CC BY
46УДК 678.643:621.774:622
м.в. Жуков, Ю.в. прыкина, и.м. гатауллина, в.н. панов, ОАО «РосНИТИ»; Е.я. кузнецова, ОАО «ВТЗ»
анализ методов определения площади отслаивания защитного покрытия при катодной поляризации, приведенных в стандартах:
гост р 51164-98; ГОСТ 9.602-2005; CAN/CSA Z245.20-10; CAN/CSA Z245.21-10; NF A 49-711
В настоящее время основными направлениями повышения коррозионной стойкости труб является совершенствование технологии выплавки стали, производства труб и применение защитных полимерных покрытий.
При производстве труб с защитным полимерным покрытием одним из важных технических показателей, характеризующих качество сформированного покрытия, является площадь отслаивания при катодной поляризации. Целью данной работы являются анализ методов определения площади отслаивания защитного покрытия при катодной поляризации, сравнительная оценка требований к методикам проведения испытания, предложения по получению опытных данных и методу оценки площади отслаивания, способствующих повышению точности результатов испытания.
В качестве объекта анализа были выбраны наиболее известные нормативно-технические документы (НТД), устанавливающие требования к защите от коррозии наружной поверхности стальных газонефтепроводов и подземных сооружений:
• ГОСТ Р 51164-98 «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии» [1];
• ГОСТ 9.602-2005 «Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии» [2];
• CAN/CSA Z245.20-10 «Наружное покрытие стальных труб эпоксидным праймером» [3];
• CAN/CSA Z245.21-10 «Наружное покрытие труб полиэтиленом» [4];
• NF A 49-711 «Стальные трубы. Трехслойное наружное покрытие на основе полипропилена» [5]. На первый взгляд методики по определению площади отслаивания защитного покрытия при катодной поляризации в рассматриваемых НТД схожи, но на самом деле имеются отличительные особенности как в подготовке к проведению испытания,так и в методах оценки площади отслаивания.
ТРЕБОВАНИЯ К ОБРАЗЦАМ
Требования к образцам приведены в таблице 1.
По CAN/CSA Z245.20-10 (п. 12.8.3.1), CAN/CSA Z245.21-10 (п. 12.3.2.2), NF A 49-911 (п. К. 3.4.) к испытаниям по определению площади отслаивания защитного покрытия при катодной по-
ляризации допускаются образцы, прошедшие контроль сплошности покрытия при помощи искрового дефектоскопа. По ГОСТР 51164-98 и ГОСТ 9.602-2005 требования к контролю сплошности покрытия образцов перед проведением испытания отсутствуют. Однако нарушение сплошности покрытия на образцах может привести к появлению катодных зон, что, в свою очередь, будет способствовать увеличению площади отслаивания и получению недостоверных результатов эксперимента.
При испытаниях образцов в виде трубок по ГОСТ 9.602-2005 (п. Л.3.) и ГОСТ Р 51164-98 (п. В.3.2) площадь контакта покрытия образца с электролитом должна быть не менее 358 см2 и 232 см2 соответственно. При расчете пло-
Таблица 1.
ОБОЗНАЧЕНИЕ НТД требования к образцам
Тип Размеры
ГОСТ Р 51164-98 трубки с наружным покрытием наружный диаметр 38 мм, длина 180 мм
пластина или карта (сегмент) с наружным покрытием 100 х 100 мм толщиной более 1,5 мм
ГОСТ 9.602-2005 трубки с наружным покрытием диаметр не менее 76 мм, длина не менее 150 мм
CAN/CSA 1245.20-10 пластина или карта (сегмент) с наружным покрытием 100 х 100 х 6,4 мм или толщина стенки трубы
CAN/CSA 1245.21-10 карта (сегмент) с наружным покрытием 100 х 100 х 6,4 мм или толщина стенки трубы
NF A 49-711 карта (сегмент) с наружным покрытием 80 х 80 мм х толщина стенки трубы, мм
Таблица 2.
Температура испытания, °С Длительность испытания, сутки Искусственный дефект Отслаивание
Тип дефекта Диаметр, мм Среднее арифметическое значение приращения радиуса, AR, мм Среднее арифметическое значение площадь отслаивания, S, см2
20 30 конический 6 1,2 0,27
12 1,3 0,53
80 30 конический 6 11,3 6,1
плоскодонный 9,5 4,6
щади наружной поверхности образца по формуле (1) с минимально допустимыми значениями размеров образцов, приведенными в таблице 1,получаем следующие результаты:
(1)
где: л - число Пи;
D - наружный диаметр образца, см; I - длина образца, см
• по ГОСТ 9.602-2005 площадь наружной поверхности образца составляет: S1=3,14•7,б•15=357,9б~358 см2;
• по ГОСТ Р 51164-98 площадь наружной поверхности образца составляет: S2=3,14•3,8*18=214,77б~215 см2. Расчетное значение площади наружной поверхности образца с покрытием не соответствует требованиям ГОСТ Р 51164-98. Следовательно, требования к размерам образцов или площади контакта поверхности образцов с электролитом некорректны.
При подготовке образца в покрытии сверлят отверстие до образования в металле углубления. Металл при этом не должен быть перфорирован. По ГОСТ Р 51164-98 (п. В.3.1) и ГОСТ 9.602-2005 (п. Л.3.1.) диаметр конического отверстия
должен быть в три раза больше толщины покрытия, но не менее 6 мм; по NF A 49711 (п. К.2.3.3.) диаметр плоскодонного отверстия должен быть 6 мм с глубиной не более 0,5 мм; по CAN/CSA Z245.20-10 (п. 12.8.3.2) необходимо в центре образца просверлить отверстие 3,0 или 3,2 мм, чтобы была видна стальная подложка; по CAN/CSA Z245.21-10 (п. 12.3.3.1) необходимо в центре образца просверлить отверстие 6,4 мм, чтобы была видна стальная подложка. Таким образом, в стандартах NF A 49-711, CAN/ CSA Z245.20-10 и CAN/CSA Z245.21-10 диаметр наносимого отверстия не зависит от толщины покрытия. Специалистами ОАО «ВТЗ» проведены исследовательские работы по определению влияния размера и типа дефекта, наносимого на образцы с покрытием,на значение площади отслаивания. Образцы отбирались от одной трубы с трехслойным полиэтиленовым покрытием, что исключало влияние возможных различий в качестве подготовки поверхности и свойствах самого покрытия. Результаты исследования приведены в таблице 2. Исследования показали, что при увеличении диаметра наносимого дефекта наблюдается увеличение значения пло-
щади отслаивания покрытия. Также было установлено, что на образцах с плоскодонным типом дефекта значение площади отслаивания меньше, чем на образцах с коническим типом дефекта. Поэтому сопоставление результатов испытаний при различных значениях диаметра и типа нанесенного дефекта на образцах с покрытием некорректно.
ТРЕБОВАНИЯ К ОБОРУДОВАНИЮ И СРЕДСТВАМ ИЗМЕРЕНИЯ
Сравнивая требования, предъявляемые к оборудованию и средствам измерения, для определения площади отслаивания покрытия при катодной поляризации рассматриваемых НТД по ГОСТ 9.6022005 и ГОСТ Р 51164-98 требования к приборам и оборудованию схожи. По NF А 49-711, САИ/СБА Z245.20-10 и САИ^А 2245.21-10 потенциал на образце устанавливается при использовании каломельного контрольного электрода в отличие от ГОСТ Р 51164-98 и ГОСТ 9.602-2005, где требуется использовать хлорсеребряный электрод. Для сравнения, потенциал каломельного электрода при температуре 25 0С составляет 0,2412 В против 0,222 В хлорсеребряного электрода.
140054, Московская обл., г. Котельники, Дзержинское шоссе, д. 4 e-mail: [email protected]
[email protected] www.arieipoiimer.ru
1 Обеспечение объектов газоснабжения соединительными деталями, цокольными вводами, запорной арматурой
■ Оказание услуг по антикоррозионной изоляции стальных труб двух- и трехслойным полиэтиленовым покрытием
Тел./Факс:
+7 (495) 777-13-88
1 Поставка стальных труб диаметром от 57 до 630 мм
с антикоррозионным двух- и трехслойным полиэтиленовым покрытием, а также футляров в изоляции ВУС (из б/у труб) для проколов
Рис. 1. Электрические схемы для испытания одного образца в виде трубки, с использованием магниевого (А) и инертного (Б) анода по Гост 9.602-2005 и Гост Р 51164-98
1 - емкость; 2 - испытуемый образец; 3 - электролит; 4 - анод; 5 - вольтметр; б - электрод сравнения
Рис. 2. Электрическая схема для испытаний трех образцов в виде трубок, с использованием магниевого анода
Также стоит отметить, что по ГОСТ 9.6022005 необходимо использовать электролит более сложного химического состава в отличие от других стандартов. Различия в применяемых электролитах и электродах сравнения накладывают определенные ограничения на возможность сопоставления результатов испытаний, приведенных в рассматриваемых НТД.
Площадь отслаивания покрытия по ГОСТ 9.602-2005, ГОСТ Р 51164-98 и NF A 49711 определяют взвешиванием бумаги с известной плотностью, площадью, равной площади отслаивания покрытия. Но при этом требований к весам в ГОСТ 9.602-2005 и ГОСТ Р 51164-98 нет. В ГОСТ 9.602-2005 также отсутствует требование на оборудование для поддержания требуемых значений температуры испытания.
требования к порядку проведения испытания
В зависимости от типа используемого электрода для испытаний образцов в виде трубок по ГОСТ 9.602-2005 (п. Л.3.1.) и ГОСТ Р 51164-98 (п. В.3.2) собирают одну из двух электрических схем, представленных на рисунке 1. На представленных электрических схемах отображено подключение в электрическую цепь одного испытуемого образца, но в соответствии с требованиями ГОСТ 9.602-2005 и ГОСТ Р 51164-98 необходимо три испытуемых образца поместить вертикально, симметрично центру в плоскодонную
1 - испытуемый образец; 2 - труба из полиэтилена; 3 - электролит; 4 - анод; 5 и 8 - вольтметр; 6 - эталонное сопротивление; 7 - реостат; 9 - электрод сравнения
Рис. 3. Электрическая схема для испытаний трех образцов в виде трубок, с использованием инертного анода
Рис. 4. Электрические схемы для испытания одного образца в виде пластины с наружным покрытием или карты (сегмента), с использованием магниевого (А) и инертного (Б) анода
Рис. 5. Электрическая схема для испытаний трех образцов в виде пластины или карты (сегмента), с использованием магниевого анода
емкость с электролитом, а в центре емкости разместить анод. Собрав электрическую схему с тремя образцами и одним анодом, не представляется возможным установить необходимое значение потенциала на каждом образце в отдельности. Чтобы получить достоверные результаты и возможность установить одинаковый потенциал на каждом образце, сотрудники лаборатории покрытий ОАО «РосНИТИ» предлагают собирать электрические схемы, представленные на рисунках 2 и 3. После сборки электрической схемы и установки необходимого потенциала вольтметр 5 отключают и фиксируют время начала испытаний. Для испытаний на пластинах или картах (сегментах) по ГОСТ Р 51164-98, в зависимости от типа используемого электрода, собирают одну из двух электрических схем, представленных на рисунке 4.
Исходя из требований ГОСТ Р 51164-98 (п. В.6), за значение площади отслаивания покрытия при катодной поляризации принимают среднее арифметическое значение результатов измерений на трех образцах, поэтому целесообраз-
нее собирать электрическую схему с тремя испытуемыми образцами, так, как представлено на рисунках 5 или 6. По ^ А 49-711 для испытания собирают схему, представленную на рисунке 7. За результат испытаний принимают среднее арифметическое значение результатов измерений на шести образцах. В данном стандарте используется охлаждающий змеевик для понижения температуры электролита до (30+5) °С,
но в испытаниях при температуре (23±2) 0С по. NF А 49-711 (п. 9.13.3) его применение нецелесообразно. Электрические схемы для проведения испытания в стандартах САИ/СБА 2245.20-10 и САИ/СБА 2245.21-10 не представлены, но дано описание процедур по подготовке и проведению испытания, которые схожи с представленными в стандартах ГОСТ 9.602-2005, ГОСТ Р 51164-98 и ИГ А 49-711.
Ведущая российская научно-производственная компания предлагает к использованию протяженные гибкие заземлители из электроповодной резины - современные средства электрохимической защиты от подземной коррозии: газопроводов, нефтепроводов, теплотрасс, продуктопроводов, резервуаров долгосрочного хранения ГСМ, любых иных металлических сооружений любой формы и металлоемкости.
ш
ЛГИС1»
♦со IN*
Система менеджмента качества соответствует требованиям ГОСТ Р ИСО 9001-2001 (ИСО 9001:2000)
Свидетельства на товарные знаки "ЭР" и "ПАР", per. № 225481,№ 225482, № 345471, № 345472 Патент РФ № 2236483, Патент РФ № 2291226 на электроды анодного заземления Методика "Способы защиты подземных металлических сооружений от коррозии протяженными гибкими анодами (ПГА)"
ДЛЯ ВАС МЫ ГОТОВЫ ПРОВЕСТИ:
диагностику текущего состояния металлических конструкций;
ЛВк.-1 -
подбор необходимых средств ЭХЗ;
расчет и проектирование системы ЭХЗ;
поставку электродов анодного заземления и шеф-монтаж;
консультации по всем вопросам производства и применения протяженных гибких анодов ПАР и ЭР.
ООО «МИНАДАГС» E-mail: [email protected] www.minadags.ru Малая Пироговская ул., 1, МИТХТ, Москва, 119435, Т./ф.(499) 246 27 41 шоссе Энтузиастов, 5, ВНИИКП, оф. 1204, Москва, 111024, Т./ф. (495) 225 87 76
3 4 9 1 2 i 9 3 14 9 1 - испытуемый образец; 2 - труба из полиэтилена;
3 - электролит;4 - анод; 5 и 8 - вольтметр; 6 - эталонное сопротивление; 7 - реостат; 9 - электрод сравнения
Рис. 6. Электрическая схема для испытаний трех образцов в виде пластины или карты (сегмента), с использованием инертного анода
Рис. 7. Схема электролитической ячейки для испытания образцов покрытия в виде карты (сегмента) с наружным покрытием по NF A 49-711
Стоит отметить, что испытания по CAN/CSA Z245.20-10 и CAN/ CSA Z245.21-10 проводятся только на одном образце с наружным покрытием.
В рассматриваемых НТД требования к продолжительности и температуре проведения испытаний, значению выставленного потенциала на образцах различны. Сопоставлять данные различных экспериментов возможно только при условии идентичности их проведения.
обработка результатов испытаний
После испытаний по ГОСТ 9.602-2005 (п. Л.4.3.), ГОСТ Р 5116498 (п. В.5.4) и NFA 49-711 (п. К.5.2.) площадь отслоившегося участка покрытия оголяют, осторожно поддевая и срезая покрытие скальпелем. Площадь отслоившегося участка переводят на кальку, а затем на плотную бумагу с известной массой единицы площади и вычисляют методом взвешивания. Стоит отметить, что при переводе и последующей вырезке площади отслоившегося участка на кальку, с кальки на бумагу, а также вырезке круга, равного по площади первоначально нанесенному дефекту в покрытии, легко допустить неточность, которая приведет к получению недостоверных результатов испытаний. Площадь отслаивания вычисляют по формуле:
S=m/m', (2)
где m - масса бумаги площадью, равной площади отслаивания, г;
m' - масса 1 см2 бумаги, г/ см2.
За величину площади отслаивания покрытия при катодной поляризации принимают среднее арифметическое значение результатов измерений на трех образцах по ГОСТ 9.602-2005 (п. В.6), вычисляемое с точностью до 0,5 см2, и шести образцах испытуемого покрытия по NF A 49-711 (п. 9.13.3.). По CAN/CSA Z245.20-10 (п. 12.8.3.2 (j)) и CAN/CSA Z245.21-10 (п. 12.3.3 (j)) специальным ножом наносят радиальные разрезы через покрытие до подложки и кончиком лезвия ножа поддевают отслоившиеся участки до тех пор, пока покрытие не будет проявлять определенное сопротивление. Измеряется расстояние нарушения связанности от края, первоначально нанесенного дефекта в покрытии вдоль каждого радиального разреза и рассчитывается среднее арифметическое измеренных значений.
По данным стандартам вычисляется не площадь отслаивания покрытия, а среднее арифметическое значение длины нарушения связанности покрытия с металлической подложкой. Построение многогранника по радиальным разрезам или окружности, с вычисленным значением радиуса, и расчет условной площади отслаивания в принципе возможны. На рисунке 8 представлены примеры радиальных разрезов покрытия, построение многогранника и окружности для определения условной площади отслаивания.
Специалистами лаборатории покрытий ОАО «РосНИТИ» разработан метод определения площади отслаивания при катодной поляризации, позволяющий отказаться от трудоемких операций, исключить влияние человеческого фактора и получить более достоверные данные эксперимента.
1 - электрод сравнения; 2 - платиновый анод; 3 - пластиковая крышка; 4 - пластиковый цилиндр;
5 - охлаждающий химически инертный змеевик;
6 - катод; 7 - покрытие образца; 8 - химически инертная изоляция; 9 - стальная подложка образца
s
V \>7
1 - исследуемый образец;
2 - радиальные разрезы; 3 -многогранник; 4 - окружность
Рис. 8. Примеры радиальных разрезов покрытия
В основе метода лежат получение растрового изображения высокой четкости образца с отслоенным покрытием и последующая обработка изображения на персональном компьютере с использованием графического редактора. В растровой графике цифровые изображения состоят из пикселей - наименьших логических элементов изображения. Для определения количества пикселей полученного изображения в 1 см2 образца на образец перед фотосъемкой накладывается эталонный трафарет в виде сетки с размером ячейки 0,5 х 0,5 мм или 1 х 1 мм. Построив в графическом редакторе на отснятом изображении в области трафарета элемент в виде квадрата с площадью 1 см2 цветом, отличающимся от основных цветов изображения (розовый или ярко-зеленый), применив инструмент для выделения области с одинаковым оттенком цвета, автоматически производят подсчет выделенных пикселей и устанавливают необходимое соотношение. После этого на изображении образца область отслаивания также закрашивается цветом, отличающим-
Рис. 9. Пример определения площади отслаивания покрытия при катодной поляризации методом, разработанным специалистами ОАО «РосНИТИ»
ся от основных цветов изображения. Применив инструмент для выделения области с одинаковым оттенком цвета, автоматически производят подсчет выделенных пикселей и определяют площадь отслаивания, рассчитанную в пикселях. Используя полученное ранее соотношение, определяют площадь отслаивания в см2. Пример такого способа определения площади отслаивания при катодной поляризации приведен на рисунке 9.
Как видно из рисунка 9, в 1 см2 содержится 66 123 пикселей, площадь окрашенного участка отслоившегося покрытия составляет 263 461 пиксель. Площадь отслаивания определяем по формуле (3):
S =S /S 2
-'отс -'окр -'см '
(3)
г 263461 пикселей _ „„ ,
S0TC--—=3,98 см2.
пикселей
66123
см'
где 5окр - площадь окрашенного участка отслоившегося покрытия, кв. пиксели;
Sсм2 - площадь окрашенного участка на трафарете 1 см2, кв. пиксели. Подставив значения в формулу (3), получаем:
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведенного анализа методов определения площади отслаивания защитного покрытия при катодной поляризации, приведенных в стандартах: ГОСТ Р 51164-98; ГОСТ 9.602-2005; CAN/ CSA Z245.20-10; CAN/CSA Z245.21-10; NF A 49-711, показаны отличительные особенности в подготовке к проведению испытания и в методах оценки площади отслаивания и невозможность корректно сравнивать результаты испытаний. Представленные электрические схемы, с параллельным подключением исследуемых образцов с покрытием, позволяют установить одинаковые значения потенциала на каждом образце, что способствует получению более достоверных данных эксперимента. Разработанный метод расчета площади отслаивания защитного покрытия при катодной поляризации позволяет исключить трудоемкие операции, снизить влияние человеческого фактора и повысить точность эксперимента.
Литература:
1. ГОСТ Р 51164-98. Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии. - Введ. 23.04.1998. М.: Госстандарт России, 1998. - 46 с.
2. ГОСТ 9.602-2005. Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии. - Введ. 25.10.2005. - М.: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, 2005. - 59 с.
3. CAN/CSA Z245.20-10. Plant-applied external fusion bond epoxy coating for steel pipe. - Введ. 01.06.2010. - Mississauga: CANADIAN STANDARDS ASSOCIATION, 2010.
4. CAN/CSA Z245.21-10. Plant-applied external polyethylene coating for steel pipe. - Введ. 01.06.2010. - Mississauga: CANADIAN STANDARDS ASSOCIATION, 2010.
5. NF A 49-711. Steel pipes. Three-layer external coating based on polypropylene by extrusion.
Ключевые слова: катодное отслаивание, площадь отслаивания, защитное покрытие, катодная поляризация.
