Металлические трубы отлично справляются с возложенными на них функциями, но один существенный недостаток у них все же есть: под воздействием ряда факторов ржавеет их внутренняя или внешняя поверхность. Антикоррозионное покрытие труб продлевает ресурс использования трубопровода, снижая расходы на его ремонт и обслуживание.
Коррозия – это физико-механическое явление, при котором под действием среды, температуры, давления и других факторов разрушаются металл, дерево, бетон или строительный камень. Процесс сопровождается образованием окиси и солей.
Аварии, приводящие к обесточиванию потребителей и к большим потерям воды, также являются следствием электрокоррозии трубопроводов. Ржавчина делает стальные водопроводные трубы непригодными для дальнейшего использования.
В зависимости от скорости коррозии трубопроводов (мм/год) стали делят на три категории:
Интенсивность процесса разъедания металла для изделий из одинаковых материалов, но находящихся в разных условиях, отличается порой весьма существенно. Кислотность грунта 7,5-8,5 считается наиболее благоприятной для стальных оцинкованных труб.
Коррозионно-хладостойкие трубы применяются в нефтяной и газовой отраслях для транспортировки топлива. Они выдерживают температуру от -40° до +45°, обладают повышенной твердостью и отличными гидроизоляционными свойствами. Примером такого материала служит сталь 13ХФА.
Коррозии подвержена внешняя оболочка трубы и внутренняя ее поверхность. Разрушения с наружной стороны возникают при взаимодействии почвы с металлом. В составе грунта находятся растворенные соли – жидкие электролиты, разъедающие металл при длительном контакте.
Чем выше электрическое сопротивление почвы, тем меньше активность коррозии почвы. Зная уровень электрического сопротивления грунта, можно определить его коррозионную активность.
Низкий рН воды, большое количество сульфатов, хлоридов, кислорода и растворенной углекислоты ведет к корродированию внутренних стенок труб.
В зависимости от вида трубопровода, наземного или подземного, используют активную (электрохимическую) или пассивную (изоляционную) защиту. Наземные коммуникации покрывают слоем цинка, алюминия или лакокрасочными атмосферостойкими материалами.
Трубы, проложенные вблизи путей электротранспорта, более подвержены корродированию из-за действия блуждающих токов. Поэтому при прокладке коммуникаций это обстоятельство нужно учитывать.
Внешняя изоляция не только сохраняет температуру теплоносителя, но и защищает металл от появления ржавчины.
Труба для магистрального трубопровода с внутренним и внешним защитным покрытием. Полиэтиленовая многослойная изоляция – эффективное средство защиты от разрушения стальных коммуникаций
Для наземных трубопроводов выполняют струйную очистку и используют эпоксидные покрытия
Противокоррозионные смазки предназначены для временной защиты (в период хранения и транспортировки). В состав изолирующих материалов могут входить преобразователи ржавчины (содержат оксикарбоновые кислоты, танин, фосфорные, ортофосфатные вещества).
Внутренняя коррозия возникает при взаимодействии металла с водой. Чтобы не допустить разъедания стали, используют цементное покрытие или специальный лак слоем в 3-5 мм. Иногда воду перед подачей по трубам лишают коррозионных свойств.
Последовательность работ:
Специальные агрегаты работают методом распыления под высоким давлением, способом пневматического распыления. Иногда трубы обливают или окунают в защитное покрытие. Установка УБР-3 для безвоздушного распыления наносит лакокрасочное покрытие с предварительным его подогревом. Пистолет-распылитель СО-24 и СО-21 используются для нанесения покрытий с вязкостью более 60 м
Принцип правильного нанесение защитного покрытия с помощью окрасочного пистолета
Чем выше коррозионная активность почвы, чем больше нагрузка на трубу, тем толще должен быть слой изоляции. Коррозия водопроводных труб повышает эксплуатационные и строительные затраты, поэтому важно принять меры, которые обезопасят коммуникации от разрушения.
Окрасочный аппарат для безвоздушного распыления
В случае атмосферной коррозии наилучшим способом защиты изделий является нанесение защитных антикоррозийных покрытий. Антикоррозийные покрытия изолируют металл от коррозионной атмосферы, предотвращая его разрушение. Защитные антикоррозийные покрытия отличаются друг от друга способами нанесения и составом и бывают:
1. Органические
2. Металлические
3. Керамические
Основные требования к антикоррозийным покрытиям:
Хорошая адгезия к защищаемой поверхности;
Сравнимые физические свойства антикоррозийного покрытия с защищаемым металлом, прежде всего коэффициент теплового расширения;
Абразивная стойкость и износоустойчивость;
Стойкость к воздействию окружающей среды, УФ и солнечных лучей;
Нетоксичность;
Экономичность (высокая кроющая способность, низкая себестоимость);
Легкость эксплуатации (антикоррозийные покрытия легко наносятся и чистятся).
При атмосферной коррозии железа анодная и катодная реакции протекают следующим образом:
Fe → Fe 2+ + 2е -
2е - + 1/2О 2 + Н 2 О → 2ОН - .
Анодную реакцию замедляет присутствие подавляющего высвобождение электронов железа активного красителя типа цинка. Также она тормозится при образовании пассивационной пленки в присутствии активных веществ – хроматов, фосфатов и силикатов. Катодная реакция замедляется при перекрытии доступа кислорода к защищаемой поверхности. Присутствие влаги снижает электрическое сопротивление антикоррозийных покрытий, поэтому необходимо стремиться к их гидрофобности.
Органические антикоррозийные покрытия.
Нанесение данного типа антикоррозийных покрытий не представляет никакой трудности. Краска необходимой консистенции наносится на защищаемую поверхность кистью или распыляется на нее. После высыхания образуется плотно прилегающая к поверхности металла пленка. Для повышения адгезии покрытия к металлу краску можно предварительно разогреть до температуры 150-250 О С и дать ей высохнуть 10-30 минут.
Основным недостатком органических антикоррозийных покрытий, в отличие от металлических, является возможность диффузии сквозь них влаги, кислорода и галогенид-ионов, т.е. веществ вызывающих коррозию. Степень проникновения обуславливается молекулярной массой материала антикоррозийного покрытия и его химической структурой. Нанесение покрытия одного типа чаще всего не обеспечивает надежной защиты от коррозии. Поэтому антикоррозийные покрытия обычно представляют собой систему из двух или трех покрытий, при этом каждый слой выполняет свою определенную функцию. Сочетание покрытий позволяет обеспечить высокий уровень защиты от коррозии. Система антикоррозийных покрытий состоит из грунтовочного слоя, нижнего и верхнего слоя.
Грунтовка обеспечивает хорошую адгезию к защищаемой поверхности и служит подложкой для нанесения последующих слоев. Грунтовка обычно содержит в составе конденсаторную пыль (мелкодисперсный порошок цинка с добавкой оксида цинка). Образуя гальваническую пару с основным металлом (железом), она предотвращает его коррозию. Трудность заключается в необходимости наличия проводящей среды и обычно для этого служит присутствующая на поверхности влага, которая со временем ускоряет коррозию. Также может применяться краситель на основе силиката цинка.
Другой тип грунтовки действует на анодные центры, электрически изолируя их. Это осуществляется за счет оксидного слоя, присутствующего на аноде. Либо с этой целью можно применить фосфатирование защищаемой поверхности.
Нижний слой антикоррозийного покрытия создает связь между наружным слоем и грунтовкой. Верхний слой должен слабо проницаем для коррозионных веществ, устойчив к воздействию УФ-, солнечных лучей, атмосферных явлений.
Рис. 1. Схема защитного антикоррозийного покрытия.
Принято выделять три главные составляющие лакокрасочных антикоррозийных покрытий:
Краситель: обычно присутствует в мелкодисперсной форме, покрывая всю защищаемую поверхность.
Разбавитель: добавляют для придания необходимой вязкости и технологичности.
Связующее: обычно это полимерное органическое вещество, которое связывает частицы красителя друг с другом и обеспечивает хорошую адгезию покрытия к металлу.
Краситель.
Обычно применяют неорганические красители, поскольку органические обесцвечиваются под воздействием УФ-, солнечных лучей, атмосферных явлений.
Краситель должен хорошо смачиваться связующим, при воздействии окружающей среды не изменять своих свойств, не поглощать влагу, желательно, чтобы частицы красителя не проводили электрический ток. Форма частиц красителя предпочтительна чешуйчатая для удлинения пути коррозионных веществ, препятствуя их диффузии (рис. 2).
Рис. 2. Чешуйчатая форма частиц красителя удлиняет путь коррозионных веществ, препятствуя их диффузии.
Объемная доля красителя в покрытии составляет 25-35%. Ее повышение ухудшает защитные свойства покрытия. Гранулометрический состав красителя тщательно подбирается для однородности краски.
Разбавитель.
Разбавители добавляют в краску для улучшения ее технологичности. После нанесения покрытия разбавитель испаряется. Следует учитывать, что слишком высокая скорость испарения приведет к наличию дефектов покрытия. После испарения разбавителя не должно оставаться никаких нелетучих соединений, которые могут ухудшить антикоррозионные свойства покрытия.
Распространенные разбавители: метилэтилкетон, высшие спирты (бутанол), ксилол. Применяют также смеси, например, ксилол-бутанол для эпоксидных смол.
Связующее.
Именно связующие вещества определяют качество антикоррозийного покрытия. Чаще всего используют органические связующие, которые после отверждения приобретают свойства необходимые для защиты поверхности.
Связующие бывают природные и синтетические. Природные – льняное, оливковое, касторовое масла, шеллак, канифоль. Синтетические связующие позволяют получать более широкий спектр свойств.
Свойства основных полимерных связующих важные с точки зрения защиты от коррозии представлены в табл. 1.
Таблица 1. Свойства основных полимерных связующих, используемых в антикоррозийных покрытиях .
Пластик |
Поглощение |
Кислород и озон |
Высокий |
Термопласты |
|||
Фторуглероды |
Инертны |
||
Метилметакрилат |
Разлагается |
||
Нейлон |
|||
Простой полиэфир (хлорированный) |
0,01 |
||
Полиэтилен (низкой плотности) |
0,15 |
||
Полиэтилен (высокой плотности) |
|||
Полипропилен |
0,01 |
||
Полистирол |
0,04 |
||
Поливинилхлорид |
0,10 |
||
Винил (хлорид) |
0 , 45 |
||
Термореактивные пластмассы |
|||
Эпоксидные смолы |
|||
Фенольные смолы |
|||
Полиэфиры |
|||
Силикон |
0,15 |
||
Мочевины |
Обозначения в таблице:R - стоек, А - сильно подвержен действию, F - средне, Р – слабо, SA - незначительно.
Добавки.
Добавки вводятся для повышения адгезии, технологичности, улучшения физических свойств антикоррозийных покрытий.
С течением времени свойства антикоррозийных покрытий ухудшаются. Через поры, существующие даже в самом качественном органическом покрытии, просачивается влага. Существует еще ряд причин, таких какнекачественное нанесение, старение связующего и др.
Новым направлением в создании органических антикоррозийных покрытий является применение полианилина, самого известного представителя проводящих полимеров. В основе антикоррозийных свойств полианилина лежит предотвращение или замедление им процесса окисления металла кислородом воздуха. Ряд авторов объясняет это следующим образом. Определенные фрагменты молекулы полианилина обладают более высоким окислительно-восстановительным потенциалом по сравнению с окислительно-восстановительным потенциалом кислорода. Поэтому полианилин окисляет ион кислорода О 2- до молекулярного кислорода, что ингибирует окисление металла.
Металлические антикоррозийные покрытия.
Самый распространенный метод защиты от коррозии – это нанесение металлических антикоррозийных покрытий. Данный тип покрытий имеет хорошую адгезию и может наноситься множеством способов: окунанием, гальванизацией , напылением (плазменным , сверхзвуковым и др.), электроискровым методом и др.
Надежность металлического антикоррозийного покрытия обусловлена его положением в электрохимическом ряду напряжений относительно защищаемого металла. Если покрытие катодно по отношению к основному металлу, например как хром, мель, свинец или никель но отношению к железу, то образование оголённой поверхности в результате повреждения или некачественного нанесения приводит к интенсивной локальной коррозии из-за невыгодного соотношения площадей электродов. Если же покрытие анодно, как в случае цинка или алюминия по отношению к железу, то образование оголённой поверхности основного металла не вызывает таких катастрофических последствий, как в предыдущем случае. Поверхность оказывается защищенной катодно.
При разработке антикоррозийных покрытий необходимо учитывать совместимость металлов .
Керамические антикоррозийные покрытия.
Применение этого типа покрытий актуально только для высокотемпературных изделий, поскольку очень сложно обеспечить высокий уровень адгезии керамики к металлу.
Литература:
Р. Ангал. Коррозия и защита от коррозии. Изд-во «Интеллект», 2013. – 344 с.
Металлические конструкции, применяемые в строительстве, должны быть надёжно защищены от воздействия окружающей среды и, в первую очередь, от коррозии. Коррозия металла является физико-химической реакцией материала с окружающей средой, под влиянием которой свойства металла изменяются. Данный процесс и приводит к повреждению металла или коррозии.
Для всех металлических конструкций наиболее простым и доступным способом антикоррозионной защиты металла является применение специальных красок и эмалей. Лакокрасочные антикоррозионные покрытия имеют ряд преимуществ по сравнению с другими видами защитных материалов:
Антикоррозионные покрытия для защиты металла являются одним из важнейших направлений производственной деятельности Компании КрасКо. Мы предлагаем Вашему вниманию целую серию антикоррозионных покрытий, специально предназначенных для защиты металла.