Кац Н.Г., Стариков В.П., Парфенова С.Н. Химическое сопротивление материалов и защита оборудования нефтегазопереработки от коррозии

Подождите немного. Документ загружается.

309

Наиболее распространен метод изготовления емкостного обору-

дования в виде оболочек вращения из стеклопластиков намоткой на

специальных установках стеклонитей (жгута, ровницы) по различным

направлениям – в виде решетки, по меридианам и кольцам, в виде

спирально перекрещивающихся слоев и т.д. [23, 33].

Установка для намотки включает барабан и подвижную головку,

которая служит для раскладки стеклонитей по длине оправки. Стек-

ловолокно подается с бобин и наматывается на оправку в виде ленты

определенной ширины с определенным рисунком раскладки. При

формовании изделия смолу можно наносить в процессе прохождения

нити через ванну со связующим. Содержание связующего в готовом

изделии регулируется натяжением нити в процессе намотки [20, 22].

Наличие в стеклопластике армирующего наполнителя приводит к

возрастанию гетерогенности материала и его повышенной проницае-

мости. В связи с этим в промышленности нашли применение бипла-

стмассы, которые сочетают высокую химическую стойкость и низ-

кую проницаемость пластмасс с высокой прочность стеклопластиков.

Известны следующие способы производства изделий из комби-

нированных материалов [22, 23]:

1. Изготовление изделий из конструкционной пластмассы (вини-

пласт, пентапласт) с последующим усилением стекложгутом на свя-

зующем холодного отверждения.

2. Изготовление изделий из листового или рулонного полуфабри-

ката, представляющего собой стекловолокнистый материал с нака-

танным слоем термопласта с последующим усилением стеклопласти-

ком на связующем холодного отверждения.

3. Изготовление изделий из стеклопластика любым способом с

последующей защитой внутренней поверхности термопластом с по-

мощью клея.

Все эти способы обеспечивают благоприятное сочетание свойств

комбинированного материала.

310

6.7. Технология нанесения защитных покрытий

из лакокрасочных материалов

Лакокрасочные антикоррозионные покрытия получаются на за-

щищаемой поверхности в результате высыхания или отвердевания

нанесенных жидких лакокрасочных материалов.

Качество антикоррозионных лакокрасочных покрытий, а следо-

вательно, и срок службы зависят от тщательности подготовки по-

верхности под покраску, правильного выбора самого материала и

точного соблюдения технологии нанесения. Выбор окрасочных со-

ставов, количества слоев и последовательности нанесения определя-

ются нормативными документами, проектами и рекомендациями

производителей. Структура покрытия в зависимости от конкретных

условий эксплуатации защищаемого объекта может меняться, но ча-

ще всего лакокрасочное покрытие состоит из грунтовки, шпатлевки и

покровных слоев.

Грунтовочные составы обеспечивают лучшую адгезию и повы-

шают защитные свойства покрытия. В зависимости от характера за-

щищаемой поверхности меняется состав грунта. Шпатлевочные со-

ставы предназначаются для выравнивания (при необходимости) за-

грунтованной поверхности. Шпатлевка значительно улучшает внеш-

ний вид покрытия, но в то же время снижает его механическую проч-

ность и защитные свойства. Покрытия, эксплуатирующиеся в жест-

ких условиях воздействия агрессивных сред, наносятся без шпатлев-

ки. Покровные составы являются наиболее важной частью покрытия

и обеспечивают его стойкость и непроницаемость агрессивной среды

к конструкционному материалу в эксплуатационных условиях [23].

Работы по нанесению защитных покрытий начинаются с подго-

товки поверхности, которая заключается в очистке от ржавчины, ока-

лины, пыли, остатков старых покрытий и жировых загрязнений. В за-

висимости от характера загрязнения поверхности оборудования и его

габаритов очистка может проводиться вручную, механизированными

механическими способами или с помощью химических реагентов.

311

Следует учитывать, что надежное покрытие можно получить только

при безукоризненной подготовке поверхности. Особое внимание сле-

дует обращать на подготовку поверхности в зоне сварных швов, так

как чаще всего именно здесь защитные покрытия разрушаются.

Ручная очистка производится скребками, щетками и шаберами.

Для механической очистки от ржавчины могут применяться инстру-

менты с электро- или пневмоприводом. Механизация очистки может

также осуществляться путем применения пескоструйной или дробе-

струйной обработки поверхности. В качестве абразивного материала

используются кварцевый песок или металлическая дробь, которые

выбрасываются с большой скоростью из сопла аппарата и разрушают

обрабатываемую поверхность на глубину в несколько микрометров.

После ручной или механической очистки металла необходимо

удалить оставшуюся пыль волосяными щетками с последующей об-

дувкой сжатым воздухом и протереть поверхность чистой ветошью,

смоченной растворителем. Путем осмотра проводится проверка каче-

ства подготовки поверхности. Затем очищенная поверхность должна

быть немедленно загрунтована во избежание появления ржавчины.

Нанесение лакокрасочных материалов может осуществляться

воздушным и безвоздушным распылением, распылением в электри-

ческом поле высокого напряжения, напылением порошковых поли-

мерных материалов с одновременной или последующей термообра-

боткой, окунанием (обливанием), кистью и ручными валиками и др.

Наиболее широкое распространение имеет способ окрашивания

воздушным распылением, который заключается в том, что лакокра-

сочный материал диспергируется сжатым воздухом на мельчайшие

частицы и равномерным слоем наносится на окрашиваемую поверх-

ность [23]. При этом основная масса полидисперсных частиц осажда-

ется на поверхности, а некоторая часть не достигает поверхности и

образует туман.

Основным преимуществом данного метода является универсаль-

ность применения и необходимость лишь источника воздуха и систе-

312

мы вытяжной вентиляции. К недостаткам следует отнести большие

потери лакокрасочного материала и значительный расход растворите-

лей для разведения лакокрасочных материалов до рабочей вязкости.

Одним из наиболее прогрессивных методов нанесения лакокра-

сочных материалов является безвоздушное распыление [23, 33].

Сущность метода заключается в том, что распыление происходит под

действием высокого гидравлического давления, создаваемого насо-

сом во внутренней полости распыляющего устройства и вытесняю-

щего лакокрасочный материал через отверстие сопла. Данный метод

позволяет экономить до 20% лакокрасочных материалов за счет сни-

жения потерь на туманообразование.

При окрашивании распылением в электрическом поле высокого

напряжения частицы краски, попадая в него, приобретают электриче-

ский заряд и под действием электростатических сил оседают на ок-

рашиваемой поверхности. Этот способ позволяет на 30-70% снизить

расход лакокрасочных материалов по сравнению с пневматическим

распылением, однако требует применения сложного оборудования и

не позволяет добиться полного прокрашивания изделий сложной

конфигурации.

Порошковые полимерные материалы позволяют получать покры-

тия с повышенной стойкостью к воздействию агрессивных сред. Они

могут наноситься на защищаемые поверхности газопламенным мето-

дом, в псевдоожиженном слое, в электростатическом поле и плазмен-

ным методом. При использовании порошковых полимеров исключа-

ется применение органических растворителей и расширяется ассор-

тимент применяемых материалов.

Способ окрашивания окунанием и обливанием отличается про-

стотой, но имеет недостаток, заключающийся в образовании натеков

и неравномерности покрытия.

При выполнении небольших объемов работ наряду с механизи-

рованными способами может использоваться и окраска кистями раз-

личной формы и малярными валиками.

313

Для торможения коррозионного процесса требуется повлиять ли-

бо на образование иона металла, либо на свойства коррозионной сре-

ды. Наиболее эффективными являются методы, основанные на изме-

нении свойств защищаемого металла. Однако с экономической точки

зрения нередко предпочтительнее изменить свойства коррозионной

среды или же применить комбинированные способы защиты. Можно

выделить пять основных направлений борьбы с коррозией [1, 14, 16,

24]:

1. Обработка коррозионной среды, имеющая целью затормозить

скорость катодной, анодной или общих реакций. Сущность метода

сводится или к удалению веществ, ускоряющих коррозию, или к вве-

дению веществ, замедляющих ее (ингибаторы).

2. Электрохимическая защита, имеющая целью заставить анод-

ные реакции протекать на специальных дополнительных электродах

(катодная, анодная или протекторная защиты).

3. Защитные покрытия – как металлические, так и неметалличе-

ские.

4. Легирование металла либо замена его другим, более коррози-

онно-стойким.

5. Методы рационального конструирования.

Первое направление – снижение эффективности катодного или

анодного процесса. Это может быть реализовано несколькими спосо-

бами. К их числу относятся мероприятия, замедляющие катодный

процесс, для этого необходимо уменьшить площади макрокатодов,

например, путем закалки углеродистых сталей или улучшения хими-

ческой чистоты применяемых материалов; повышением перенапря-

жения катодного процесса, например, путем легирования сталей

мышьяком, сурьмой или висмутом. Эффективность анодного процес-

314

са можно понизить введением в применяемый материал легирующих

добавок, повышающих термодинамическую устойчивость анодной

фазы: легированием сталей никелем, никеля – медью, меди – золотом.

Возможно также дополнительное легирование сплавов элементами,

способствующими пассивированию анодной фазы: легирование ста-

лей хромом, кремнием или алюминием, никеля – хромом. На сниже-

ние эффективности анодного процесса положительно влияет введе-

ние в хромистые и хромоникелевые стали стабилизирующих добавок,

таких как титан, ниобий, ванадий, тантал и т. п. Наконец, снижения

эффективности анодного процесса можно добиться уменьшением

площади анодной фазы на поверхности материала путем проведения

термической обработки, снижающей внутренние напряжения в мате-

риалах, и легированием сталей и сплавов элементами, препятствую-

щими образованию зернограничных сегрегаций примесных атомов,

например, легированием сталей такими элементами, как вольфрам и

молибден.

Эта же группа методов борьбы с коррозией предусматривает мо-

дифицирование агрессивной внешней среды путем введения в нее ин-

гибирующих добавок, снижающих ее агрессивность.

Второе направление предусматривает электрохимическую защи-

ту, т. е. наведение в материале защищаемого изделия токов, препят-

ствующих протеканию катодных или анодных процессов.

Третье направление подразумевает использование для борьбы с

коррозией защитных покрытий. Основное назначение защитного по-

крытия, с одной стороны, состоит в создании барьерного слоя, пре-

пятствующего прониканию агрессивной среды к поверхности мате-

риала, с другой – в ограничении или предотвращении образования

новой фазы (продуктов коррозии) на поверхности раздела «материал

– покрытие», т. е. защитные покрытия должны обладать высокой хи-

мической устойчивостью, слабой проницаемостью для жидкостей и

газов, хорошей адгезией к металлу или неметаллическому материалу,

высокой стабильностью структуры и относительно высокой механи-

ческой прочностью и долговечностью.

315

Для повышения эффективности защиты изделия, работающего в

агрессивных средах, часто последовательно наносится несколько раз-

нотипных покрытий, например цинковое покрытие с последующим

фосфатированием или нанесением нескольких слоев лакокрасочного

материала.

Четвертое и пятое направления методов реализуются на стадии

формирования технических условий на изготовление устройства и

его конструирования, на стадии металлургического производства

применяемого при его изготовлении материала стали или сплава пу-

тем введения в них соответствующих легирующих добавок. При раз-

работке изделий, работающих в агрессивных коррозионных средах,

должны применяться такие конструктивные решения, которые не до-

пустят образования в изделии застойных зон, узких щелей. При кон-

струировании корпусных изделий должны быть предусмотрены вен-

тиляционные отверстия и т. п.

7.1. Изменение состава среды

В промышленных условиях эксплуатации в ряде случаев умень-

шение потерь от коррозии может быть достигнуто при помощи изме-

нения состава агрессивной среды. Для этого используют два приема:

1) удаление из агрессивной среды веществ, вызывающих корро-

зию металлов;

2) введение в агрессивную среду специальных веществ, которые

вызывают значительное снижение скорости коррозионного процесса.

Такие вещества называются замедлителями, или ингибиторами, кор-

розии.

7.1.1. Снижение агрессивности среды

Значительное изменение состава коррозионной среды может

быть достигнуто одним из перечисленных способов [24]:

316

 удаление кислорода при помощи деаэрации раствора, насыще-

ния его азотом или добавления в него поглотителей кислорода;

 удаление кислот путем нейтрализации раствора гашеной изве-

стью или едким натром;

 удаление солей из воды, идущей на питание паровых котлов,

путем обработки ее ионообменными смолами;

 вакуумирование.

Присутствие в среде, в которой пассивируются металлы, кисло-

рода или других окислителей способствует процессу пассивации ме-

таллов и ведет к торможению коррозии. Во всех остальных случаях

окислители стимулируют коррозию металлов.

Для снижения концентрации растворенного кислорода в него до-

бавляют гидразин или сульфит натрия. Сульфит натрия применяют

реже, так как его присутствие увеличивает содержание солей в воде.

Обработка водных растворов гашеной известью широко приме-

няется в промышленности [12, 24]. Таким образом регулируют рН

растворов, а также снижают содержание в них солей. При подщела-

чивании растворов образуются гидроксиды металлов, которые имеют

более низкую растворимость, чем соответствующие соли. Часть гид-

роксидов выпадает в осадок, и содержание ионов металлов в растворе

снижается.

7.1.2. Ингибиторная защита

Согласно стандарту ISO 8044-,1986 ингибиторами коррозии (ИК)

называют химические соединения, которые, присутствуя в коррози-

онной системе в достаточной концентрации, уменьшают скорость

коррозии без значительного изменения концентрации любого корро-

зионного реагента. Ингибиторами коррозии могут быть и композиции

химических соединений. Содержание ингибиторов в коррозионной

среде должно быть небольшим.

317

Эффективность ингибиторов оценивается степенью защиты



[12, 13, 24] (в %), которая при полной защите равна 100%, и коэффи-

циентом торможения



(ингибиторный эффект). Степень защиты оп-

ределяется по формуле

100100











, (7.1)

где

K и

K – скорости растворения металла в среде без ингибитора и

с ингибитором соответственно;

i и

i – плотности тока коррозии металла в среде без ингибитора

и с ингибитором соответственно.

Коэффициент торможения показывает, во сколько раз уменьша-

ется скорость в результате действия ингибитора:





. (7.2)

В формулах (7.1) и (7.2) величины





связаны между собой со-

отношениями:

100

1 

















Z ; (7.3)

100







. (7.4)

Ингибиторы подразделяются [12, 24]:

 по механизму своего действия – на катодные, анодные и сме-

шанные;

 по химической природе – на неорганические, органические и

летучие;

318

 по сфере своего влияния – в кислой, щелочной и нейтральной

среде.

Действие ингибиторов обусловлено изменением состояния по-

верхности металла вследствие адсорбции ингибитора или образова-

ния с катионами металла труднорастворимых соединений. Защитные

слои, создаваемые ингибиторами, всегда тоньше наносимых покры-

тий.

Ингибиторы могут действовать двумя путями [24]:

 уменьшать площадь активной поверхности;

 изменять энергию активации коррозионного процесса.

В результате адсорбции ингибитора происходит изменение

структуры двойного электрического слоя, в том числе изменение ве-

личины адсорбционного скачка потенциала.

Рис. 7.1. Схема поляризационных кривых для реакций анодного

растворения металла и катодного восстановления окислителя

в отсутствие и при наличии катодного ингибитора

Молекулы ингибитора, адсорбируясь на поверхности металла,

могут не влиять на скорость анодного окисления металла, но при

этом снижать скорость катодного восстановления окислителя