Метод прогнозирования срока службы полимерных покрытий нефтегазопроводов при катодной поляризации Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ

в.н. протасов, А.в. Макаренко, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина

метод прогнозирования срока службы полимерных покрытий нефтегазопроводов при катодной поляризации

В настоящее время основным способом защиты нефтегазопроводов от коррозии является нанесение полимерных и лакокрасочных покрытий в сочетании с катодной защитой.

В действующей отечественной и зарубежной нормативно-технической документации, определяющей требуемое качество полимерных покрытий труб, (ГОСТ Р 51164-98, DIN 30670, DIN 30671, NFA 49710), приведен следующий метод контроля сопротивления полимерного покрытия отслаиванию от металла при катодной поляризации. В полимерном покрытии, нанесенном на поверхность стальной пластины, высверливается отверстие определенного диаметра до оголения защищаемого металла. Затем на поверхность покрытия в зоне отверстия устанавливают электролитическую ячейку с герметизацией стыка, после чего заливают в нее 3 % раствор NaCL и погружают в электролит анодный электрод. Анодный электрод соединяют с положительным полюсом источника постоянного тока, а стальную пластину, на которую нанесено покрытие, с отрицательным полюсом. Образец с покрытием выдерживают при заданной величине напряжения в течение определенного времени, а затем механически удаляют покрытие со стальной пластины в зоне дефекта, определяют площадь или радиус отслаивания покрытия от металла вокруг дефекта. По величине этой площади или радиуса судят о сопротивлении полимерного покрытия отслаиванию при катодной поляризации.

Этот метод имеет следующие недостатки:

• он позволяет провести лишь сравнительную оценку стойкости различных полимерных покрытий отслаиванию при катодной поляризации;

• получаемые результаты не всегда достаточно точны из-за большой погрешности, допускаемой при определении площади или радиуса отслаивания;

• невозможно оценить срок службы полимерного покрытия по критерию время до отслаивания при катодной поляризации.

Для устранения этих недостатков разработан следующий метод. Из физической химии известно, что скорость протекания различных физических и химических процессов в твердых телах, в том числе скорость отслаивания полимерного покрытия от металла, описывается уравнением Аррениуса: и = и0 . ехр(-иДТ), (1) где и — энергия активации процесса отслаивания покрытия от металла; R — универсальная газовая постоянная, Дж/моль К;

Т — абсолютная температура, К; и0 — константа скорости процесса. Отслаивание покрытия от металла при катодной поляризации происходит вследствие статической усталости, обусловленной комплексным воздей-

ствием водной среды, повышенной температуры, собственных термовла-гоусадочных напряжений и напряжений, создаваемых водородом на границе металл-полимерное покрытие. Величина, обратная скорости процесса отслаивания, характеризует время до отслаивания покрытия от металла т V = То . ехр(иДТ) = = т0 . ехр(акая . уДТ), с, (2) где тпрд — время до разрушения, т. е. срок службы;

т0 — период колебаний атомов в покрытии; т0 = 10-12 с; акая — предельно возможная прочность адгеззионной связи; у — структурно-чуствительный коэффициент, имеющий размерность объема. Из уравнения (2) находим норму на энергию активации процесса отслаивания покрытия от металла, при которой обеспечивается заданный срок службы покрытия т

ин > Дж/моль (3)

Покрытие обладает необходимым сопротивлением отслаиванию при катодной поляризации при следующем условии

ифак > ин

Оценка фактической энергии активации ифак процесса отслаивания выбранного полимерного покрытия от металла при катодной поляризации производит-

56 \\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

\\ № 6 \\ июнь \ 2006

RESICOAT

МИРОВОЙ ЛИДЕР В ПРОИЗВОДСТВЕ ПОРОШКОВЫХ ПОКРЫТИЙ

Функциональные порошковые покрытия для трубопроводов

к Однослойные наплавляемые эпоксидные покрытия (НЭП)

к. Двухслойные НЭП

к. НЭП-грунтовки для трехслойных систем РЕ или РР

к Решения для снижения стоимости покрытия трубопроводов

к. Покрытия для трубопроводов, эксплуатирующихся в условиях высоких температур

к Покрытия для морских трубопроводов

к. Отвечают соответствующим техническим условиям

с х

akzo nobel

Akzo Nobel Powder Coatings GmbH Markwiesenstrasse 50,72770 Reutlingen Germany

Tel.:+49 (0)7121 519191 Fax:+49 (0)7121 519199 www.resicoat.com,info@resicoat.com

Предприятие ЗАО «ТЕРМА»

является производителем термоусаживающихся материалов «ТЕРМА» для антикоррозионной защиты тепло-, водо-, газо-, нефтепроводов с 1997 г.

Основными областями применения нашей продукции являются:

Изоляция стальной трубы, не имеющей базовой заводской изоляции, методом спиральной намотки в заводских либо трассовых условиях. Нанесение защитной обертки на трубы, покрытые битумным слоем. Изоляция стальной трубы методом спиральной намотки при проведении переизоляционных работ в трассовых условиях. Изоляция сварных стыков труб диаметром до 1420 мм с заводским полиэтиленовым покрытием и покрытием на основе термоусаживающихся лент с возможностью получения двух- и трехслойной изоляции.

Ремонт мест повреждения заводского полиэтиленового покрытия или покрытия на основе термоусаживающихся лент путем заполнения места повреждения полимерным заполнителем с последующей установкой армированной заплатки для увеличения прочностных свойств покрытия. Гидроизоляция теплопроводов различного назначения с температурой носителя до 150°С.

Изоляция тройников, отводов и фасонных изделий в базовых и трассовых условиях.

ТЕрМП

ртиррм --¿>--

АНТИКОРРОЗИЙНЫХ

ТЕ Г МИ

-г--

ЕрМП

Россия, 192029, г. Санкт-Петербург, ул. Дудко, 3 Тел. 8(812) 740-37-39, 335-57-50, 335-57-52 Факс 8(812)740-37-38

Е-таП: terma01@yandex.ru

info@terma-spb.ru

Сайт: www.terma-spb.ru

\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

№ 6 \\ июнь \ 2006

ся в следующей последовательности. В качестве образцов для проведения испытаний используются стальные пластины с нанесенным на их поверхность полимерным покрытием, на поверхности которого прорезается до металла лезвийным инструментом канавка шириной 1-2 мм вокруг выделенного участка покрытия в форме круга R » 10 мм с (рис.1).

- 1

Рис. 1. Образец для испытания на катодное отслаивание. 1 — металлическая пластина, 2 — покрытие

Проведение испытаний осуществляют в следующей последовательности: • изготавливают два опытных образца, затем на выделенные в виде круга участки покрытия устанавливают электролитические ячейки с герметизацией стыка (рис. 2), так, чтобы обеспечивалось условие перекрытия анодным электродом, входящим в состав ячейки, канавки по всей ее ширине вокруг выделенного участка покрытия. Образец 1 подключают к отрицательному полюсу источника постоянного тока. Анодный электрод 4 соединяют последовательно с эталонным сопротивлением 6, реостатом 7 и положительным полюсом источника постоянного тока. Вольтметр 5 подключают параллельно эталонному сопротивлению б. Управляя реостатом 7,устанавливают по показателям вольтметра 8 потенциал на образце минус 1,5 В. Далее воль-

Рис. 3. Клеевое соединение грибка с покрытием. 1 — грибок,

2 — клеевой слой, 3 — покрытие, 4 — пластина стальная тметр 8 отключают и фиксируют время начала испытаний при заданной температуре. Заданная температура обеспечивается установкой образца с рабочей камерой на нагревательную электроплиту 11, обеспечивающую с помощью контактного термометра стабильное поддержание требуемой температуры; • осуществляют катодную поляризацию образцов в течение заданного времени соответственно, одного об-

Компании *ПЛ тFгг.

НОШ

г". -■.

к гч н

ЕЕ'а

Ь+к-.'-г +*1 :-:-л-иу -ььпчччп чГЛ-ГГ.И ■ »1Г1-л ь 11г1г гс;-,

Л |ПЛ.Л Г/ Г П. ВЬЬ 1-1 1 1111 1Г I -1.1

шьи 4 г ьЬ 1. :шх:шшМ __ ы-г

и И-ЕВДЛЛАН ТИ/И- ЩЛЫАЛЫЧгТУ I.Т.Ч.1.

ЛИЬ 4КМЧ.1ЧЧ1 ■■ ШЛЛ\ Г-. а.

ОГИГП ".ин - 1Г-АЧ.-Н- -III Ог .-И ■"-■.-!. ■■".Г.ТН Р-" и -р -А ■ Р "ПИ Л--Ь

■ Ои-14ь н":.-- -н ■: VI ■-:-=: -ь ■ ■■ "-г"!

.\TTj--Vf Г«-1ЛУ ■■4Jh-iV.-A-.-l-£г Ъ'ГШ*. 11 «.'мр-. ■{"■-н-ч-.-н" \\шеI [-<:нги.1-м1:-:

■11 ■ 11 |Ч| ■ ■ || ГГЬ-и ■ ■ 1 ■■1 1 I.- чЧ ■ 11 - -■

"■ ".и II." - к' 1 | ■■ I 1Л, I '■■ 1 Г 1.1

МЫ .-1-й ■ ий-Н!: г ■."■■:+

1 _

ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ

разца — т1 и второго — т2, после чего определяют удельное усилие отрыва покрытия на выделенном участке от подложки, соответственно аая(т1) и аая(т2); причем величины т1 и т2 задают только при установившемся адгезионном характере разрушения покрытия при отрыве (отслаивание от металла). Для определения удельного усилия отрыва покрытия от металла и характера разрушения покрытия к поверхности выделенного участка полимерного покрытия приклеивают грибок с образованием клеевого соединения (рис. 3), затем с помощью адгезиометра определяют усилие нормального отрыва покрытия от металла Q. Рассчитывают адгезионную прочность покрытия после катодной поляризации на заданной базе времени по формуле а(т1) = 0^ МПа, (4) где 0 — усилие нормального отрыва, Н; S — площадь отслаиваемого покрытия, м2. Кинетика изменения адгезионной прочности покрытия при нормальном отрыве методом «грибка» описывается уравнением

ОПт) = ОЛ1-(-^Г83], (5)

На основании полученных экспериментальных данных а(т1), а(т2) составляется система уравнений

оад(Т!) = акад оад(т2) = акад

1 -

1 -

0,083

т ад пр

-гад

пр

(б)

Рис. 2. Установка для определения сопротивления полимерного покрытия катодной поляризации

Решая совместно систему уравнений (6), находят акад — предельную адгезионную прочность исследуемого покрытия при установившемся характере адгезионного или смешанного с преобладанием адгезионного разрушения.

(X \ 0,083

^г) ], МПа (7)

Значение структурно-чувствительного коэффициента у может быть найдено из уравнения (2) при известных значениях тпард и акад

Краски ЙОТУН- непревзойденная защита от коррозии !

Продажа краски со склада в Санкт-Петербурге.

Приглашаем к сотрудничеси ву ры иоиЗльныч (и.черш □снеяпъ Имеется м\льтиколорита м:шиша.

а _ |____1

1980% С-Петербург пр. £тачек д.57 офЛй гел. {812) 332 80 факс (В 12) 783 05 25 пте-^ш^.. Е-таН: ги5ш.геГср{юп^о1шшт

wwwjotno.ru

Самые передовые системы Щрритор]

РЕЗЕРВУАРОВ И МЕ

от26 ру6/м2

Продукция на складе в г. Москве

¿1 ВОЗМОЖНОСТЬ КРАСИТЬ

ПРИ МИНУСОВОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ

( ПКМ для окраски резервуаров, мостов и эстакад, причалов, оффшорных конструкций оборудования грунт эмали, покрытия за один слой холодное цинкование ПКМ по оцинковке и алюминию . термостойкие эмали , огнезащитные краски

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ПО ВСЕЙ РОССИИ ВСЕ ОТРАСЛЕВЫЕ ЗАКЛЮЧЕНИЯ КОНСУЛЬТАЦИИ И ТЕХНИЧЕСКИЙ НАДЗОР СРОК СЛУЖБЫ НЕ МЕНЕЕ 1 5 ЛЕТ

ГРУППА КОМПАНИЙ

(095) 241-4307,241-2264,241-7106,241-7022,241-2302,241-3548 www.krascom.ru

рас ом

у = [ИТ Н—)]/0™, Дж/МПа-моль (8) %>

При известных численных значениях параметров акад и у определяем энергию активации процесса адгезионного разрушения покрытия в конкретных

условиях эксплуатации ифак = акад. у Дж/моль. (9) Покрытие считается соответствующим техническим требованиям, если у всех испытанных образцов энергия активации процесса адгезионного разруше-

6,15 6,2 6>2Ь 6,3 6,35

Рис. 4. Экспериментальные данные

6А М5

ния при катодной поляризации в эксплуатационной среде соответствует норме, определяемой выражением (3). На рис. 4 приведены экспериментальные данные кинетики изменения адгезионной прочности эпоксидного покрытия при катодной поляризации в 3% растворе ЫаС1 при потенциале на образце 1,5В.

В логарифмических координатах 1да-1дт график представляет собой прямую, что соответствует кинетике изменения адгезионной прочности, описываемой уравнением 5, и подтверждает адекватность этого уравнения экспериментальными данными.

Литература

1. Протасов В.Н. Предлагаемые методы и технические средства контроля показателей качества полимерного покрытия наружной и внутренней поверхности нефтегазопроводов. Коррозия Территории НЕФТЕГАЗ. — 2005. — № 1. с. 16-19.

WWW.NEFTEGAS.INFO

\\ ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ \\ 61