CC BY
22ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ
в.н. владимирский, В^. кузнецова, в.и. махрин.
высокоэффективное топливо и хим. стойкие покрытия для защиты трубопроводов, резервуаров и другого оборудования нефтяной и газовой промышленности
Одной из важнейших проблем в области эксплуатации трубопроводов, резервуаров, запорной арматуры и других конструкций нефтяной и газовой промышленности, эксплуатирующихся в районах Сибири, Дальнего Востока, Европейской части России, а также в морских и тропических условиях, является обеспечение надежной антикоррозийной защиты конструкций из углеродистой стали.
Так, например, анализ условий и практического опыта данных объектов эксплуатации в тропических условиях, проведенный совместно с Вьетнамской стороной позволил установить высокую эффективность протекания коррозийных процессов данных конструкций в условиях влажного морского тропического климата Вьетнама. В ходе маркетингового исследования были выявлены фирмы, предлагающие лакокрасочные материалы во Вьетнаме. К ним относятся: голландская фирма «AKZO NOBEL», американская «COURTAIN LTD», английская «INTERNATIONAL PAINT», французская «HELJE» и японская «KONSJIE». Вышеуказанные фирмы предлагают лакокрасочные материалы для защиты стальных конструкций нефтяных и газовых резервуаров и морских сооружений по цене не ниже 15 дол./кг. Стоимость некоторых ЛКМ достигает 28 дол./кг. Основными требованиями, которым должны удовлетворять указанные покрытия являются:
1. высокие противокоррозийные свойства при защите углеродистых и др. низколегированных сталей, эксплуатирующихся в общеклиматических и тропических условиях, а также устойчивостью к воздействию агрессивных сред сернистых и кислых продуктов;
2. адгезия к защищаемой поверхности при длительном воздействии нефтепродуктов, микроорганизмов и воды (конденсат) и морской воды;
3. высокая устойчивость к воздействию топлив и нефтепродуктов (набу-хаемость не более 1,5-2 %) при длительной эксплуатации.
4. высокая устойчивость к отслаиванию покрытия при катодной поляризации;
5. высокие значения переходных сопротивлений в растворе NaCL (108 ом.м2 исх. и 107 ом.м2 100 суток выдержки);
6. отвержение в естественных условиях (при температуре 15-35 градусов);
7. отсутствие влияния на свойства топлив и нефтепродуктов;
8. простота осуществления технологии нанесения с применением традицион-
ных методов нанесения ЛКМ. Одним из наиболее важных требований к покрытиям, работающим при контакте с агрессивными жидкостями на основе нефтепродуктов является водостойкость и топливостойкость. Под водостойкостью и топливостой-костью принято понимать способность полимерных материалов (или лакокрасочных покрытий) противостоять и сохранять свои свойства при длительном воздействии соответственно воды или топлива. При взаимодействии полимерного покрытия с агрессивными средами может протекать ряд физических и химических процессов, из которых наиболее важными являются:
• адсорбция компонентов агрессивной среды на поверхности полимерного покрытия;
• диффузия агрессивной среды в объеме полимера;
• химическая реакция агрессивной среды с химически нестойкими связями полимера;
\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\
№ 2 \\ февраль \ 200В
• диффузия продуктов деструкции с поверхностью полимерного покрытия;
• десорбция продуктов деструкции с поверхности полимерного покрытия. Результатом протекания указанных процессов является набухание покрытия, снижение адгезионных и физико-механических свойств, разрушения покрытия и снижение защитных функций лакокрасочного покрытия. Анализ литературных данных показывает, что для защиты от воздействия агрессивных жидкостей внутренних поверхностей топливных баков, как в нашей стране, так и за рубежом наибольшее применение находят лакокрасочные покрытия на основе термореактивных пленкообразующих, которые при отверждении могут создавать сетчатые структуры, устойчивые к агрессивным средам. Это полиуретано-вые, эпоксидные и модифицированные фенольные покрытия. Однако, применения каучуковых и модифицированных фенольных покрытий требует горячей сушки при высоких температурах до 120-150 0С, что совершенно невозможно при изготовлении крупногабаритных изделий. Большие трудности связаны с применением полиуре-тановых покрытий, основными из которых являются их высокая токсичность, а также большая дефицитность сырья для изготовления таких покрытий. Учитывая вышеизложенное, в качестве полимерной матрицы топливо-химстой-кого покрытия была выбрана композиция на основе эпоксидной смолы Э-41, отвердителем АСОТ-2, представляющим собой продукт гидролиза и последующей конденсации гамма-амино-пропилтриэтоксисилана. Известно, что для обеспечения необходимых защитных свойств в грунтовочные покрытия в качестве ингибиторов коррозии вводят хроматы. Так, например, хорошо зарекомендовавшая себя в авиационной промышленности водо-топливостойкая грунтовка ЭП-0215 содержит в качестве ингиби-
тора коррозии хромат стронция. Использование указанного ингибитора вполне оправдано с точки зрения обеспечения высокого уровня антикоррозийных характеристик (особенно при защите конструкций и легких сплавов), однако, его широкое применение затрудняется следующими обстоятельствами:
1. дефицитность, высокая стоимость и перебои поставки хромата стронция, выпускаемого в республике Таджикистан;
2. экологические проблемы применения хромата стронция, в частности попадание соединений хрома в сточные воды и сложность очистки сточных вод. Учитывая вышеизложенное АОЗТ «Новые Технологии» перед разработчиками была поставлена задача разработки и исследования новой водо- и химстойкой грунтовки, содержащей в качестве ингибитора коррозии природный желе-зоокисный неорганический пигмент «Спекулярит», представляющий собой железную слюду (альфа-оксид Fe2Oз). Вышеизложенные предпосылки легли в
основу разработки топливо-химстойкой грунтовки, получившей марку «Грунтовка ВГ-33» (ТУ 2312-004-23727639-97). В таблице 1 приведены данные, характеризующие основные свойства покрытия на основе грунтовки ВГ-33 на подложке из углеродной стали СТ-3. На графиках 1, 2 приведены данные, характеризующие кинетику набухания покрытия на основе грунтовки ВГ-33 в сравнении с покрытием на основе грунтовки ФЛ-03 в топливе и воде. Из представленных данных видно, что покрытие на основе грунтовки ВГ-33 обладает исключительно высокими водо и топливостойкостью, что особен-
5
2 4 6 8 10 12 14 16
Продолжительность выдержки в топливе, сутки (температура 20 °С)
покрытие ВГ-33 ■ покрытие ФЛ-ОЗК
Рис. 1. Набухаемость покрытий в топливе
Таблица 1. Физико-механические, адгезионные и защитные свойства покрытий на основе грунтовки ВГ-33
Система Физико-механические Адгезия Балл
покрытия свойства покрытий ГОСГ15140
Эластичность и -а ппмплпа Прочность пленки при ударе ГОСТ Ппгпд С 1ТП 1 /
на приборе «Эриксен» ГОСТ Исходная После 5 суток в дист. воде
3 слоя грунтовки ВГ-33, толщина покрытия 90-100 мкм 6-10-411-77, мм 4765, дж
6,0 5 1 1
Защитные свойства Испытание в камере солевого тумана* в течении 12 месяцев Испытания По циклу ЛИ-14** 20 циклов
Без изменения Эластичность, мм Удар, дж
5,5 5
* Режим работы камеры солевого тумана, распыление 5 % раствора через равные интервалы времени 3 раза по 3,5 минуты в течение часа, 10 часов в сутки, влажность 98100 %, температура (35±5)0С.
** Искусственное старение покрытий проводили по циклу ЛИ-14 при перепаде температуры: 1 цикл — это термостарение при 30 0С в течение 3 ч, затем охлаждение при -60 0С - 1 ч, камера влажности 98 % — 16ч.
WWW.NEFTEGAS.INFO
\\ ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ V 47
ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ
45
40
as 35
J 30
g 2Ь
S 20 со
S. 15 ю /
5 10 /
5
0 ^ 1 5 10 15 20 Продолжительность выдержки в воде, сутки (температура 50 °С)
— покрытие ВГ-33 ■ покрытие ФЛ-ОЗК
Рис. 2. Набухаемость покрытий
в воде
но заметно при сравнении с аналогичными параметрами серийной грунтовки ФЛ-03К.
Для экспресс оценки коррозионно-за-щитных свойств грунтовки ВГ-33 были проведены тестирования электродного потенциала стальных окрашенных образцов в растворе хлористого натрия. Измерения электродного потенциала окрашенного образца проводит в растворах хлористого натрия концентраций 0,1 %; 1 %; 5 % последовательно по 7 суток в каждом растворе, по отношению к стандартному каломенвому электроду, имеющий электродный потенциал в насыщенном растворе KCl, равный +0,241 вольта. На рис. 3 представлены данные, характеризующие значение электродных потенциалов, окрашенных грунтовками ВГ-33 и ФЛ-03К после 7 суток испытаний. Из представленных данных следует, что электродный потенциал образцов,
окрашенных грунтовкой ВГ-33, находится в положительной области значений, тогда как у образцов с грунтовкой ФЛ-03К при концентрациях NaCL от 1 % потенциал смещается в область отри-
цательных значений, что свидетельствует о высоких коррозийных защитных свойствах покрытия ВГ-33. Для окончательного заключения о возможности использования покрытия на основе грунтовки ВГ-33 А.О. ВНИИСТ были проведены комплексные исследования данного покрытия. В том числе были исследованы адгезионные характеристики, а также переходные электросоприкосновения и площадь катодного отслаивания.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ВНИИСТ 1. Для антикоррозионной защиты наружных поверхностей резервуаров.
Покрытие, содержащее природный пигмент Спекулярит, обладает хорошими технологическими и защитными свойствами, стойкостью к нефтепродуктам и отвечают техническим требованиям по всем основным показателям эксплуатационных и защитных свойств и может быть рекомендовано для антикоррозионной защиты поверхности резервуаров, предназначенных для хранения нефти и нефтепродуктов. Защитным покрытиям внутренней и наружных поверхностей подземных и подводных газо-нефтепрово-дов, дюкеров.
Представленные образцы эпоксидно-кремнийорганического покрытия, содержащего природный пигмент Спекулярит, отвечают техническим требованиям по всем основным показателям эксплуатационных и защитных свойств и могут быть рекомендованы для практического применения при защите от коррозии всех типов трубопроводов диаметром до 820 мм включительно. 3. Определение возможности применения покрытия ВГ-33 для внутренней антикоррозионной защиты резервуаров для хранения сырой нефти и нефтепродуктов. Испытания представленых образцов с эпоксидно-кремнийорганическим покрытием ВГ-33 фирмы ОАО «Алтай-химпром» показали, что покрытие
соответствует техническим требованиям и рекомендуется для антикоррозионной защиты внутренней поверхности нефтяных резервуаров.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ВНИИГАЗ
По результатам испытаний полимерных покрытий марок ВГ-33; ВГ-28; Э11-0215; ЭП без модификатора; ЭП с модификатором в коррозионно-агрессивной сероводородсодержащей среде Параметры автоклавных испытаний: Среда 5 % водный раствор NaCL + 0,5 % раствор СН3С00Н, насыщенный газами: Н^ до концентрации 6 % и углекислым газом до концентрации - 4 %, что соответствует следующим парциальным давлениям: Н^ МПа, СО2 - 0,2 МПа при температуре испытания -60°С, общем давлении в автоклаве 5,0 МПа. Продолжительность испытания — 720 час.
Образцы испытывались на определение следующих характеристик в исходном состоянии и после экспонирования в коррозионной среде:
- внешнего вида;
- толщины;
- электрохимических свойств;
- адгезии по методу решетчатых надрезов и методу нормального отрыва;
- состояния металлической поверхности под покрытием.
ВЫВОДЫ
Покрытие ВГ-33 выдержало испытания, проведенные по отраслевой «Методике определения качества полимерных адгезионных внутренних покрытий после воздействия коррози-онно-агрессивных сред методом автоклавного испытания ВРД 39-1.10-0302001 и может быть рекомендовано в качестве антикоррозионного защитного внутреннего покрытия металлических поверхностей, эксплуатирующихся в коррозионно-агрессивной газовой среде с содержанием Н^ до 6 % и С02 до 4 % при температуре эксплуатации до 60°С.
0,3 Л_у-7]
,,25 -q v—p
■.-я 11 и fe
1,05 ^ L
-0,1 ^ ■ '-^
ВГ-33 ФЛ-ОЗК
□ 0,1 % NaCI □ 1 % NaCI □ 5 % NaCI
Рис. 3. Значение электродных потенциалов после 7 суток испытаний
\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\
№ 2 \\ февраль \ 200Б
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ВНИИСТ Определение соответствия покрытия «Грунтовка ВГ-33» ТУ 2312-00429727639-97 требованиям, предъявляемым к защитным покрытиям внутренней и наружных поверхностей подземных и подводных газонефтепроводов.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ: защита от коррозии нефтяных и газовых резервуаров, труб, технологического оборудования, мостовых сооружений и других металлических конструкций, изготовленных из углеродистых и низколегированных сталей, подвергающихся воздействию нефти, нефтепродуктов, подтоварных вод и абразивных материалов, сопровождающих транспорт нефти, газа и атмосферы.
ЗАО «Новые Технологии» Россия, 634029, г. Томск, ул. Советская, 45 Тел./факс: (3822) 53 2488, e-mail: mahrin@tomsk.ru www.nt.tomsk.ru
Наименование показателей Норма по ТТ Полученные результаты Метод испытаний
Толщина, мм не менее 0,35 0,17-0,31 Магнитный толщиномер
Адгезия к стали, балл, при 200 С не более 1 1 ГОСТ 15140
Адгезия к стали, балл, после выдержки в воде 1000 ч. при 200С 600С не более1 не более1 1 1 ГОСТ 15140 ГОСТ 15140
5. Площадь отслаивания при катодной поляризации, см2 200С 600С не более 5,0 не более 8,0 отсутствуют отсутствуют ASTM G-8 ASTM G-42
6. Переходное электросопротивление Ом.м2, 3 % в растворе NaCL при 200С исходное 100 суток выдержки не менее 108 не менее 107 6 х 1010 12 х 108 ГОСТ 51164
В РАМКАХ МЕЖДУНАРОДНОГО ХИМИЧЕСКОГО ФОРУМА
я
[ная специализированная выставка
ПАКОКРАСК
13-16
_ _ _ _ 9-я международная специализированная выставка
маРта ШИНЫ, РТИ И КАУЧУКИ
20||г> 7-я международная специализированная выставка
ИНДУСТРИЯ ПЛАСТМАСС
Выставочный комплекс «Экспоцентр» на Красной Пресне, Москва
10-я международная специализированная выставка
^ингерлакокраска
Международная
научно-практическая конференция:
«Тенденции и перспективы развития лакокрасочной промышленности: производство и актуальный товарный ассортимент»
vwwv.maxima-expo.ru
117036, Россия, Москва Профсоюзная ул., 3, оф. 219 Тел.: (095) 124 7760,718 0014 факс: (095)124 7060 E-mail: skuratova@maxima-expo.ru www.maxima-expo.ru
MAXIMA
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ВЫСТАВКИ
