CC BY
53
***** ЯЗШСЖИ)Г ***** № 2(18) 2010
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 62.01.97:621.643:006.354
СОВРЕМЕННЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ НАРУЖНОЙ АНТИКОРРОЗИОННОЙ ИЗОЛЯЦИИ СТАЛЬНЫХ
ТРУБОПРОВОДОВ НА МЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМАХ
STEEL TUBING ON MELIORATIVE SYSTEMS EXTERNAL ANTICORROSION ISOLATING DURABILITY DETERMINATION
MODERN METHOD
B.B. Карпунин, кандидат технических наук, директор
ГНУ Поволжский НИИ эколого-мелиоративных технологий Россельхозакадемии
V.V. Karpunin
Povolzhskij scientific research institution of ecological meliorative technologies Russian agricultural academy
Новый метод защищен патентом РФ на пионерное изобретение и позволяет установить долговечность наружных антикоррозионных покрытий стальных трубопроводов в реальных условиях эксплуатации при их подтоплении агрессивными грунтовыми водами различной минерализации и химсостава.
The new method is protected by the Russian Federation patent for pioneer invention and lets determine steel tubing external anticorrosion coverings in real exploitation conditions at their under flooding by aggressive subsoil waters of different mineralization and chemical composition.
Ключевые слова: метод, долговечность, надежность, стальные
трубопроводы, антикоррозионные покрытия, агрессивная среда, грунтовые воды.
Key words: method, durability, reliability, steel tubing, anticorrosion coating, aggressive environment, subsoil waters.
Одним из главных звеньев повышения надежности и долговечности стальных магистральных трубопроводов является создание их эффективной антикоррозионной защиты.
Задача, на решение которой направлены теоретические, экспериментальные и натурные исследования, - создание современного метода определения долговечности наружных антикоррозионных покрытий стальных магистральных трубопроводов, эксплуатируемых в условиях активного техногенного воздействия (подтопление высокоминерализованными грунтовыми водами, засоленные грунты и ДР-)-
В разработанном нами методе учтены основные технологические процессы: укладка в грунт опытных образцов изолированных труб на проектную глубину заложения; определение прочности адгезионной связи покрытия с металлом, относительного удлинения, предела
прочности и удельного объемного электрического сопротивления антикоррозионного покрытия непосредственно после его нанесения на образцы стальных труб и в процессе их выдержки в грунте, а также прогнозирование расчетного срока службы наружного антикоррозионного покрытия по допускаемому сопротивлению покрытия. Опытные образцы изолированных труб диаметром в диапазоне 89 ... 400 мм и длиной 600 ... 1000 мм в течение семи дней после их изготовления выдерживают сначала на воздухе в условиях их складирования в соответствии с нормативными требованиями, часть изолированных опытных образцов помещают в грунт, а остальную часть погружают в жидкую агрессивную среду, имитирующую подземные грунтовые воды с различной минерализацией и химическим составом, и через равные промежутки времени в течение до трех лет выдержки опытных образцов антикоррозионного защитного покрытия в грунте и жидкой агрессивной среде измеряют интегральный показатель качества, надежности и долговечности - переходное электрическое сопротивление покрытия стандартным методом «мокрого контакта», устанавливают зависимость изменения переходного электрического сопротивления покрытия от времени выдержки в агрессивной среде и определяют долговечность наружного антикоррозионного покрытия стальных магистральных трубопроводов из следующего выражения
т=№-Р</Рн)1/а, (1)
где Т - долговечность наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных трубопроводов, лет; ¡5 - коэффициент размерности, ¡5 = 0,083 год /месяц; а - экспериментально установленный коэффициент, характеризующий интенсивность старения наружного антикоррозионного покрытия стальных подземных трубопроводов при эксплуатации в конкретных условиях агрессивной среды (грунтовые воды исходной минерализации и химического состава, грунт вторичного засоления и др.), а = 1 ... 2; к - коэффициент пропорциональности, месяц“” рд - переходное электрическое сопротивление наружного антикоррозионного покрытия после его выдержки в агрессивной среде в течение одного месяца, Ом-м2; рн - наименьшее допустимое нормативное переходное электрическое сопротивление наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных подземных трубопроводов в процессе эксплуатации, Ом-м2.
Коэффициент корреляции полученной зависимости (1) составляет 0,95.
Особенностью созданного нами метода является принципиально новый подход к определению долговечности наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных подземных трубопроводов в условиях их эксплуатации в агрессивной среде (грунтовые воды различной минерализации и химического состава, грунт вторичного засоления и др.).
Экспериментально-производственная апробация разработанного метода. Определить долговечность наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных подземных трубопроводов при эксплуатации в грунте вторичного засоления с исходным содержанием солей 2,65 %, в том числе хлора 0,5 % и в агрессивной среде, имитирующей грунтовые воды с содержанием солей 30 кг/м3, в т.ч. 3 % хлористого натрия (№С1).
Характеристика опытных образцов антикоррозионного защитного покрытия стальных труб, применяемые материалы и технологии приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Характеристика опытных образцов
антикоррозионного защитного покрытия стальных труб
№ опытны X образцо Структура антикоррозионного защитного покрытия, применяемые материалы и технологии Толщин а изоляци и,
1 2 3
I, 1-а, 1-6, I. Подготовительный антикоррозионный слой из грунта-преобразователя ржавчины (а. с. БІЖ»1466238 А1, МПК7 С23 С 22/08. Грунт-преобразователь ржавчины / АГ. Алимов, В.В. Карпунин и др. (СССР). - Заявка № 4209856/23-05. Заявл. 09.01.87, для служебного 0,06
2, 2-а, 2-6, з, 3-а, З-б, 2. Стеклохолст ВВ-Г, пропитанный в битумно-полимерной мастике (а. с. БИ №1729109 А1, МПК7 С08495/00, С08К5/14 // (С08 Ь95/00,23:34). Состав мастики для пропитки стеклохолста / А.Г. Алимов, В.В. Карпунин и др. (СССР). - Заявка № 4690237/05. Заявл. 11.05.89., для служеб. пользования) при температуре 80...85°С и нанесенный на стальную трубу с натяжением 0,7... 1,0 кг/см и с нахлестом 10... 15 см (а.с. 811№1788384 А1, МПК7И6 Ь59/14. Способ нанесения антикоррозионного покрытия на стальные трубы / А.Г. Алимов, В.В. Карпунин и др. (СССР). -Заявка №4835108/29. Заявл. 09.04.90. Опубл. 15.01.93. Бюл. 4
Подготовленные образцы изолированных труб проверены на прочность адгезионной связи с металлом, относительное удлинение, предел прочности при растяжении, а также на объемное и переходное электрическое сопротивление антикоррозионного защитного покрытия (табл. 2).
***** ЯЗШСЖИ)Г ***** № 2(18) 2010
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
Таблица 2 - Результаты проверки на прочность изолированных труб
Физико- механические характеристики антикоррозионно го покрытия стальных трубопроводов (начальные) Показатели опытных образцов
1 1-а 1-6 2 2-а 2-6 3 3-а З-б
Прочность адгезионной связи с металлом, МПа 0,80 0,85 0,82 0,90 0,86 0,84 0,82 0,88 0,81
Относительное удлинение, % 100 120 110 115 130 125 132 128 117
Предел прочности при растяжении, МПа 8,0 7,5 8,1 7,8 7,5 7,1 8,2 7,6 7,8
Удельное объемное сопротивление покрытия, Ом-см 4-Ю15 3,5-1015 3,61015 3-Ю15 2,8-Ю15 ЗД-1015 2,5-Ю15 2,2-Ю15 2,4-Ю15
Переходное электрическое сопротивление покрытия, Ом-м2 6-10? 5,5-109 5,6-109 8-Ю8 1-Ю9 7-Ю8 1,7-108 1,6-10? 1,5-10?
Затем, после семидневной выдержки на воздухе в условиях складирования, опытные образцы изолированных труб 1, 1-а, 1-6 помещали в грунт с исходным содержанием солей 2,65 %, в том числе хлора 0,5 %, а опытные образцы 2, 2-а, 2-6, 3, 3-а и З-б погружали в жидкую агрессивную среду, имитирующую грунтовые воды с
содержанием солей 30 кг/м3, в том числе 3 % хлористого натрия
(№С1) и через равные промежутки, в течение трех лет выдержки опытных образцов антикоррозионного защитного покрытия в грунте и жидкой агрессивной среде, определяли интегральный показатель качества, надежности и долговечности - переходное электрическое сопротивление покрытия стандартным методом «мокрого контакта». Результаты испытаний сведены в таблицу 3.
Таблица 3 - Результаты дополнительных испытаний прочности изолированных труб
Т, меся- цы Переходное электрическое сопротивление опытных образцов антикоррозионного защитного полимерно-битумного покрытия стальных трубопроводов, Ом-м2
1 1-а 1-6 2 2-а 2-6 3 3-а З-б
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0,5 5,2-109 5-Ю9 5,4-109 7,3-10" 9-ю" 5-Ю" 1-Ю" 1,1-10" 1-Ю"
1 1,3-10? 1,5-109 1,7-109 2,2-10" 2-Ю" 4-Ю" 3,7-10' 6-Ю' 7-Ю'
2 3,4-10" 3,25-10" 3,1-10" 6,4-10' 8-Ю' 5-Ю' 1,3-10' 3-ю' 6-Ю'
3 1,44-10" 1,2-10" 1,6-10" 3,2-10' 5-Ю' 1-Ю' 7,2-106 9-Ю9 6-10°
4 8-10' 8,15-10' 8,3-10' 1,9-10' 3-Ю' 1-Ю' 4,6-106 3-Ю6 6-10°
5 5,1-10' 5,2-10' 5,3-10' 1,3-10' 9-Ю6 2-Ю' 3,3-106 1-10° 4-Ю6
6 3,61-10' 3,8-10' 3,4-10' 9,4-106 1,2-10' 7-Ю6 2,5-106 1-10° 4-Ю6
7 2,6-10' 2,7-10' 2,8-10' 7,2-106 6-10° 9-Ю6 2-Ю6 1-10° 3-Ю6
8 2-Ю' 2,1-10' 2,05-10' 5,7-106 4-Ю6 8-Ю6 1,6-106 1-10° 3-Ю6
9 1,6-10' 1,4-10' 1,7-10' 4,6-106 7-Ю5 3-Ю6 1,2-106 1,4-106 1,6-106
10 1,1-10' 1,3-10' 1,5-10' 3,8-106 2-Ю6 6-10° 1,2-106 8-Ю" 2-Ю6
11 1-Ю' 1,1-10' 1,2-10' 3,2-106 5-10° 1-10° 1-10° 1,05-106 1,01-106
12 9-Ю6 1,1-Ю6 1-10° 2,8-106 1-10° 4-Ю6 9-10" 1-10° 8-Ю6
13 8-Ю6 7,7-106 7,2-106 2,2-106 2,4-106 2,6-106 7,7-10" 8-Ю" 7,9-10"
14 6,5-106 6,8-106 6,6-106 2,1-Ю6 1-10° 3-Ю6 7,1-Ю6 9-Ю6 5-10°
15 5,76-106 8-Ю6 4-Ю6 2-Ю6 1,9-106 1,8-106 6,3-10" 6,4-10" 6,5-10"
16 5-Ю6 5,1-Ю6 5,2-106 1,7-106 1-10° 3-Ю6 5,8-106 4-Ю6 7-Ю"
17 4,4-106 4,5-106 4,6-106 1,3-106 1,5-106 1,7-106 5,1-Ю6 5,3-10" 5,5-10"
18 4-Ю6 8-Ю6 2-Ю6 1,4-106 2-Ю6 9-10" 4,9-10" 3-Ю" 7-Ю"
19 3,4-10° 3,6-10° 3,8-10° 1,1-10° 1,3-10° 1,4-10° 4,3-10" 4,5-10" 4,7-10"
20 3,1-10° 3,2-10° 3,4-10° 1,1-10° 2-10° 9-Ю3 4,2-10" 2-Ю" 5-Ю"
21 2,7-10° 3-10° 2,9-10° 1-10° 2-10° 8-Ю3 3,6-10" 2-Ю" 5-Ю"
22 2,55-10° 2,5-10° 2,8-10° 9,5-10" 9,7-10" 9,8-10" 3,4-10" 3,6-10" 3,8-10"
23 2,2-10° 2,5-10° 2,7-10° 6,1-Ю3 6,2-10" 6,3-10" 3-Ю" 3,2-10" 3,4-10"
24 2,1-10° 2,3-10° 2,5-10° 6,1-Ю3 6,1-Ю3 6,3-10" 3-Ю" 3,15-10" 3,3-10"
Окончание таблицы 3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
25 2,26-10° 2,1-10° 2,5-10° 8,3-10э 1-10° 7-10э 3,2-10э 5-10э 2-10э
26 2-10° 2,08-10° 2,2-10° 8-10э 7,7-10э 7,5-10э 3,1-Ю3 3-10э 2,9-10э
27 1,8-10° 1,9-10° 2-10° 7,2-10э 5-10э 1-10э 2,8-10э 1-10э 4-10э
28 1,78-10° 2-10° 1,7-10° 7-10° 6,8-10э 6,6-10э 2,5-10э 2,7-10э 2,8-10э
29 1,6-10° 1,7-10° 7,8-10° 6,2-10э 8-10э 410э 2,5-10э 1-10э 4-10э
30 1,5-10° 1,6-10° 1,6-10° 5,8-10у 6-10э 6,1-Ю3 2,38-10э 2,4-10э 2,42-10э
31 1,44-10° 1,3-10° 1,6-10° 5,6-10э 4-10э 7-10э 2,3-10э 3-10э 1-10э
32 1,42-10° 1,3-10° 1,4-10° 5,1-Ю3 5,3-10э 5,5-10э 2,1-Ю3 2,2-10э 2,3-10э
33 1,4-10° 1,3-10° 1,35-10° 5-10э 7-10э 3-10э 2,1-Ю3 1-10э 3-10э
34 1,19-10° 1,2-10° 1,3-10° 4,7-10э 4,8-10э 4,9-10э 1,9-10э 2-10э 2,1-Ю3
35 1,12-10° 1,15-10° 1-10° 4,5-10э 4-10э 6-10э 1,9-10э 1-10э 3-10э
36 1-10° 1,1-10° 0,8-10° 4,1-Ю3 6-10э 2-10э 1,7-10э 1-10э 2,5-10э
Графическая интерпретация и математическая обработка результатов исследований позволили выявить зависимость изменения переходного электрического сопротивления наружного антикоррозионного защитного покрытия от времени выдержки опытных образцов в агрессивной среде:
р=кр(/Та’ (2)
где р - переходное электрическое сопротивление наружного антикоррозийного покрытия, Ом-м2; Т - продолжительность выдержки опытных образцов наружного антикоррозийного защитного покрытия стальных подземных трубопроводов в агрессивной среде, месяцы.
Аппроксимацией результатов исследований (табл. 3, рис. 1) методом наименьших квадратов установлены значения коэффициентов (ро.ос), входящих в формулу (2), для опытных образцов в зависимости от агрессивных сред.
р, Ом-м*
Рисунок 1 - График зависимости изменения переходного электрического сопротивления опытных образцов антикоррозионного защитного покрытия стальных труб от времени выдержки в агрессивной среде
Кривые 1, 2, 3 на рис. 1 соответственно описываются следующими уравнениями убывающей степенной функции:
Р=1,3-1<Р/Тг; (3)
р=2,16-1 (f/Т1’75; (4)
р=3,72-10?/Т1’5. (5)
%
Принимаем в соответствии с ГОСТ 9.602-89 минимально
допустимое нормативное переходное электрическое сопротивление наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных трубопроводов в процессе эксплуатации равным рн= 1-104 Ом-м 2
Подставляя в выражение (1) значения: рн =1-104 Ом-м2,
pd 1,3-10 Ом-м2; 2,16-Ю8 Ом-м2; 3,72-107 Ом-м2) и а(2; 1,75; 1,5), определим ресурс долговечности наружного антикоррозионного защитного битумно-полимерного покрытия, усиленного стеклохолстом (см. табл. 1) стальных трубопроводов в опытных образцах, выдержанных в различных агрессивных средах: для образцов 1, 1-а, 1-6, помещенных в грунт с исходным содержанием солей 2,65 %, в том числе хлора 0,5 %, долговечность покрытия составляет Т = 0,083 год/месяц (месяц2-1,3-109 Ом-м2/1-Ю4 Ом-м2)1/2 = 30 лет, а для образцов 2, 2-а, 2-6 и 3, 3-а, З-б, погруженных в жидкую агрессивную среду, имитирующую грунтовые воды с содержанием солей 30 кг/м3, в т. ч. 3 % хлористого натрия (NaCl), соответственно: Т = 0,083 шд/месяц
(месяц1,75-2,16-108 Ом-м2/1-Ю4 Ом-м2)11’75 = 25 лег и Т = 0,083 год/месяц (месяц1,5-3,72-107 Ом-м2)11,5 = 20 лет.
Разработанный нами современный метод позволяет теоретически установить долговечность наружного антикоррозионного покрытия стальных мелиоративных трубопроводов в условиях эксплуатации при их подтоплении агрессивными грунтовыми водами с различной минерализацией и химическим составом.
Новизна выполненной фундаментальной научно-исследовательс-кой работы защищена патентом Российской Федерации на пионерное изобретение [1, 2].
Библиографический список
1. Алимов, А.Г. Новый метод определения долговечности защитных антикоррозионных покрытий магистральных стальных подземных трубопроводов, эксплуатируемых в условиях активного техногенного воздействия / А.Г. Алимов, В.В. Карпунин, В.В. Карпунин // Технологии гражданской безопасности. - 2006. - № 3 (9). - С. 84-87.
2. Патент 2277610 (RU), С1. МПК С 23 F 13/00 (2006.01). Способ определения долговечности наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных подземных трубопроводов / В.В. Карпунин, А.Г. Алимов (RU) // Бюллетень изобретений. - 2006. - № 16.
E-mail: karpunin [email protected]
