CC BY
44ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ
в.н. протасов, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина
метод прогнозирования срока службы полимерных покрытий оборудования и сооружений нефтегазовой отрасли
Одним из основных требований, предъявляемых к полимерным покрытиям различных видов оборудования и сооружений нефтегазовой отрасли, и в частности к покрытиям нефтегазопроводов и нефтяных резервуаров, является защита металла от коррозии в течение заданного срока службы. В отечественной нормативно-техническсй документации, определяющей качество полимерных покрытий нефтегазопроводов и резервуаров для хранения нефти, указывается, что срок службы внутреннего покрытия должен быть не менее 15 лет, а наружного — 20-30 лет. Однако метод контроля фактического срока службы применяемых или рекомендуемых покрытий в данной нормативно-технической документации отсутствует, что делает вышеуказанные нормы на срок службы покрытия бессмысленными.
Материалы, используемые для полимерных покрытий нефтегазопроводов и нефтяных резервуаров, являются в большинстве случаев химически стойкими по отношению к эксплуатационной среде. Основной причиной нарушения противокоррозионного действия покрытия во времени является растрескивание (когезионное разрушение) или отслаивание от металла (адгезионное разрушение), вследствие статической усталости соответственно материала полимерного слоя и его адгезионных связей с металлом при комплексном воздействии на покрытие эксплуатационной среды, температуры, собственных термовлагоуса-дочных напряжений или напряжений от внешней нагрузки. В соответствии с работой [1] для определения времени до растрескивания покрытия тс"ог (когезионное разрушение) или его отслаивания от металла тад (адгезионное разрушение) в эксплуатационной среде при различных температурах используются следующие уравнения:
Т7 = т0е(иког - 0 • Гг)/кт = = т0е[(°кког - °р) Г№, (1) тсад = т0е(и"д - 0 • Г)/кт = = т е[(°к1П - °р) Г^т, (2) где т0 — период колебаний атомов, для полимеров и покрытий на их основе т0 = 10-12с, иког и иад — энергия активации процесса разрушения соответственно когезионных и адгезионных связей в рассматриваемых условиях;
уког = 0 ког • уког; уад = о ад • уаЯ; о ког и
окад — предельно возможная соответственно когезионная и адгезионная прочность покрытия в эксплуатационной среде, достигаемая при высокой скорости или низкой температуре отрыва покрытия от металла или рассчитываемая по методике, рассмотренной ниже;
ор — напряжение растяжения в покрытии от действия внешней нагрузки; уког и уад — структурно-чувствительный коэффициент, характеризующий перенапряжение соответственно на когезионных и адгезионных связях и имеющий размерность объема.
При ор = 0 уравнения ( 1 ) и ( 2 ) примут вид:
• при когезионном разрушении т- = т0е°"ог Гг/кт, (3)
• при адгезионном разрушении т?» = Т0еоад Г/кт (4)
Выбираемое покрытие обладает требуемым сроком службы тр в конкретной эксплуатационной среде при заданной температуре при следующих условиях:
р ^ ист
Тр « тад
Для нахождения фактических значений окког, окад, уког, уая конкретного покрытия металла, определяющих искомые значения тсктог и тсат", используется следующая методика. Покрытие металла выдерживается в эксплуатационной или модельной среде при выбранной температуре испытаний Тисп на двух базах времени т1 и т2, после чего определяются известными методами при той же температуре Тисп значения удельного усилия отрыва покрытия о(т1) и о(т2) и соответст-
Лидер в производстве и поставке битумно-полимерных материалов для изоляции магистральных нефтегазопроводов в трассовых условиях
143900, Московская обл., г. Балашиха, шоссе Энтузиастов, 30 т/ф.: (495)521.80.23 521.80.29 521.21.13 521.69.74
WWW.DELAN.SU
ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ
вующии характер его разрушения. С увеличением времени испытаний х1 и х2 достоверность полученных экспериментальных данных о влиянии эксплуатационной среды на удельное усилие отрыва и характер разрушения покрытия возрастает. Особенно важна продолжительность первого этапа испытаний т1, так как за это время должна установиться равновесная сорбция среды испытываемым покрытием, определяющая стабильность механизма его разрушения при длительной эксплуатации в конкретной среде. Если характер разрушения покрытия при отрыве после испытаний в конкретной среде на базах времени х1 и х2 изменяется, переходя от когезионного к смешанному или к адгезионному, то база времени первого этапа испытаний х1 была недостаточной для оценки энергии активации процесса разрушения покрытия на длительной базе времени в рассматриваемых условиях. В этом случае базу времени х2 следует принять за т1, а продолжительность второго этапа испытаний соответственно увеличить. В соответствии с работой [2] изменение когезионной аоксотг(х) и адгезионной аоаят(х) прочности покрытия во времени х в эксплуатационной среде описывается соответствующими уравнениями:
о-(х) = ог - (ог - а„)[ г, (5)
тст
О0а»(т) = акая - (а™ - (б)
сг
где а = (1/1д х0) = 0,083.
При ар = 0 уравнения (5) и (6) примут вид:
ог(х) = ог[1 - (¿Г83]; (7) еда = аиад[1 - ¿Г83] (8)
хет
На основании полученных экспериментальных данных составляется система уравнений, приведенная ниже, для случая, когда на обеих базах времени испытаний х1 и х2 покрытия в среде наблюдался при при последующем отрыве адгезионный характер разрушения или смешан-
(9)
[ода =Окад 1- Xj 10,083 T¡?l '
[ода = ака» 1- X2 \ 0,083 TPl '
Разделив первое уравнение на второе и обозначив через «к» отношение аоасят(х1)/ аоасят(х2), получим выражение для нахождения времени до отслаивания покрытия в модельной среде хсатя при заданной температуре испытаний Тисп.
Т ™ = 0,083|
kx^-Ti
к -1
,с (10)
Подставив найденное значение хсатя в одно из уравнений (9), получим выражение для нахождения акая — предельно возможной прочности исследуемого покрытия при установившемся адгезионном характере его разрушения в эксплуатационной среде или при смешанном характере разрушения с преобладанием доли адгезионного:
= o^xMl - ¿Г3], МПа (И)
Значение уая может быть найдено из выражения (4) при известных значениях хсатд, акая и Тисп.
хая
Г = [RT„cn ln(-^)]/aa», Дж/МПа*моль (12)
чо
При известных численных значениях параметров акая и уая определяется в соответствии с выражением (4) время до отслаивания покрытия хсатд при любой заданной температуре Т, определяющее срок его службы при адгезионном характере разрушения покрытия в эксплуатационной среде при соответствующей температуре Т. Если при достаточно длительных базах времени испытаний х и х2 в эксплуатационной среде при температуре Тисп разрушение покрытия сохраняет при последующем отрыве при той же температуре когезионный характер или смешанный с преобладанием когези-онного, то аналогично по вышерассмот-ренной методике определяют численные значения акког и уког, а затем вычисляют с помощью выражения (3) время до растрескивания покрытия хсктогпри любой заданной температуре Т, определяющее срок его службы при когези-онном характере разрушения покрытия в эксплуатационной среде при соответствующей температуре Т. Сам факт растрескивания или отслаивания покрытия от металла свидетельствует о нарушении его работоспособности, т. е. об отказе. Подобные отка-
зы не следует допускать, так как это может вызвать интенсивное коррозионное разрушение защищаемого металла. Поэтому на практике целесообразно эксплуатировать покрытие до так называемого предотказового состояния, т. е. когда когезионная или адгезионная прочность покрытия достигает своего предельно допустимого минимального значения, соответственно S^n и оадяоп, выход за которое означает высокую вероятность потери покрытием диэлектрической сплошности или полного разрушения адгезионных связей с металлом. Например, фирма «Sumitomo Metal Ind.» (Япония) рекомендует оаяог1 = 1,0 МПа. Для расчета срока службы покрытия Хр определяемого временем достижения его предотказового состояния, следует использовать уравнения (7) и (8). Приняв в этих уравнениях оокотг = о^, ооаят = оад,оп, Х = Хр и решив уравнения (7) и (8) относительно Хр, получим • при когезионном характере разрушения покрытия
X < Xког 0,083
■ О"01
пг
1, (13)
дког
I WK
при адгезионном характере разрушения покрытия
X < Xад 0,083
0 ад _ дад
к , (14)
О«
Рассмотренный метод целесообразно использовать для прогнозирования остаточного срока службы покрытия в процессе эксплуатации. Прогноз осуществляется на основании данных периодической диагностики удельного усилия отрыва покрытия известными методами и характера разрушения при отрыве с последующим расчетом соответственно хсктогили хсатд по вышерас-смотренной методике, а затем определением остаточного ресурса с помощью уравнений (13) и (14).
Литература
1. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашев-ский Э.У. Кинетическая теория прочности твердых тел. М.: Недра. 1974.
2. Протасов В.Н. Полимерные покрытия нефтепромыслового оборудования. Справочное пособие. М.: Недра. 1994.
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
Размеры труб 57-1720 мм
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-таН: [email protected]
Сайт: www.terma-spb.ru
