полиуретанового покрытия толщиной не менее 50 мкм. При температуре эксплуатации свыше +1200С на первый слой электродугового протекторного покрытия AlMg5 (200+/-50 мкм) наносится второй слой силиконовой алюминиевой краски толщиной не менее 25 мкм.
Зарубежные компании сегодня предлагают различные материалы и оборудование для осуществления технологий термического нанесения покрытий - это газопламенное проволочное и порошковое напыление, высокоскоростное порошковое напыление, наносимое при сверхзвуковых скоростях (HVOF), электродуговая проволочная металлизация, плазменное напыление, а также термическое напыление в регулируемой атмосфере, т.е. в бескислородной атмосфере (вакуумной среде), в среде инертного газа или в химически активной среде.
Выбор оборудования и рецептуры материалов для газотермического нанесения протекторных покрытий весьма затруднителен. Основным критерием их оценки являются физико-химические и механические свойства (плотность, пористость (проницаемость), прочность сцепления с металлом, процент окисляемо-сти покрытия и т.д).
Фирмы США, ФРГ, Швейцарии, Великобритании, Украины и др. предлагают новые технологические, технические решения, включая оборудование, и рецептуру материалов для газотермического нанесения протекторных покрытий. В качестве сырья могут использоваться как порошковые материалы, например, механическая смесь алюминия, цинка, магния, керамики и др., так и проволоки на основе Al, Zn, Al/Zn, Al/Mg и др., а также, например, в алюминиевой, цинковой оболочках с керамическим порошковым наполнителем или с металлическими наполнителями. ►
Вздный HWPTJHH- Лкрилодын ДО!»
чгсаиицини эпоксидная НИИ Паотер**!- Г-о jotï [минский
WÇTMU четкий
Усреднено па трём площадкам испытаний] Устойчивость к обрйшаанию рмавчнны 1Ч1ИШН 1Лто1пнчнан
Диаграмма 2. Результаты воздействия атмосферы за 4 года
Оборудование изготавливается как для стационарных, так и для полевых (трассовых) условий. Производительность установок по нанесению покрытий составляет 10-50м2/час и более, по отдельным заказам, при толщине покрытия 250мкм. Установки имеют компьютерное обеспечение с обратной связью для поддержания технологических режимов и параметров в процессе нанесения покрытий, обеспечивая высокое качество покрытий.
Применяемые в настоящее время протекторные покрытия по сравнению с покрытиями, которые использовались в прошлом столетии, имеют улучшенные физико-химические и механические показатели. Так, например, окисляе-мость материала покрытия снизилась с 30-60% до 2-5%, а пористость (проницаемость) с 10-20% до 0-2%. Снижение окисляемости материалов при нанесении привело к увеличению протекторных свойств покрытий, что позволило отказаться от средств, применяемых при электрохимической защите изделий, уменьшение пористости привело к 3-5 кратному увеличению химической устойчивости покрытий, водородный показатель рН теперь находится в пределах 3-12.
Обобщая накопленный опыт, можно уверенно прогнозировать высокую надежность и долговечность современных протекторных металлических покрытий, отказаться от пропитки, а использовать декоративные краски только для придания изделиям опреде-
например, для морских нефтяных платформ, трубопроводов, резервуаров, цистерн и др. для предотвращения биологического обрастания и абразивного износа, например, корпусов судов.
Анализируя состояние противокоррозионной защиты трубопроводов, резервуаров и стальных конструкций, используемых при строительстве и эксплуатации объектов различного назначения, можно утверждать, что металлические протекторные покрытия, полученные газотермическим напылением, выдержали испытания временем и незаслуженно забыты в нашей стране и СНГ
Какие же основные причины сложившегося положения в России и странах СНГ?
1. Отсутствие в учебных институтах, университетах, научно-исследовательских институтах, центрах, научно-производственных организациях направлений по исследованию, разработке и созданию новых изоляционных металлических протекторных материалов и оборудования для термического нанесения.
2. Отсутствие в России технической информации по применению протекторных металлических покрытий привело к потере практического интереса производственных организаций, занимающихся добычей, транспортировкой и хранением нефти, газа и производства тепловой энергии, воды и пара.
3. ОАО «МЕТХИМТЭКС» совместно с зарубежными компаниями и фирмами предлагает свои услуги:
передаче технологий для производственного внедрения;
поставке изоляционных и абразивных материалов, термического оборудования для нанесения в стационарных и полевых(трас-совых) условиях на различные стальные конструкции, трубы и изделия; нормативно-техническую документацию (технологические регламенты работ и технические условия на изолированную продукцию). ■
Д.М. БУЛАТОВ, ген. директор ОАО «Метхимтэкс» (Москва) С.Б. ПЕТРОВ д.т.н. Институт газа НАН Украины
СИРОТИНСКИИ Александр Александрович,
зам. ген. директора по науке ОАО «Метхимтэкс», вице-президент Академии эмалирования России, академик РФ и Украины, лауреат гос. премии СМ СССР, заслуженный изобретатель РФ, заслуженный работник Минтопэнерго России, научный руководитель работ и автор прогрессивных технологий по изоляции трубной продукции с использованием неорганических покрытий
СИРОТИНСКИИ
Александр
Александрович.
ленного цветного колера и гладкости, • по проектированию;
