CC BY
10
Грунтовi мкрооргатзми можуть зумовлювати корозiю металу шляхом безпосе-реднього впливу на кшетику електродних реакцiй, продукування речовин у проце^ метаболiзму, якi спричиняють корозш, а також створення на поверхш металу умов для появи концентращйних електрохiмiчних елементiв. У процесi бюкорозп пiд дieю грунтових мiкроорганiзмiв пошкоджуеться як зовнiшня, так i внутршня поверхнi трубопроводу з утворенням нас^зних руйнувань (рис. 2).
Рис. 2. Бюкорозшш пошкодження внутрШньоН поверхш трубопроводу Ыаметром
89 мм [4]
Для захисту металу трубопроводiв вщ короз^их уражень пропонують широку номенклатуру iзоляцiйних покриттiв, яка постiйно оновлюеться. Попри сучаст види iзоляцií (полiуретановоí, полiепоксидноí, тришарово'1 полiетилено-во'1) домiнантнi позицп в нафтогазовому комплексi Укра'ни зберегли менш по-пулярнi, проте "традицшш", мастиковi та мастиково-стрiчковi покриття на наф-то-бiтумнiй основi, частка яких в газовому секторi економiки перевищуе 94 % (94,6).
Видiлення невир1шених частин проблеми. Пiд час застосування сучас-них мастикових i мастиково-стрiчкових покриттiв для iзолювання сталевих труб i магiстральних трубопроводiв нафтогазового комплексу Укра'ни не вра-ховують фактори мкробюлопчно'' стiйкостi протикорозiйних покриттiв до три-вало'1 дп мiкроорганiзмiв у тдземному середовищi. Зазначена ситуацiя призво-дить до ризику виникнення еколопчно-небезпечних ситуацiй внаслiдок ютот-ного попршення технiко-експлуатацiйних параметрiв нафто-бiтумних мастик i систем мастико-стрiчковоí iзоляцií, спричиняючи корозшш руйнування з вито-ком транспортованих продуктiв i забруднення навколишнього середовища. Ре-алп структури виробництва i застосування протикорозiйних матерiалiв для iзо-лювання рiзних типiв магiстральних i комунальних трубопроводiв в Украíнi не дають змогу вщмовитися на найближчi 5-10 рокiв вiд дешевих i доступних наф-то-бiтумних покриттiв. З огляду на це, вдосконалення бiтумно-полiмерних мастик з метою надання 1*м якiсно нових властивостей залишаеться актуальною проблемою як у науковому, так i прикладному аспектах.
На сьогодт найдieвiшим засобом протикорозiйного та мкробюлопчно-го захисту пiдземних трубопроводiв е розроблення композицiйних бiостiйких iзоляцiйних матерiалiв введенням до 1*х складу iнгiбiторiв корозп (бiоцидiв).
Роль бiоцидiв зводиться не тiльки до стабшзацп електрохiмiчноi ситуацп, але й до пригшчення протягом тривалого часу життeдiяльностi грунтових корозшно-небезпечних мiкроорганiзмiв. У зв'язку з викладеним вище, метою дослвдження е розроблення композицшних бюстшких iзоляцiйних матерiалiв на базi бпум-но-полiмерноi мастики полiфункцiональними iнгiбiторами корози, впроваджен-ня яких у тепершню практику переiзоляцil дiючих трубопроводiв сприятиме пiдвищенню ефективностi протикорозiйного захисту та рiвня еколопчно!' безпе-ки об'ектш нафтогазового комплексу.
Виклад результата проведеного дослщження. На основi аналiзу в^-чизняного та зарубiжного досвiду використання бiоцидiв для модифжацп за-хисних iзоляцiйних матерiалiв [4-8], сформульовано основш вимоги до вибору бiоцидiв [9], яю враховано у розробленнi композицшних iзоляцiйних матерь алiв. Основою для композицш iзоляцiйних захисних матерiалiв слугувала бь тумно-полшерна мастика МБП1-Д-1. Основним чинником, який визначае захис-ну здатнiсть iзоляцiйних покритлв, е 1х адгезiйнi характеристики. З метою 1х пiдвищення, на першому етапi дослiджень розроблено рецептури модифжова-них праймерiв i мастик шпбторами корози рiзних класiв органiчних сполук. Експериментально встановлено, що модифiкованi праймери "МП2", "МП3" i "МП6", порiвняно з базовим праймером "П", володши вищою адгезiею мастики до загрунтованого металу на 46,0, 36,0 i 16,0 % вiдповiдно, що пов'язано, ймо-вiрно, зi змiною структури мастики. Розроблено композицп модифiкованих мастик iз введенням iнгiбiтора корози з класу амiнiв до базово! мастики "Б" в об-ласт концентрацiй 0,03-0,2 % мас. та вивчено !х характеристики (табл. 1).
Табл. 1. Характеристики композицш модифтованих мастик тгШтором з класу амЫв
Рецептура Температура роз-м'якшення, оС Глибина проникнення голки за 20 оС, 0,1 мм Розтяг за 20 оС, мм
МБП1-Д-1 "Б" 96 20 9,7
Б + 0,03 % 1нг. 3 98 19 7,1
Б + 0,05 % 1нг. 3 93 19 9,3
Б + 0,1 % 1нг. 3 95 20 10,0
Б + 0,2 % 1нг. 3 94 28 11,0
На основi результапв експериментальних дослвджень вибрано опти-мальний вмiст шпбггора в модифiкованих мастиках, який становив 0,1 % мас. На основi модифiкованого праймера "МП3" розроблено композицшш iзоля-цiйнi матерiали рiзного складу i вивчено !х характеристики (табл. 2). Дiапазон змiни концентрацп iнгiбiтора " 1нг. 3" у композицшних матерiалах становив вiд 0,03 до 0,3 мас. %. При цьому вважаеться, що мiцнiсть композицшного матерь алу нечутлива до змши концентрацii дослiджуваного iнгiбiтора.
Встановлено, що для праймера "МП3" та модифжовано!' базово!' мастики (Б) iнгiбiтором "1нг. 3" концентращею 0,1 % мас. спостериалося покращення адгезп мастики до загрунтованого металу на 36,0 % та шдвищення адгези стрiч-ки до мастики на 13,3 %. На основi проведених експериментальних випробу-вань отримано кiлькiснi данi, яю пiдтверджують пiдвищенi протикорозiйнi характеристики композицшного iзоляцiйного матерiалу на базi мастики МБП1-Д-
1 (Б), модифковано! шпбггором iз класу амШв. Цей iнгiбiтор добре сумь щаеться з бiтумно-полiмерною основою, пiдсилюючи ц захисний ефект.
Табл. 2. Характеристики композицш модифтованих мастик
Прай-мер
Мастика
Адгезш стр1ч-ки до мастики, Н/мм
Ддгез1я мастики до загрунтовано-го металу, Н/мм2
Загальна товщи-на захисного покриття, мм
Мщтсть п1д час удару за 20 оС, Дж
П
Б
1,5
0,50
4,3
15
МП3
Б+0,03 % 1нг. 3
1,5
0,50
4,2
15
МП3
Б+0,05 % 1нг. 3
1,7
0,52
4,2
15
МП3
Б+0,1 % 1нг. 3
1,7
0,68
4,2
15
МП3
Б+0,2 % 1нг. 3
1,4
0,50
4,3
15
МП3
Б+0,3 % 1нг. 3
1,6
0,48
4,2
15
Приготовлено рецептури композицшних iзоляцiйних покриттiв з одна-ковим iнгiбiтором, введеним як до складу праймера, так i до складу мастики, а також рiзною комбiнацieю iнгiбiторiв у складi праймерiв i в складi мастик i вив-чено !х характеристики (табл. 3).
Табл. 3. Характеристики композицш iзоляцiйних покриттiв
Прай-
мер
Мастика
Адгезш стр1ч-ки до мастики, Н/мм
Ддгезш мастики до загрунтованого металу Н/мм
Загальна товщи-на захисного по-криття, мм
Мщтсть при удар1 при 20 оС, Дж
П
Б
1,5
0,50
4,3
15
МП3
Б+0,1 % 1нг. 3
1,7
0,68
4,2
15
МП2
Б+0,05 % 1нг.3
1,7
0,61
4,2
15
МП2
Б+1,0 % 1нг.2
1,4
0,62
4,3
15
МП2
Б+0,1 % 1нг. 5
1,7
0,50
4,7
18
МП2
Б+0,5 % 1нг.6
1,6
0,61
3,7
15
МП6
Б+0,1 % 1нг.6
1,7
0,62
4,3
15
МП3
Б+0,1 % 1нг.6
1,55
0,52
4,2
15
Аналiз отриманих результатiв показав, що адгез1я стрiчки до мастики практично не залежить вiд рецептури композицiй iзоляцiйного покриття. Вод-ночас, адгез1я мастики до загрунтованого металу була вищою, порiвняно з базо-вою композищею для рецептур МП3+"1нг. 3" i МП6+"1нг. 6" на 36,0 i 24,0 % вiдповiдно. Отже, введення iнгiбiторiв "1нг. 3" i "1нг. 6" як до складу праймера, так i до складу мастики дае змогу отримувати композицiйнi iзоляцiйнi покриття з вищими адгезiйними показниками i пластичними властивостями.
Одним iз показникш ефективностi використання композицiйних iзоля-цiйних матерiалiв на бiтумно-полiмернiй основi е водонасичення, оскiльки виз-начае пдрофобшсть мастики, дiелектричнi властивостi композицшного покриття та, в шдсумку, технiко-експлуатацiйнi параметри i довговiчнiсть експлуата-цil. Проведено три серii дослвдш з вивчення водонасичення базово! та композицш модифшованих мастик шпбторами "1нг. 3" i "1нг. 6" у дистильованш та морськiй водi (рис. 3, 4).
Експериментально встановлено вплив природи iнгiбiтора на пдрофобшсть мастик у дистильованш вод1 Модифкащя базово! мастики iнгiбiторами "1нг. 3" i "1нг. 6" сприяе зниженню втрат маси мастик за контакту з водою май-
же вдвiчi. При цьому iнгiбiтор, сорбуючись на поверхш биyмно-полiмерноi' ос-нови, ймовiрно, утворюе нову структуру з тдвищеною гiдрофобнiстю.
5(Доби)
Рис. 3. Вплыв природы iнгiбiтора на водонасичення базовое мастики та композицШ модифжованих мастик у дистильовамй вод1
Отримаш результати мають важливе практичне значення, оскшьки вони допоможуть цiлеспрямовано отримувати композицп модифiкованих мастик за експлуатацп у перезволожених грунтах. Водонасичення мастик базово'Т i моди-фiкованих у морськш водi е значно нижчим, шж у дистильованiй водi. Так, за однаковий промiжок часу (292 доби) водонасичення базовоТ мастики майже в 4 рази нижче в морськш вод^ порiвняно з дистильованою водою (див. рис. 4). Отримаш результати е важливими з практично'' точки зору, оскшьки це вщкри-вае ще одну грань для використання композицш модифшованих б^умно-поль мерних мастик як у морськш вод^ так i в сильномiнералiзованих грунтах, вмют солей в яких перевищуе 4 %.
Рис. 4. Вплив природи тг1б1тора на г1дрофобтсть мастику морськш водi
Для тдвищення надiйностi та тривалосп експлуатацп пiдземних нафто-газопроводiв, покритих iзоляцiйними матерiалами на базi мастикових покрит-тiв, потрiбною умовою е Тх бiостiкiсть до дл грунтових корозiйно небезпечних мiкроорганiзмiв, яка досягаеться введенням бiоцидiв до складу iзоляцiйних ма-терiалiв. Предметом проведених дослiджень були органiчнi iнгiбiтори з класiв амiнiв та четвертинних амошйних солей, якi можуть виступати компонентами iнновацiйних композицiй iнгiбуючих систем. Методом дифузп в агаризоване середовище, засшне культурами вуглеводеньокиснювальних (ВОБ) та дештри-фiкувальних (ДНБ) бактерiй, проведено дослщження бактерицидно' активностi цих iнгiбiторiв корозп [10]. З участю дослiджуваних шпби^в корозп отрима-но зразки модифшованих мастик на базi заводсько'Т мастики й дослщжено Тх мь кробну стiйкiсть згiдно з ДСТУ 3999-2000 [11]. Експериментально встановлено: бiтумно-полiмернi iзоляцiйнi мастики, модифiкованi iнгiбiторами корозп "1нг.
3" i "1нг. 6" е бiостiйкими до дц ВОБ, ДНБ i сульфатввдновлювальних (СВБ) ба-ктерш, що дае змогу отримувати на !х 0CH0Bi захиснi композицiйнi iзоляцiйнi покриття, яю будуть стiйкими до руйнiвного впливу ВОБ, ДНБ i СВБ бактерш. Отримання бiостiйких модифiкованих мастик з участю нiтрогеновмiсних шпбь торш корозп з пiдвищеною гiдрофобнiстю та розроблення та практична реалiза-цiя композицшних бiостiйких протикорозiйних покриттiв на бггумно-полшер-нiй основi е одним i3 шляхiв вирiшення важливо! еколого-технологiчноi проб-леми пiдвищення протикорозiйного та мжробюлопчного захисту пiдземних га-зонафтопроводiв.
Висновки. Розроблено рецептури нових композицiй бiтумно-полiмер-них iзоляцiйних покриттiв на основi модифiкованих праймерш i мастик шпбь торами корозп рiзних класiв оргашчних сполук та вивчено ix характеристики. Експериментально встановлено вплив природи шпбггора на гiдрофобнiсть ба-зово! мастики та композицш модифiкованиx мастик у дистильованш i морськiй водi. Визначено бактерицидну активнiсть дослiджуваниx iнгiбiторiв корозп з класу ароматичних амiнiв та четвертинних амонiйниx солей. З участю цих шп-бiторiв отримано зразки модифжованих мастик на базi заводсько! мастики й проведено дослiдження !х мiкробноi стiйкостi згiдно з ДСТУ 3999-2000. Експериментально встановлено бюстшюсть захисних композицiйниx iзоляцiйниx ма-терiалiв до руйнiвного впливу корозiйно небезпечних грунтових мжрооргашз-мiв, що приведе до пiдвищення протикорозiйного та мжробюлопчного захисту пiдземниx трубопроводiв.
Лiтература
1. АндреюкК.1. Мшробна корозiя пiдземних споруд / К.1. Андреюк, 1.П. Козлова, Ж.П. Коптева та iH. - К. : Вид-во "Наук. думка", 2005. - 258 с.
2. Козлова 1.П. Геохiмiчна дшльныиъ мжрооргашзмгв та ii прикладн аспекти / 1.П. Козлова, О.С. Радченко, Л.Г. Степура та iH. - К. : Вид-во "Наук. думка", 2008. - 527 с.
3. Стрижевский И.В. Подземная коррозия и методы защиты / И.В. Стрижевский. - М. : Изд-во "Металлургия", 1986. - 112 с.
4. Кушнаренко В.М. Бикоррозия стальных конструкций / В.М. Кушнаренко, Ю.А. Чирков, В.С. Репях и др. // Вестник Оренбургского государственного университета : науч.-практ. журнал. - 2012. - № 6 (142)/июнь. - С. 160-164.
5. Андерсен Р.К. Бактерициды для борьбы с биокоррозией в нефтяной промышленности / Р.К. Андерсен, С.М. Эфенди-заде. - М. : Изд-во ВНИИОЭНГ, 1989. - 11 с.
6. Booth G.H. Criteria of soil aggressiv enesstowards buriedmetals / G.H. Booth, A.W. Cooper, A.K. Tiller // Br. Corros. J. - 1968. - Vol. 2. - Pp. 104-118.
7. Connel W.E. Sulfatereduction ins oil: effects of redoxpotential and pH / G.H. Booth, W.H. Jr. Patrick, A.W. Cooper, A.K. Tiller // Science. - 1968. - Vol. 159. - № 3810. - Pp. 86-89.
8. Липович Р.Н. Микробиологическая коррозия и методы ее предотвращения / Р.Н. Липо-вич, А.А. Гоник, К.Р. Низамов. - М. : Изд-во ВНИИОЭНГ, 1977. - 46 с.
9. Крижашвський E.I. Забезпечення мшробюлопчно! стшкост бiтумно-полiмеpного iзоля-цшногопокриття / E.I. Крижашвський, Я.1. Федорович, М.С. Полутренко та ш. // Розвщка та розроблення нафтових та газових родовищ : зб. наук. праць. - 2009. - № 3(32). - С. 72-79.
10. Полутренко М.С. Бюстшшсть шпбггорш корози-бюцидш, складових комплексу проти-корозшного захисту лшшно! частини нафтогазотранспортно! системи Украши / М.С. Полутренко, А.1. Пщяшенко-Новохатний // Науковий вiсник НУБiП Украши : зб. наук. праць. - К. : Вид-во НУБШ Украши. - 2014. - № 1(36). - С. 61-65.
11. ДСТУ 3999-2000. "Покриття захисн полшерш, нафтобпумш та кам'яновугшьш. Методи лабораторних випробувань на бюстшшсть". - К. : Вид-во Держстандарту Украши, 2001. - 16 с.
Надтшла до редакцп 21.04.2016р.
Полутренко М. С. Композиционные биостойкие изоляционные материалы для противокоррозионной защиты подземных трубопроводов
Разработаны рецептуры модифицированных праймеров и битумно-полимерных мастик ингибиторами коррозии различных классов органических соединений и изучены их свойства. Установлено влияние природы ингибитора на гидрофобность базовой мастики и композиций модифицированных мастик в дистиллированной и морской воде. Определена бактерицидная активность исследуемых ингибиторов коррозии из класса ароматических аминов и четвертичных аммонийных солей. С участием данных ингибиторов получены образцы модифицированных мастик и исследована их микробная устойчивость согласно ДСТУ 3999-2000. Получены защитные композиционные изоляционные покрытия, устойчивые к разрушительному воздействию корозионно опасных микроорганизмов, что приведет к повышению противокоррозионной и микробиологической защиты подземных трубопроводов.
Ключевые слова: коррозия, трубопроводы, композиционные материалы, ингибитор.
Polutrenko M.S. Biostability Composite Insulation for Materially Corrosion Protection of Underground Pipelines
The compounding of modified primers and bitumen-polymer mastic corrosion inhibitors of different classes of organic compounds and their properties were studied. The influence of the nature of the inhibitor on the hydrophobicity of the base compositions of modified mastic and mastic in distilled water and sea water. Bactericidal activity study identified corrosion inhibitors from the class of aromatic amines and quaternary ammonium salts. With samples of modified mastic inhibitors involving data are received and their microbial stability according to DSTU 3999-2000 is investigated. Composite insulating protective coating resistant to the ravages of corrosive of dangerous microorganisms that lead to increased corrosion and microbiological protection of underground pipelines is obtained.
Keywords: corrosion, pipelines, composites inhibitor, protection.
УДК 621.791.052
ОЦ1НЮВАННЯ СПОСОБ1В ЗВАРЮВАННЯ ТИТАНОВОГО СПЛАВУ ОТ4
В.М. Палаш1, А.Р. Дзюбик2, Р.В. Палаш3,1.Б. Назар4
Дослщжено вшив рiзних способiв аргонодугового зварювання вольфрамовим електродом: у неперервному режим у контрольованш атмосфера у неперервному режим iз мюцевим струменевим захистом; iмпульсно-дугове iз мюцевим струменевим за-хистом; iз електромагштним коливанням дуги за струменевого захисту аргоном; а та-кож електронно-променеве зварювання на насичення зварних з'еднань сплаву ОТ4 вод-нем, 1х мшроструктуру та стшюсть до крихкого руйнування. Методом замiру локально! ТЕРС у зварних з'еднаннях виявлено три дiлянки, збагачеш воднем, що негативно впливае на 1х трiщиностiйкiсть.
Ключовi слова: титановий сплав, водень, способи зварювання, зварний шов, зона термiчного впливу, мшроструктура сплаву.
Вступ. Основш переваги титанових сплав1в перед 1ншими конструк-цшними матер1алами полягають головним чином у високш питомш м1цност11
1 проф. В.М. Палаш, канд. техн. наук - НУ " Львгвська полггехнжа";
2 доц. А.Р. Дзюбик, канд. техн. наук - НУ "Льв1вська полггехнка";
3 доц. Р.В. Палаш, канд. техн. наук - НУ "Льв1вська полггехнка";
4 доц. 1.Б. Назар, канд. техн. наук - НУ " Льв1вська полггехнка"
жаромiцностi за температури до 600 оС, а також у високш корозiйнiй тривкост у бiльшостi агресивних середовищ. Тому зварш конструкцii зi сплавiв титану набули широкого застосування у рiзних галузях технiки. Сплав ОТ4 належить до псевдо а-сплавк з невеликою юлькктю В-фази. Вiн мае досить високу мщ-нiсть не тшьки за низько!, але короткочасно i за температури до 750 оС [1]. Негативно впливае на властивост зварних з'еднань низька теплопровщнкть спла-вiв титану, що спричиняе iстотний перегрiв металу колошовно! зони з утворен-ням досить крупнозернисто! мкроструктури та виникнення значних залишко-вих напружень, що сприяе сповшьненому руйнуванню пiд час експлуатацп конструкцш. Вiдомо, що водень, який знаходиться у сплавах титану в атомарному сташ, може ктотно знижувати величину критичних напружень, що викли-кають таке руйнування зварних з'еднань [2]. Шквдливий вплив водню на влас-тивостi титану i його сплавк посилюеться його перерозподiлом у колошовнш зонi пiд час зварювання, що спричиняе зростання його локальних концентрацiй та внутрiшнiх напружень у певних дiлянках з'еднання. Через це проблема досль дження розподiлу водню у зварних з'еднаннях титанових сплавк е актуальною.
Матерiали i методи. У робот дослiджено вплив рiзних способк зварювання сплаву ОТ4 на газонасичення зварних з'еднань воднем, !х мiкроструктуру та стiйкiсть до крихкого руйнування. Для порiвняння вибрано таю способи ар-гонодугового зварювання вольфрамовим електродом: у неперервному режим у контрольованiй атмосфера у неперервному режиш iз мiсцевим струменевим за-хистом; шпульсно-дугове iз мiсцевим струменевим захистом; iз електромагшг-ним коливанням дуги за струменевого захисту аргоном; електронно-променеве аргонодугове зварювання здiйснено на установщ УКСМ-2, а також на установ-цi, змонтованiй на базi головки АБС. Як джерело живлення використано вип-рямляч ВСВУ-315. Зварювання iз електромагнiтними коливаннями дуги реаль зовано шляхом накладання на дугу зовшшнього поперечного магнiтного поля, що створювалось спецiальною приставкою, змонтованою на зварювальшй го-ловщ. Електронно-променеве зварювання здшснено на установцi ЭЛУ-11.
Для зварювання використано аргон марки "А", вологкть якого контро-лювали вологомiром "Байкал-3". Усi дослiдження виконано на листовому тов-щиною 2 мм титановому сплавi ОТ4, iз вмктом 3,7 % А1 i 1,6 % Мп. Перед зва-рюванням поверхню зразкiв зачищали шабером, а потш знежирювали бензином i спиртом. Шд час зварювання вiдбувалось нас^зне проплавлення листових зразк1в на режимах, що забезпечували добре формування швк за швидкостi зварювання 21 м/год.: /зв=155^ 165 А: ^¿=10^ 11В. За шпульсно-дугового зварювання сшвввдношення часу паузи до часу шпульсу змiнювалось вiд 1 до 3. Вмкт водню у зварних з'еднаннях визначено методом ввдновлювального плавления у потощ газу-нос1я на спещальшй установцi РН-2. Зварювання iз елек-тромагнiтними коливаннями дуги здiйснено за частоти реверсування зов-нiшнього поперечного магштного поля 3 Гц. Мехашчш властивостi зварних з'еднань як шд час короткочасних, так i статичних випробовуваннях оцiнювали згинанням зразкiв iз втомною трiщиною. З метою шдвищення жорсткостi нап-
1 Зварювання зразк1в здгйснювалося за участ1 канд. техн. наук Ю. А. Шалшова та шж. А. Д. Левинько!.
