Коррозия металлов

• быть водонепроницаемыми;

  • обладать высокой механической прочностью и эластичностью;

• быть термостойкими (не размягчаться под воздействием высоких  температур и не становиться хрупкими при низких);

• конструкция покрытий должна быть сравнительно простой, а технология их нанесения — допускать возможность механизации.

Материалы, входящие в  состав покрытия, должны быть недефицитными, а само покрытие — недорогим, долговечным.

Противокоррозионную защиту подземных трубопроводов осуществляют:

• покрытиями на основе полимерных материалов (полиэтилена, эпоксидных красок и др.), наносимыми в заводских или базовых условиях;

 • покрытиями на  основе термоусаживающихся материалов, полимерных липких лент, битумных  и асфальтосмолистых мастик.

Усиленный тип защитных покрытий применяется на трубопроводах  диаметром 820 мм и более.[2]

Защитные покрытия бывают металлические и неметаллические.

К металлическим относят  покрытия из чистых металлов и их сплавов (цинк, алюминий, хром, никель, кадмий, титан, легированные стали и т.д.).

Неметаллические покрытия в свою очередь  подразделяют на неорганические и органические. Неорганические неметаллические покрытия – силикатные, цементные, оксидные, фосфатные, хроматные; органические- покрытия на основе высокомолекулярных соединений (синтетические смолы, термопластичные полимеры, эластомеры), битумов, незастывающих смазок.

Металлические покрытия. Цинковые покрытия. Значительную часть изделий из низкоуглеродистых сталей покрывают цинком. Цинк аноден по отношению к железу, и когда влага проникает до основного металла, цинк разрушается, обеспечивая защитное действие. Наиболее важный фактор при этом – количество цинка в слое. Защитные свойства цинковых покрытий на железе основаны не только на способности цинка функционировать в качестве расходуемого анода, но и на блокировании участков коррозии, которое происходит в результате соединения ионов цинка с гидрокислыми ионами, образующими вследствие катодной реакции на поверхности железа  и осаждения образующейся гидроокиси цинка внутри мелких несплошностей покрытия.

Цинковые покрытия широко употребляют для защиты стали  в водных средах.

Алюминиевые покрытия. Они обладают высокими противокоррозионными свойствами и окалиностойкостью так же, как  и цинк, алюминий является анодом по отношению к стали и, соответственно, электрохимически защищает стальную поверхность. Этот металл обладает высокой способностью к самопассивации в окислительных средах с образованием прочной непроницаемой защитной  окисной пленки Al₂O₃. Поэтому алюминий стоек в концентрированной азотной и серной кислотах, в воде и водных растворах солей, во влажных газах (сероводороде и сернистом газе) при рН=4-9.

Хромовые, никелевые, кадмиевые, боридные покрытия. Эти металлы также  коррозионностойкие в газообразных и жидких агрессивных средах, но по экономическим соображениям их использование для покрытий весьма ограничено, и применяют их в нефтедобывающей промышленности в основном для защиты ответственных деталей оборудования (клапаны, штоки, муфты и т.д.).[3]

Неметаллические неорганические покрытия. Стеклоэмалевые покрытия. Они получили наибольшее распространение и представляют собой сплавы различных силикатов. Стеклоэмали изготавливают из полевого шпата, кварца, буры, тугоплавких окислов (TiO₂, BcO, ZrO₂, MgO  и пр.). они устойчивы практически во всех коррозионно-активных средах и особенно при высоких температурах. Их высокая защитная способность обусловлена высокой адгезией и непроницаемостью по отношению к агрессивной среде. Введение в состав эмали при синтезе различных окислов позволяет изменять свойства эмалевых покрытий в широком диапазоне в соответствии с условиями применения.

Стеклянные покрытия. В зависимости от содержания стеклообразующих окислов стекла подразделяют на силикатные, алюмо- и боросиликатные, бороалюмосиликатные и т.д. Однокомпонентным представителем силикатных стекол является кварцевое стекло – плавленый 100%-ный кварц SiO₂, кислотоупорность которого равна 100%.

Ситаллы и шлакоситаллы – новые материалы типа стекол, но с мелкокристаллической структурой (закристаллизованные стекла). Эти  материалы получают управляемой  кристаллизацией стекол определенных составов. Ситаллы обладают высокой  прочностью, твердостью, химической и термической устойчивостью, малым тепловым расширением и др.

Покрытия на основе вяжущих  материалов. Это главным образом  цементные толстослойные облицовочные покрытия. В отличие от многих других неметаллических покрытий цементные покрытия одновременно повышают коррозионную стойкость защищаемой поверхности, так как величина рН поровой и капиллярной влаги цемента составляет 12, при котором железо находится в пассивном состоянии. Цементные покрытия обладают высокими эксплуатационными свойствами (мало чувствительны к перепаду температур), высокой прочностью на истирание, стойкостью против воздействия агрессивных сред и т.д.

Ценное свойство цементных  покрытий – они не обрастают карбонатными отложениями, которые на металлических  трубах  иногда приводят к значительному снижению пропускной способности.

Химические  покрытия – оксидные, фосфатные, хроматные. Они получаются на поверхности металла химической или электрохимической обработкой его.

Все химические покрытия наносят на изделия, которые затем защищают минеральными маслами или смазками, а иногда и лакокрасочными материалами. Эти покрытия предназначены главным образом для защиты от атмосферной коррозии.

Органические (полимерные) покрытия. Неметаллических материалы органического происхождения, широко используемые для защитных покрытий - пластмассы (порошковые, пленочные, листовые материалы).

Пластические массы  по методу получения делятся на две  основные группы: полимеризационные  и поликонденсационные.

При полимеризации происходит присоедиеение мономеров (простых исходных веществ) друг к другу без выделения каких-либо побочных продуктов реакции.

При поликонденсации  реакция образования макромолекул сопровождается отщеплением низкомолекулярных  продуктов (вода, аммиак, спирт и  др.).

В зависимости от отношения пластмасс к нагреванию различают термопласты и реактопласты. Термопласты – обратимые полимеры. Реактопласты – необратимые (отвержденные), неплавкие полимеры.

Термопласты большей  частью относятся к полимеризационным  пластмассам, а ректопласты – к поликонденсационным.

По строению полимерной цепи (молекул) различают пластмассы линейной и пространственной структуры (сетчатые). Пространственная структура  характерна для термореактивных  смол. Реакции образования поперечных связей протекают медленно при обычной температуре и ускоряются при повышении.

Полимеризационные пластмассы. Почти все пластмассы этой группы являются термопластами. Наиболее важное значение среди них имеют полиолефины  – продукты полимеризации ненасыщенных углеводородов этиленового ряда:этилена, изобутилена и их сополимеры.

К термопласам также  относятся поливинл хлорид, полифтор и полихлорфторолефины (фторопласты), полистирол, оргстекло, полиформальдегид.

Полиэтилен – химически  стойкий материал в растворах  солей, кислот и щелочей. Менее стек в органических кислотах. Нестоек в сильноокислительных кислотах. Наиболее стоек в спиртах, бензине, минеральных маслах, бензоле.

Полипропилен – отличается высокой степенью кристалличности  и высокой температурой плавления  в сравнении с полиэтиленом. Это определило более высокую прочность, стойкость к действию агрессивных сред. Он менее подвержен растрескиванию в агрессивных средах, но более чувствителен к термоокислительной деструкции (старению).

Полиуретаны — это  полимеры, получаемые полимеризацией диизоцианатов или полиизоцианатов с соединениями, содержащими активные атомы водорода. Полиуретаны могут быть вязкими жидкостями или твердыми продуктами. Они устойчивы к действию кислот, масел, бензина, обладают высокими адгезией к стали, прочностью при ударе, удельным электросопротивлением и сопротивлением катодному отслаиванию, а также низким водопоглощением. Однако полиуретановые мастики практически непригодны для нанесения в полевых условиях при отрицательных температурах, т. к. имеют длительный период полимеризации, которая протекает только при положительной температуре (до 8 ч при температуре 20 °С). Кроме того, некоторые марки полиуретановых мастик токсичны.

Полиизобутилен –  каучукообразный термопласт. Коррозионностойкий материал. Стоек в минеральных кислтах, минеральных солях, щелочах. Нестоек в органических кислотах, маслах, растворителях. Используется в виде литьевого обкладочного материала.

Поливинилхлрид –  жесткий материал – винипласт. Обладает высокой стойкостью во многих агрессивных средах, имеет хорошие физико-мехнические и диэлектрические свойства. Технологические свойства: сваривается, склеивается, формирукется, прессуется, штампуется, механически обрабатывается. Недостаток – термостойкость до 60-70 ⁰С, морозостойкость до – 10⁰С.

Асбовинил – пластмасса из смеси лака этиноль и измельченного  асбеста, химически стоек. Изготавливают: листы, пластины, трубы, арматуру. Используют в качестве покрытий.

Пентапласт – термопластичный  полиэфир, хлорированный полипентаэритрит, его получают поликонденсацией формальдегида. Кристаллический полимер. Химически стоек к большинству органических растворителей, щелочам и кислтам. Пленки пентапласта практически непроницаемы для кислорода и азота. Имеет хорошие механические и диэлектрические свойства. Обладает хорошими технолгическими свойствами: сваривается, льется.

Поликарбонат – термопластичные  полиэфиры, получаемые поликонденсацией и фосгена. Обладает повышенной ударной  прочностью, стабильностью физико-химический свойств, прозрачен, химически стоек, эластичен. Перерабатывается литьем, сваривается, склеивается. Защитные покрытия наносятся из растворов или напылением порошков.

Термореактивные смолы (олигомеры) – фенолформальдегидные, мочевино- и меламиноформальдегидные, полиэфирные, полиуретановые, эпоксидные, полиимиды отличает от термопластов их высокая теплостойкость, высокая химическая стойкость в органических растворителях и некоторых окислительных средах, стойки в растворах кислых и нейтральных солей.

Эпоксидные смолы –  наиболее распространенные в антикоррозионной технике. Химически стойкие термореактивные смолы с очень хорошими диэлектрическими свойствами. При отверждении эпоксидные смолы приобретают сетчатую трехмерную структуру и переходят в неплавкое  и нерастворимое состояние.

Мастичные покрытия. К мастичным относятся покрытия на основе битумных и асфальтосмолистых мастик.

Конструкция битумных покрытий сложилась в результате их длительного  применения. Сначала идет слой грунтовки, получаемый при нанесении на трубу  раствора битума в бензине или  дизтопливе. Он заполняет все микронеровности на поверхности металла. Грунтовка служит для обеспечения более полного контакта, а следовательно, лучшей адгезии, между поверхностью металла и основным изоляционным слоем — битумной мастикой.

Битумные мастики представляют собой смесь тугоплавкого битума, наполнителей (минеральных— асбеста, доломита, известняка, талька; органических — резиновой крошки; полимерных — атактического полипропилена, низкомолекулярного полиэтилена) и пластификаторов (полиизобутилена, полидиена, масел соевых, масла зеленого, автола). Битумную мастику наносят на трубу при температуре 150... 180 °С. Расплавляя холодную грунтовку, мастика проникает во все микронеровности поверхности металла, обеспечивая хорошую адгезию изоляционного покрытия.

Для защиты слоя битумной мастики она покрывается сверху защитной оберткой (стеклохолстом, бризолом).

Полимерные  ленты в сравнении с мастиками более технологичны при нанесении и позволяют в значительной степени механизировать этот процесс. Кроме того, они обладают высокими диэлектрическими свойствами.

Изоляционные ленты  выпускают на основе полиэтилена  или поливинил-хлорида (ПВХ). Они  состоят из полимерной пленки-основы, на которую нанесен подклеивающий  липкий слой. Основа ленты обладает необходимыми механическими и диэлектрическими свойствами, а подклеивающий слой обеспечивает требуемую адгезию с металлом трубы и герметизацию нахлеста между слоями ленты.

Большим недостатком  липких полимерных лент является постепенная  утрата адгезии к металлу. Поэтому  примерно через 5 лет после их нанесения металл оказывается не защищенным от коррозии. Другой недостаток ленточных покрытий — образование так называемых «шатровых пустот» в околошовной зоне, которые в дальнейшем становятся очагами коррозии.

Тип полимерного покрытия выбирается в зависимости от условий его эксплуатации. Одним из определяющих параметров является температура транспортируемого продукта. Так, усиленное ленточное покрытие применяется при Т < 40 °С; на основе термостойких полимерных лент, полиуретановых смол, эпоксидных красок — не более 80 °С, на основе термоусаживающихся материалов — до 100 °С.

Комбинированные покрытия. На протяжении многих лет в нашей стране наряду с мастичными широко применялись покрытия на основе липких полимерных лент. Опыт их использования показал, что они очень технологичны (простота нанесения, удобство механизации работ), однако легко уязвимы — острые выступы на поверхности металла, острые камешки легко прокалывают такую изоляцию, нарушая ее сплошность. С этой точки зрения хороши покрытия на основе битумных мастик, проколоть которые достаточно сложно.

Новым типом комбинированного изоляционного покрытия является «Армопластобит», отличающееся от «Пластобита» тем, что в нем в качестве армирующего материала вместо стеклохолста используется нитепрошивная стеклосетка. «Армопластобит» допускается использовать на трубопроводах диаметром до 1220 мм включительно.[3,4]