Защитные и изоляционные покрытия
Защитные покрытия могут быть металлическими и неметаллическими. В качестве металлических покрытий используют цинковые, алюминиевые, хромовые, никелевые и др. В качестве неметаллических покрытий используются органические (битумные, полимерные и др.) и неорганические (стеклоэмали, цементы и др.).
Металлические покрытия на металл наносят различными способами: физическими, электрохимическими и химическими. К физическим способам относятся конденсация, плакирование, диффузионное насыщение, металлизация; к электрохимическим – цинкование, кадмирование, хромирование, никелирование и др.; к металлическим – фосфатирование, оксидирование и др.
Металлические покрытия по механизму защитного действия по отношению к основному металлу разделяют на анодные и катодные. Анодные покрытия защищают изделие электрохимически. При наличии пор или оголенных участков между покрытием и основным металлом в присутствии электролита образуется гальваническая пара, в которой металл покрытия, обладая более электроотрицательным потенциалом, становится анодом и растворяется, защищая основной металл от коррозии. Катодные покрытия изолируют металл от воздействия коррозионной среды механически. При наличии пористости и несплошности растворяется основной металл, разрушение которого происходит локализовано, на дне поры или несплошности покрытия. Продукты коррозии основного металла и изменение сопротивления электролита снижают скорость коррозии.
Битумные покрытия применяют для изоляции труб диаметром до 820 мм при температуре продукта не более 40 °С. Битумно-резиновые мастики готовят в заводских условиях или передвижных котлах на установках в условиях изоляционных баз. В заводских условиях мастики получают из обезвоженного битума и просушенной резиновой крошки. При температуре 200-240 °С в механических смесителях продувают перегретый пар в течение 1…1,5 ч. При изготовлении битумно-резиновой мастики на месте производства работ 75 % объема котла заполняют битумом и доводят его до расплавления. Для предотвращения вспенивания добавляют низкомолекулярный силоксановый каучук СКТН-1 в количестве 2 % от массы битума. После полного обезвоживания в битум при температуре 170-180 °С добавляют наполнитель для придания битумным мастикам структурной и механической прочности. В качестве минеральных наполнителей используют доломит, доломитизированный известняк, асфальтовый известняк.
Для получения битумно-полимерных мастик используют резиновую крошку, полидиен, атактический полипропилен и порошкообразный полиэтилен.
Для повышения пластичности покрытий на основе битума применяют пластификаторы, в качестве которых используют зеленое и соевое масло.
Для битумных мастик в качестве армирующих оберток используются стекловолокнистые материалы в виде холста марок ВВ-К и ВВ-Т. Армирующие обертки повышают прочность покрытий на разрыв, их эластичность и устойчивость.
Для предотвращения повреждений битумных покрытий используются наружные обертки из бризола, бикарула, пленки ПДП или ПДБ. Бризол изготовляют из нефтяного битума, дробленной резины, асбеста и пластификатора. Бикарул представляет собой смесь из нефтяного битума, синтетических каучуков и органических или минеральных наполнителей.
Грунтовки для битумных покрытий готовят из битума, растворенного в резине в соотношении 1:3 по объему. Грунтовка представляет собой вязкий раствор из смеси синтетического каучука, нефтяного битума, термореактивной среды, ингибитора и растворителя.
Полимерные покрытия для защиты подземных трубопроводов изготовляют как в заводских, так и в трассовых условиях. Материалом для них служит поливинилхлорид в виде лент с подклеивающим слоем, полиэтилен экструдированный или напыленный, полипропилен и др. Для горячих трубопроводов используются радиационнообработанные термостойкие двухслойные ленты, выдерживающие температуру до 120 °С. Лента изготовляется из кремнийорганической резины, оберточного материала ПДБ радиационно обработанных и гидрофобизированной стеклоткани. В последние годы широко применяются липкие термоусаживающиеся полимерные ленты. В зависимости от типа применяемых полимерных материалов используют соответствующие грунтовки: клей № 88, № 61, полиизобутиленовый клей, ГТ-752 и др.
В настоящее время для изоляции применяют следующие марки лент: ПИЛ, ПВХ-БК, ПЭЛ, ЛПД, ЛПТ и др. (отечественного производства); «Поликен», «Альтена», «Нито», «Фурукава», «Плайкофлекс» и др. (импортного производства, поставляются в комплекте с грунтовкой и защитной оберткой).
Полимерные ленты из полиэтилена используют на трубопроводах диаметром до 1420 мм при температуре перекачиваемого продукта не более 35 °С. При введении в материал пленок специальных добавок температурный диапазон их применения расширяется.
Покрытия из эмали и стеклоэмали получают плавлением окислов и нанесением их на металл в один или несколько слоев. Введение в состав эмали различных окислов позволяет изменять свойства эмалевых покрытий в широком диапазоне в соответствии с условиями применения. В основном используются легкоплавкие грунтовочные и покровные эмали для индукционного эмалирования труб. Технологический процесс нанесения эмали на стальные трубы с использованием индукционного нагрева состоит из подготовки поверхности металла, нанесения эмалевого шликера на защищаемую поверхность, индукционной сушки шликера и непосредственного оплавления эмалевого покрытия.
Защитные покрытия из эмали или стеклоэмали наносят только в заводских условиях, поэтому их качество весьма высокое. Эмалевое покрытие обладает большой сплошностью, хорошим сцеплением с металлом и высоким электросопротивлением, однако этот тип покрытия достаточно дорог и применяется только в особо ответственных случаях – при перекачке высокоагрессивных сред или прокладке трубопровода в таких средах.
В качестве антикоррозионных лакокрасочных материалов достаточно широко используются полимерные покрытия на основе фурановых, полиэфирных, виниловых и эпоксидных смол, полиуретанов и др. В качестве противокоррозионных покрытий трубопроводов и резервуаров наибольшее распространение получили эпоксидные материалы, что объясняется простотой технологии их нанесения и высокими антикоррозионными свойствами. Защитные свойства эпоксидных смол существенно зависят от вида отвердителя, применение которого определяет процесс горячей или холодной (15…20 °С) сушки покрытия. Для противокоррозионной защиты резервуаров обычно применяют отвердители с холодным процессом. В качестве отвердителей используются алифатические амины (полиэтиленполиамин и гексаметилендиамин) и низкомолекулярные полиамидные смолы. Наибольшее распространение получил отвердитель № 2 (30 %-ный раствор полиамидной смолы ПО-200).
При прокладке подземных трубопроводов в каменистых и скальных грунтах без использования песчаной подушки и засыпки песком хорошо зарекомендовало себя защитное покрытие «Пектал». Это покрытие обладает в десятки раз большей ударной прочностью, чем обычные полиэтиленовые покрытия. При изгибе труб до 1,5° адгезия и сплошность покрытия не нарушаются.
Свойства эпоксидных покрытий зависят также от вводимых в них наполнителей, пластификаторов и модификаторов. Для разбавления эпоксидных смол используют ацетон или ксилол.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Коровин Н.В. Общая химия: Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп.. М.: Высшая школа, 2000. 550 с.
2. Кузнецов М.В. и др. Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров: Учебник для вузов: Изд. 2-е, испр. и доп. М.: Высшая школа, 1992. 240 с.
3. Розенфельд И.Л. и др. Защита металлов от коррозии лакокрасочными покрытиями. М.: Химия, 1987. 224 с.
4. Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений: Справочник в 2 т./Под ред. А.А.Герасименко М.: Машино-строение, 1987. 800 с.
5. Варыпаев В.Н. Коррозия металлов. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1972. 90 с.
6. Томашов Н.Д. и др. Коррозия и коррозионно-стойкие сплавы. М.: Метал-лургия, 1970. 232 с.
7. Розенфельд И.Л. Коррозия и защита металлов. М.: Металлургия, 1970. 230 с.
8. Защита металлических сооружений от подземной коррозии: Справочник. Под ред. Л.Я. Цукермана. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Недра, 1981. 294 с.
9. Улиг Г.Г. и Реви Р.У. Коррозия и борьба с ней: Пер. с англ. Л.: Химия, 1967. 710 с.
10. Тодт Ф. Коррозия и защита от коррозии: Пер. с нем. Л.: Химия, 1967. 710 с.
11. ГОСТ 9.908-85. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости. М.: Изд-во стандартов, 1985.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Типы коррозии
| Тип коррозии | Характеристика формы коррозионного поражения | Схема типичного вида коррозионного поражения |
| 1. Сплошная (равномерная) коррозия | Формы коррозионного поражения 1а и 1б отличаются только неровностью поверхности. По изменению формы поверхности до и после коррозионного испытания выявляют наличие коррозии: она определяется изменением массы и размеров образцов до и после коррозионного испытания | 1а |
| Форма 1в может быть переходной между сплошной и избирательной коррозией, например, 10в, 10г и 10е | 1б | |
| Тип коррозии может быть уточнен по изменениям ее формы в зависимости от времени воздействия коррозионной среды, а также по структуре металла | 1в | |
| 2. Местная (неравномер-ная) коррозия | По форме соответствует сплошной коррозии, но отличается тем, что коррозии подвержена часть поверхности или коррозия протекает с разной скоростью на его отдельных участках | - |
| 3. Коррозия пятнами | Мелкое коррозионное поражение неправиль-ной формы; размер ее площади в случае небольшого увеличения может превышать размер поля зрения | |
| 4. Коррозион-ная язва | Коррозионное поражение; глубина его приблизительно равна ширине | |
| 5. Питтинго-вая коррозия | Коррозионное поражение; глубина его значительно больше ширины | |
| 6. Подповер-хностная кор-розия | Коррозионное поражение, характерное тем, что занимает на поверхности небольшую площадь и преимущественно сосредоточена под поверхностью металла | 6а |
Продолжение приложения
| Тип коррозии | Характеристика формы коррозионного поражения | Схема типичного вида коррозионного поражения |
| Форма коррозионного поражения, отдельные зоны которого находятся под поверхностью и обычно не имеют заметного прямого выхода на поверхность | 6б | |
| Форма коррозионного поражения, отдельные зоны которого находятся под поверхностью и обычно не имеют заметного прямого выхода на поверхность | 6в | |
| 7. Слоевая коррозия | Коррозионное поражение, внутренние слои которого включают зерна различного размера, различные фазы, включения, выделения и др. | |
| 8. Межкрис-таллитная коррозия | Коррозионное поражение характерно наличием прокорродировавшей зоны вдоль границ зерен металла, причем может затрагивать границы всех зерен или только отдельных зерен | |
| 9. Транскрис-таллитная коррозия | Коррозионное поражение характерно наличием большого количества транскристал-литных трещин | |
| 10. Избира-тельная кор-розия | Коррозионное поражение, которому подверг-нута определенная структурная фаза или ком-понент; если фаза образована эвтектикой, определяют, прокорродированна вся эвтектика или некоторая ее составляющая, например цементит | 10а |
| Коррозионное поражение, которому подверг-нута определенная фаза металла без прямого контакта с прокорродировавшей поверх-ностью. В этом случае определяют, корроди-руют ли фазы по границам зерен или внутри зерен основной структуры. Далее определяют, не отличаются ли границы между корроди-рующими фазами от остальных границ (нали-чие фазы, трещин). Из этого заключают, про-никает ли коррозионная среда по границам зерен или диффузией по всему объему зерен | 10б |
Продолжение приложения
| Тип коррозии | Характеристика формы коррозионного поражения | Схема типичного вида коррозионного поражения |
| Коррозионное поражение, которому подверг-нуты только отдельные зерна, физическое состояние которых изменилось, например вследствие деформации | 10в | |
| Коррозионное поражение, которому подверг-нуты только деформирующие части зерен, при этом образующаяся зона коррозионного пора-жения уже, чем одно зерно, и проходит через несколько зерен. Одновременно определяют, не повлияла ли деформация на изменение структуры металла, например переход аустенита в мартенсит | 10г | |
| Коррозионное поражение в виде зоны с рядами выделенных включений; при этом определяют возможное изменение структуры в данной зоне | 10д | |
| Коррозионное поражение в виде широкой зоны вдоль границы зерна. Данная форма может быть временной, и ее нельзя относить к межкристаллитной коррозии; она характерна тем, что не проникает в глубину металла. Более точно ее можно определить по измене-ниям формы поражения коррозией в зависи-мости от времени коррозионного воздействия и по выделению структурных частиц в корродирующем сплаве | 10е | |
| Коррозионное поражение, в результате которого образуется новая фаза метал-лического вида, обладающая способностью понижать стойкость металла | 10ж | |
| Коррозионное поражение, в результате кото-рого изменяется химический состав фазы при сохранении ее формы и места положения, например графитизация пластин цементита в чугуне, обесцинкование латуни и др. В зоне этого изменения могут образовываться и другие продукты коррозии, например окислы | 10з |
Окончание приложения
| Тип коррозии | Характеристика формы коррозионного поражения | Схема типичного вида коррозионного поражения |
| 11. Коррозия в виде редких трещин | Ошибка! Ошибка связи.образуется глубокая, немного ветвистая трещина, широкая вблизи поверхности с пос-тепенным переходом в незначительную шири-ну; трещина заполнена продуктами коррозии | 11а |
| Коррозионное поражение в виде глубокой трещины незначительной ширины, исходящей из коррозионной язвы на поверхности; трещи-на может иметь ветвистую форму | 11б | |
| Ошибка! Ошибка связи.образуется межкристаллитная трещина незначительной ширины при отсутствии продуктов коррозии. По сравнению с межкристаллитной коррозией имеет вид единичных (редких) трещин | 11в | |
| Ошибка! Ошибка связи.образуется транскристаллитная трещина незначительной ширины со значительным раз-ветвлением. По сравнению с транскристал-литной коррозией имеет вид единичных (ред-ких) трещин. Некоторые трещины могут иметь тип частично транскристаллитного и частично межкристаллитного коррозионного поражения | 11г | |
| Ошибка! Ошибка связи.образуются трещины незначительной ширины, имеющие вид нитей, преимущест-венно параллельные поверхности и создаю-щие зону определенной глубины. Их нельзя относить к аналогичным трещинам, образую-щимся вследствие деформации при плохой обработке образца | 11д | |
| Коррозионное поражение в виде мелких преимущественно коротких трещин внутри отдельных зерен. Трещины могут образовы-ваться, например, вследствие действия моле-кулярного водорода, большого напряжения, коррозии определенной фазы | 11е |
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение…………………….…………………………………………………………... 3
1. Общая характеристика коррозионных процессов…………………………………. 5
1.1. Классификация коррозионных процессов……………………………………... 5
1.2. Металлы и электролиты………………………...………………………………. 9
1.3. Показатели коррозии. Способы выражения скорости коррозии……….….… 11
2. Взаимодействия между частицами веществ……………………………………….. 13
2.1. Виды взаимодействий……………………………………………………….….. 13
2.2. Водородная связь…………………………………………..……………………. 14
2.3. Физическое состояние веществ. Химические системы……………….……… 15
2.4. Газообразное состояние вещества……………..…………………………….…. 16
2.5. Жидкое состояние вещества………………..……………………………….….. 17
2.6. Твердые вещества………………..……………………………….……………... 18
2.7. Понятие о зонной теории кристаллов………………………….…………….… 21
2.8. Дефекты в кристаллах. Кристаллы переменного состава……………..……… 22
3. Общие закономерности химических процессов……………….…………………... 24
3.1. Энергетика химических процессов……………...……………………………... 24
3.2. Термохимические расчеты……………………………………………………… 25
3.3. Энтропия при химических реакциях…………………………………………... 26
3.4. Направленность химических реакций…………………………………………. 28
3.5. Химическое равновесие в гомогенных системах…………………...……….… 29
3.6. Химическое равновесие в гетерогенных системах…………………...……….. 30
3.7. Фазовые равновесия……………………………….……………………………. 30
3.8. Адсорбционное равновесие…..………………………………………………… 31
3.9. Химическая кинетика……………………………………………………….…… 32
3.9.1. Скорость химических реакций…………………………………………… 32
3.9.2. Влияние температуры на скорость реакции…………………………….. 34
3.9.3. Механизмы химических реакций………………………………………… 34
3.10. Растворы. Дисперсные системы……………..………………………………... 35
3.10.1. Общие свойства растворов……………………………………………… 35
3.10.2. Распределение вещества между несмешивающимися жидкостями…. 37
3.10.3. Химические равновесия в растворах………………………………….... 38
3.10.4. Теории кислот и оснований…………………………………………….. 39
3.10.5. Водные растворы электролитов……………………………………….... 40
3.10.6. Электролитическая диссоциация воды. Водородный показатель….… 42
3.10.7. Равновесия в растворах электролитов…………………………………. 43
3.10.8. Гидролиз солей…………………………………………………………... 44
3.10.9. Дисперсные системы. Коллоидные растворы…………………………. 44
4. Окислительно-восстановительные и электрохимические процессы……………... 45
4.1. Окислительно-восстановительные процессы………………………………….. 46
4.2. Электрохимические процессы…………….……………………………………. 46
4.3. Потенциалы металлических и газовых электродов…………………………… 50
4.4. Потенциалы окислительно-восстановительных (редокси-) электродов…….. 53
4.5. Кинетика электродных процессов. Поляризация……………………………... 53
5. Виды коррозии……………………………………………………………………….. 56
5.1. Химическая коррозия…………………………………………………………… 56
5.2. Электрохимическая коррозия…………………………………………………... 61
5.2.1. Механизм электрохимической коррозии………………………………... 62
5.2.2. Термодинамика и скорость электрохимической коррозии…………….. 63
5.2.3. Коррозия с водородной и кислородной деполяризацией…………….… 66
5.2.4. Влияние внешних факторов на скорость коррозии…………………….. 66
5.2.5. Влияние внутренних факторов на скорость коррозии…………………. 68
5.2.6. Атмосферная коррозия………………………………………………….... 69
5.2.7. Подземная коррозия………………………………………………………. 70
5.2.8. Электрокоррозия………………………………………………………….. 71
5.3. Биокоррозия……………………………………………………………………… 72
5.3.1. Микроорганизмы………………………………………………………….. 72
5.3.2. Микробиологическая коррозия……………………………………….…. 74
6. Характеристика коррозионной агрессивности сред в трубопроводном
транспорте нефти и газа……………………………………………………………... 81
6.1. Характеристика коррозионной агрессивности сред при нефтедобыче……… 81
6.2. Характеристика коррозионной агрессивности природного газа…………….. 84
6.3. Характеристика коррозионной агрессивности сред при сборе и подготовке
нефти и газа………………………………………………………………………… 85
7. Защита от коррозии………………………………………………………………….. 86
7.1. Ингибиторы коррозии…………………………………………………………... 86
7.1.1. Механизм защитного действия ингибиторов………………………….... 87
7.2. Защитные и изоляционные покрытия………………………………………….. 88
Библиографический список…………………………………………………….……… 91
Приложение. Типы коррозии…………………………………………………………... 92
* Коровин Н.В. Общая химия. М.: Высш. школа, 2000. 548 с.
* Варыпаев В.Н. Коррозия металлов. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1972. 87 с.
* Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений: Справочник. Т. 1 / Под ред. А.А. Герасименко. М.: Машиностроение, 1987.