Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Антикоррозионная защита нефтегазового оборудования и сооружений. Учебное пособие
.pdf
à
Î2, Í2Î
Î
, Í2Î
2
ne
, Í2ÎÎ2, Í2Î
Î
á
2
ne
Î
, Í2ÎÎ
â
2
ne
Me
Me
Me
n+
n+
n+
ne
ne
ne
, Í2Î
2
Рис. 1.2. Схемы коррозионных гальванических элементов в системах
"металлполимерная пленкаэлектролит"
тельного значения потенциала. Под пористыми пленками, легко пропускающими кислород и воду (см. рис. 1.2, à), катодные процессы
концентрируются на границе металлполимерное покрытие. В связи
с тем, что поверхность катодных участков значительно превышает
поверхность анодных участков (пор), в порах возникают большие
плотности коррозионного тока, заметная анодная поляризация и смещение потенциала в положительную сторону.
11
Если пленка инертная и не участвует в электродных процессах
(см. рис. 1.2, á), установление более положительного потенциала происходит в связи с большей затрудненностью перехода ионов металла
через поры, в сравнении с диффузией кислорода и воды.
В случае пленок различной толщины (см. рис. 1.2, â ) анодный
процесс более облегчен в тонких слоях, однако диффузия кислорода
и воды происходит интенсивнее, чем отвод гидратированных ионов
металла, в связи с чем поверхность металла облагораживается.
Из вышесказанного следует, что равномерность по толщине
и сплошность покрытия являются очень важными параметрами.
Существует точка зрения, что полимерные покрытия замедляют
коррозионный процесс благодаря включению в систему большого
омического сопротивления. До сих пор часто защитные свойства полимерных покрытий в электролитах оценивают по величине омического сопротивления. Однако многочисленными исследованиями показано, что омическое сопротивление в большинстве случаев составляет незначительную долю их полного сопротивления (рис. 1.3).
Основную долю сопротивления составляет поляризационное,
которое, в основном, и определяет защитные свойства покрытий.
Поэтому при проектировании защитных покрытий основное внимание должно быть обращено не на повышение удельного электрическо-
1
750
3
, ´ 10
500
2
2
Îì · ñì
250
Электрическое сопротивление R,
5 10 15
Плотность тока i, êÀ/ñì
Рис. 1.3. Анодное и катодное поляризационные (1, 2) и омическое (4, 3)
сопротивления полимерного покрытия (Fe с покрытием ПВХ
â 0,5 í. NaCl)
12
3
4
2
го сопротивления (увеличением толщины покрытия), а на изменение
кинетики электрохимических реакций, например включением в состав покрытия пассивирующих пигментов или металлических наполнителей (Zn, Al), электрохимически защищающих металл от коррозии
или ингибиторов коррозии, влияющих на поляризационное сопротивление коррозионной системы.
В электрической схеме коррозионного гальванического элемента полимерное покрытие может быть представлено как диэлектрическая прокладка конденсатора, обкладками которого являются
металл, с одной стороны, и электролит с другой. Электрические
модели полимерных покрытий показаны на рис. 1.4.
r
Ñ
ý
r
1
C
x
2
C
x
r
2
Ñ
ý
r
1
Рис. 1.4. Электрические модели систем "металлполимерная пленка
электролит":
à сплошное покрытие; á электролит; â пористое покрытие; Ñ
электрическая емкость конденсатора; r
лентное диэлектрическим потерям конденсатора; Ñ
емкость электролита внутри пор; r
активное сопротивление, эквива-
1
сопротивление электролита в порах
2
электрохимическая
x
ý
Следует различать электрическую емкость от электрохимической. Электрическая емкость не зависит от частоты переменного тока
(в пределах звуковых частот 1620000 Гц). Электрохимическая
емкость снижается с повышением частоты переменного тока по зависимости (1.1).
13
/
sI
S
ãäå L постоянная;
f частота тока, Гц.
Такая зависимость наблюдается у пористых покрытий (рис. 1.5).
1
2
2
(1.1)
ìÀêÔ/ñì
Удельная электрическая емкость,
lg f, Ãö
Рис. 1.5. Зависимость электрической емкости конденсатора от часто-
ты переменного тока (для полимерных покрытий разной толщины):
1 5-слойное; 2 4-слойное; 3 3-слойное
3
Электрохимические параметры полимерного покрытия определяют емкостно-омическим (импедансным) методом.
1.4. ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ
СУБСТРАТА ПЕРЕД НАНЕСЕНИЕМ ПОКРЫТИЯ
1.4.1. ОБЕЗЖИРИВАНИЕ
На поверхностях металлических изделий обычно бывают жировые и другие загрязнения, поэтому для обеспечения хорошей адгезии
защитного покрытия металлическая поверхность должна быть тщательно обезжирена.
14
Наибольшее распространение получили методы обезжиривания
органическими растворителями (бензином, этиловым спиртом, ацетоном, уайт-спиритом и др.), щелочными и кислотными растворами
и эмульсионными составами.
1.4.2. ОЧИСТКА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ОТ ТВЕРДЫХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ, НАЛЕТА,
ОКАЛИНЫ И РЖАВЧИНЫ
В зависимости от технических возможностей предприятия, где
проводятся антикоррозионные работы, толщины и вида загрязнений
на поверхностях, конфигураций изделий и других условий могут
быть использованы различные способы очистки металлических
поверхностей: механические, химические, механохимические и термические.
К механическим способам очистки относятся:
песко- и гидропескоструйная очистка;
дробеструйная очистка (стальной или чугунной дробью);
очистка механизированным инструментом;
очистка ручным инструментом.
К химическим способам очистки относятся:
травление поверхностей растворами неорганических кислот
(табл. 1.1) и травильными пастами (табл. 1.2) с добавками ингибиторов коррозии. Ингибиторы вводятся для предупреждения разрушения
неокисленного металла под слоем растворяющейся ржавчины или
окалины. Травильные пасты могут удерживаться не только на вертикальных, но и на потолочных поверхностях;
фосфатирование поверхностей (обработка растворами фосфорной кислоты или ее солей с целью получения фосфатной защитной
пленки).
Механохимический способ защиты заключается в одновременном механическом (стальными щетками) и химическом (растворами
кислот) воздействии на металлическую поверхность. Этот способ более эффективен и производителен, чем простое механическое либо
химическое воздействие.
Термический способ очистки металла от ржавчины, окалины
заключается в обработке поверхности пламенем кислородно-ацетиленовой горелки. Этот способ основан на значительной разности коэффициентов расширения металла и окалины.
15
Таблица 1.1
Растворы для удаления продуктов коррозии
Режим отработки
Компонент
Количество,
ã/ë
Температу-
ðà,
î
Ñ
Продолжи-
тельность,
ìèí
Стальные и чугунные изделия
Кислота соляная ГОСТ 138269 150200 3040 1030
Катапин или ингибитор ПБ-5 13
Кислота серная. ГОСТ 218477 200250 7080 1030
Кислота ортофосфорная. ГОСТ 1067876 200300 1580 2060
Алюминиевые изделия
Едкий натр 4060 5060 2040
Медные изделия
3
Кислота серная (r = 1,8 ã/ñì
) 80120 5060 2040
Бисульфат натрия 100
Таблица 1.2
Состав травильных паст
Содержание компонентов
Компонент
в рецептурах, %
123
Бумажная масса сухая 25
Âîäà 46 17 13
Жидкое стекло (r = 1,19 ã/ñì
3
) 4,5
Ингибитор (ПБ-5, катапин и др.) 0,5
Инфузорная земля (трепел) 36,0 50,5
Контакт Петрова 0,5 0,5
Присадка "Уникол МН" 1,0
Серная кислота (r = 1,84 г/см
Соляная кислота (r = 1,19 ã/ñì
3
) 7,7 23
3
) 46 21,3 8
Сульфит-целлюлозный щелок 14,6
Формалин (безводный) 1
Фосфорная кислота (r = 1,8 ã/ñì
3
) 2,4 4
В результате нагрева и последующего охлаждения окалина, имеющая небольшой коэффициент термического расширения, легко растрескивается и отслаивается от основного металла, что значительно
16
облегчает ее удаление с обрабатываемой поверхности. Однако при
такой обработке имеется опасность коробления конструкций, особенно тонкостенных.
1.4.3. ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТЕЙ ПОД ПОКРЫТИЯ
БЕЗ УДАЛЕНИЯ РЖАВЧИНЫ
Такая подготовка заключается в обработке поверхностей различными химическими соединениями, которые получили название
"преобразователи (модификаторы) ржавчины". В состав большинства
из них входит фосфорная кислота. Кислота разрушает ржавчину и одновременно фосфатирует металлическую поверхность. Химически разрушенная ржавчина становится наполнителем фосфатного покрытия.
Процесс преобразования ржавчины протекает при комнатной
температуре в течение 1620 ч.
В некоторых случаях возникает необходимость удаления с поверхностей старой краски. С этой целью могут быть использованы
специальные химические составы и смывки.
Смывки представляют собой смесь органических растворителей, загустителей и ингибиторов коррозии. Для удаления старой краски с подложки из цветных металлов применяют смывку СА-4,
из черных металлов смывку СП-6. Смывки наносят кистью или
щеткой и выдерживают до тех пор, пока старое покрытие не набухнет
или не вспучится, затем отделившуюся массу снимают шпателем,
скребками и т. п.
1.5. ЦИНКОВЫЕ ПОКРЫТИЯ
1.5.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЦИНКОВЫХ ПОКРЫТИЙ
Цинковые покрытия обладают хорошей стойкостью к нефтепродуктам, морскому и атмосферному воздуху, пресной и морской воде,
водяному пару. При нанесении цинковых покрытий необходимо принимать во внимание следующие обстоятельства.
Цинк устойчив в нейтральных и слабощелочных растворах, быстро растворяется в кислотах, не устойчив в щелочах с рН > 12, сильно
растворяется в дистиллированной воде, а также в пресной воде при
температуре 5565 °С.
17
Стойкость цинка в значительной степени зависит от его чистоты. Примеси железа, меди, сурьмы и мышьяка снижают его коррозионную стойкость.
Цинковые покрытия защищают стальную поверхность, не только изолируя ее от контакта с коррозионной средой, но и электрохимически, выполняя роль анода в гальванической паре ZnFe.
Цинковые покрытия показывают высокую долговечность (более
20 лет) при действии нефтепродуктов в интервале температур
от минус 50 до 50 °С, высокую стойкость к действию холодной
и горячей (7585 °С) воды, атмосферного воздуха, водяного пара (0,2
0,3 МПа). При длительном контакте цинковых покрытий с нефтепродуктами последние не отклоняются по качественным показателям от
требований соответствующих стандартов.
Оптимальная толщина металлизационного цинкового покрытия
составляет 120150 мкм. При меньшей толщине снижаются защитные
свойства, при увеличении толщины до 200 мкм и более снижается
адгезия покрытия к стальной поверхности вследствие высоких внутренних напряжений, происходит отслаивание и вспучивание покрытия.
При обработке цинковых покрытий водяным паром улучшается
их качество, так как они становятся более плотными и непроницаемыми.
1.5.2. ПОЛУЧЕНИЕ ПОКРЫТИЙ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛИЗАЦИЕЙ
Очистку поверхности перед нанесением цинкового покрытия
проводят только пескоструйным способом, использование преобразователей ржавчины перед цинкованием не имеет смысла. Цинковое
покрытие наносится на опескоструенную поверхность в один слой.
Покрытия получают с помощью электрометаллизационных аппаратов. Сущность метода состоит в распылении сжатым воздухом
расплавленного металла, частицы которого с большой скоростью набрызгиваются на стальную поверхность, образуя слой покрытия.
Наибольшее распространение получили электрометаллизаторы
проволочного типа (рис. 1.6), которые работают следующим образом.
Две цинковые проволоки 1 непрерывно протягиваются механизмом 3,
через наконечники 4 выходят наружу и соприкасаются друг с другом
в точке 6, при этом возникает электрическая дуга, так как к проволокам с помощью проводов 2 подведен электрический ток с соответствующими параметрами. Под действием дуги происходит плавление цинка. Капельки расплавленного цинка непрерывно сдуваются и уносятся
струей сжатого воздуха, подаваемого через специальное сопло 5.
18
23
45 6
Сжатый
1
Рис. 1.6. Устройство электродугового металлизатора:
1 цинковая проволока; 2 провода; 3 механизм для протягивания
проволоки; 4 наконечник для проволоки; 5 сопло; 6 точка
образования электрической дуги; 7 металлизируемая поверхность
воздух
23
7
Воздушный поток выходит из сопла металлизатора со скоростью 300400 м/с, сообщая частицам напыляемого металла скорость
200 м/с. Частицы цинка, находясь в жидком или пластичном состоянии, ударяются о стальную поверхность, деформируются, приобретая
форму пластинок (чешуек). Отдельные чешуйки сцепляются как
с обрабатываемой поверхностью, так и между собой.
На практике используют различные по конструкции и производительности металлизаторы.
Для получения качественного цинкового покрытия электрометаллизационные установки должны работать в режиме, указанном
в табл. 1.3.
Таблица 1.3
Технологические параметры металлизации
Параметр Значение
Напряжение тока, В 25
Ñèëà òîêà, À 7580
Давление сжатого воздуха, МПа 0,60,7
Расстояние от сопла до детали, мм 75100
Диаметр воздушного сопла, мм 6
Угол наклона металлизатора, град. 90
19
Металлизацию можно осуществлять как постоянным, так и переменным токами. Предпочтительнее проводить металлизацию постоянным током. В этом случае обеспечивается более высокая производительность, снижается содержание оксидов в напыленном металле, уменьшается пористость покрытия.
На качество цинкового покрытия в значительной степени влияют
помимо перечисленных выше параметров следующие показатели:
качество пескоструйной очистки;
интервал времени от окончания пескоструйной обработки до
начала металлизации (не должен превышать 24 ч);
температура стенки резервуара (более высокая температура
способствует повышению адгезии цинкового покрытия).
1.6. ОКРАСКА НАРУЖНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ОБОРУДОВАНИЯ И КОНСТРУКЦИЙ
1.6.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛАКОКРАСОЧНЫХ
ПОКРЫТИЙ (ЛКП)
С целью предотвращения коррозии и сохранения хорошего внешнего вида оборудования и конструкций обычно используют различные лакокрасочные системы (ЛКС). Структура ЛКС представлена
на рис. 1.7.
Используют лакокрасоч-
ÑØ Ã1234
ные материалы (ЛКМ) холодного (при обычной температуре)
и горячего (при повышенной
температуре) отвердения. Для
наружной окраски оборудования и конструкций применяют
обычно материалы холодного
отвердения. К настоящему вре-
Рис. 1.7. Структура ЛКС:
С субстрат (основа); Г грунтовочный слой (грунт); Ш шпатлевка;
1, 2, n основные слои ЛКС; n
покровный слой ЛКС
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]