На главную Обратная связь Карта сайта

Статьи по теплоизоляции

Защита металлоконструкций от атмосферной коррозии
А.П.Гулидов,
инженер, НПК«Вектор», к.т.н.
Н.Ю.Тимофеева,
МГУПП, каф. «Технология металлов»
Известный
человечеству не одно тысячелетие процесс разрушения металлов под воздействием
окружающей воздушной среды принято именовать атмосферной коррозией. Атмосферная
коррозия - более всераспространенный вид коррозии, ее проявления настолько
многочисленны и разнообразны, что улучшение способов борьбы с ней не
утрачивает собственной актуальности.
Атмосферной
коррозии подвержены все металлоконструкции, эксплуатируемые на открытом воздухе
(около 50% от всего имеющегося металлофонда), а конкретно: трубопроводы и
емкостное оборудование надземного расположения, железные части строений,
опор, мостов, транспортные и погрузочно-разгрузочные средства. Поверхности
конструкций при эксплуатации безизбежно подвергаются увлажнению и загрязнению,
что является первопричиной появления и развития коррозионных действий.
По
механизму протекания данный вид коррозии почти всегда является
электрохимическим действием, кроме «сухой» коррозии, протекающей по
химическому механиз

му. Электрохимический
процесс предполагает наличие на корродирующей поверхности катодных и анодных
участков, также электролита, роль которого выполняет пленка воды (толщиной
от пары молекулярных слоев до 1-го мм), постоянно
присутствующая на поверхности сплава. Появление гальванических элементов
«катод - анод» на главных конструкционных материалах - углеродистых сталях
происходит из-за дифференциации их поверхности на участки с различными
электродными потенциалами (теория локальных коррозионных частей). Причины
дифференциации могут быть различны:
неоднородность структуры
металла (в углеродистых сталях находятся фазы - феррит и цементит,
структурные составляющие - перлит, цементит и феррит, имеющие различные
электродные потенциалы);
наличие на поверхности
сталей оксидных пленок, загрязнений, неметаллических включений и т.п.;
неравномерное
распределение окислителя на границе «металл-электролит», к примеру, различные
влажность и аэрация на разных участках поверхности сплава;
контакт разнородных
металлов.
В настоящее
время понятно наиболее 30 5 причин, влияющих на скорость атмосферной
коррозии, основными из которых являются: степень увлажнения сплава, состояние
поверхности конструкции (пористость, загрязненность), хим состав
атмосферы (наличие гигроскопичных и брутальных товаров).
при относительной влажности воздуха ниже 100% и наличии на
поверхности сплава пленки воды, образующейся в итоге капиллярной,
адсорбционной либо хим конденсации;
коррозию при относительной влажности воздуха наименее 50% и
толщине пленки воды до 10 нм.
Различие
это довольно условно, т.к. в практических критериях возможен взаимный переход
одного типа коррозии в другую. На рис. 1 приведена
качественная
зависимость скорости атмосферной коррозии металлов от толщины слоя воды на
поверхности корродирующего сплава.
Загрязнение
воздушных сред и, как следствие, поверхности конструкций брутальными примесями
происходит в итоге функционирования объектов индустрии, из-за
технического несовершенства узлов хим и другого оборудования,
негерметичности разъемных соединений, случайных проливов технических жидкостей,
разгерметизации коммуникаций, наличия микродефектов в сплаве и т.п.
Загрязнения подразделяют на две группы: органического и неорганического
происхождения. 1-ые попадают на поверхность извне, 2-ые могут попадать
извне и возникать в итоге взаимодействия газов, загрязняющих атмосферу
(оксиды серы и азота, хлор, хлористый водород и т.д.), с поверхностью сплава.
Примеси, способные растворяться в воде, активируют химическую реакцию
вследствие образования разбавленных кислот и роста электропроводности
пленок воды, а плохорастворимые, рыхловатые, несплошные продукты коррозии создают
условия для появления и работы макрогальванических пар. Кроме агрессивных
газов в атмосфере могут содержаться частички жестких веществ и аэрозоли солей.
Их источниками могут служить разрушающиеся горные породы, солончаковые земли,
приморские зоны, имеющие завышенное содержание хлоридно-сульфатных натриевых
солей. Также твердые частички выделяются при сгорании различного горючего,
производстве цемента и удобрений. Частички переносятся воздушными массами на
расстояния до одной тыщи км и, оседая на поверхности сплава,
становятся центрами конденсации воды из воздуха. Фактически установлено, что
скорость атмосферной коррозии в загрязненной разными газами и твердыми
примесями атмосфере в 10-ки раз выше, чем в незапятанной.
Продление
сроков эксплуатации разных металлоконструкций до их морального износа -
основная цель решения многолетний трудности коррозии металлов. Согласно
определению термин «коррозия» значит процесс. Этот процесс заключается в
физико-химической реакции меж сплавом и окружающей средой, приводящей к
изменениям в свойствах материала и окружающей среды. Результатом процесса
является «коррозионный эффект», сокращающий сроки службы металлоконструкций,
ухудшающий многофункциональные свойства включающих их технических систем и
приводящий к повышению издержек, слагаемыми которых являются не только лишь затраты
на стоимость ремонта и подмену покоробленных коррозией частей оборудования, но и
затраты на возмещение убытков от разных проблем в итоге коррозии
(остановок производства либо аварий, приводящих к разрушениям либо несчастным
случаям). Часть этих издержек неизбежна, но их безусловно можно значительно
сократить за счет лучшего использования и неизменного совершенствования на
практике способов защиты, которыми мы сейчас располагаем.
Защита от
коррозии в целом представляет комплекс мероприятий, направленных на
предотвращение и ингибирование коррозионных действий, сохранение и поддержание
работоспособности узлов и агрегатов машин, оборудования и сооружений в
требуемый период эксплуатации. Способы защиты металлоконструкций от коррозии
основаны на целенаправленном действии, приводящем к полному либо частичному
снижению активности причин, содействующих развитию коррозионных действий, и
условно разделяются на способы действия на сплав, окружающую среду, а
также комбинированные способы. Посреди первых наибольшее распространение получили
методы нанесения покрытий неизменного деяния, консервационных покрытий,
легирование, посреди вторых- способы полной либо частичной герметизации с
использованием поглотителей воды (статическая осушка воздуха, очистка
окружающей атмосферы от загрязнений, поддержание определенных температурных
режимов). При отсутствии хотимого эффекта от раздельного внедрения методов
воздействия на сплав и среду прибегают к комбинированным способам, основанным
на комплексном действии на сплав при помощи защитных покрытий и окружающую
среду.
Из
применяемых на практике способов защиты от атмосферной коррозии наиболее
подробного рассмотрения, как более всераспространенный и достаточно
эффективный, заслуживает способ нанесения защитных лакокрасочных покрытий (далее
ЛКП).
В структуре
мировых издержек на антикоррозионную защиту на лакокрасочные покрытия
приходится около 39 % средств, что вдвое превосходит издержки на разработку и
производство коррозионно-стойких материалов.
Все
разновидности ЛКП относятся к группе органических покрытий и представляют собой
твердую пленку органических веществ с пигментами и наполнителями, получаемую
при высыхании лакокрасочного состава, нанесенного на защищаемую поверхность.
Защитные характеристики ЛКП зависят от сплошности и плотности пленки, изолирующей
поверхность сплава от окружающей среды, также нрава взаимодействия
покрытия с поверхностью сплава. Толщина покрытий может изменяться
от десятков
до сотен микрометров в зависимости от их назначения.
возможность применения
для защиты всех конструкций, независимо от размера, конкретно на
монтажных и строй площадках;
покрытия на большинстве
металлоконструкций, трубопроводах и оборудовании могут ремонтироваться и
восстанавливаться конкретно в процессе эксплуатации;
малый расход материала
на единицу площади и низкая стоимость по сопоставлению с иными видами защитных
покрытий.
Одним из
основных характеристик, определяющим эффективность внедрения того либо другого вида
покрытия, является его долговечность, а конкретно: способность покрытия сохранять
защитные характеристики до предельного состояния при установленной системе
технического обслуживания и ремонта. Долговечность покрытия определяется
многими факторами, в том числе его физико-механическими и химическими
свойствами, степенью подготовки поверхности сплава перед окрашиванием,
правильным выбором покрытия либо системы покрытий для определенных критерий эксплуатации.
Невзирая на
определенный прогресс, достигнутый в области производства и применения
лакокрасочных материалов и покрытий, случаи их выхода из строя после
непродолжительной эксплуатации в критериях открытой атмосферы встречаются
достаточно нередко (фото 1, 2). Анализируя имеющие место случаи разрушения
покрытий, можно сделать вывод, что их выход из строя (либо утрата в значительной
степени защитных параметров) может происходить по последующим причинам:
1. Выбор
защитного покрытия либо системы покрытий осуществляется без учета выполнения,
категории размещения, критерий эксплуатации, хранения и транспортирования

металлоконструкций в
части действия погодных причин. Под климатическими факторами понимают
температуру, влажность воздуха, солнечное излучение, смену температур, наличие
соляного тумана, инея, содержание в воздухе коррозионно-активных веществ.
2. При
выборе покрытий для защиты от атмосферной коррозии предпочтение отдается
наиболее дешевеньким (и морально устаревшим) лакокрасочным материалам с изначально
заложенными низкими сроками службы, исходя из принципа «все равно придется
перекрашивать». В качестве примера можно привести применение материалов на
масляной и битумной базе, которые уже через 2-3 года, в результате
необратимых конфигураций на молекулярном уровне (старения), могут полностью
утратить свои защитные характеристики. При всем этом более соответствующими дефектами
следует считать растрескивание и шелушение покрытия, образование пузырей,
коррозионных пятен и точек коррозии.
Практика
ремонта покрытий данного вида ограничивается ликвидацией дефектов путем
нанесения слоя такого же лакокрасочного материала по старенькому покрытию (по
масляным и битумным покрытиям уже нереально нанести остальные лакокрасочные
материалы без полного удаления старенького покрытия). Нередкое перекрашивание или
подкрашивание в конечном счете приводит к значительному возрастанию толщины
покрытия и повышению в нем механических напряжений, что обратно приводит к
растрескиванию и отслаиванию покрытия. Также нужно отметить, что частое
перекрашивание вызывает выброс в атмосферу летучих органических соединений
(количество которых прямо пропорционально частоте перекрашиваний), приводящих к
загрязнению атмосферы разными примесями.

3. Нарушение технологии
производства защитного покрытия. Для хоть какого защитного покрытия, наносимого на
поверхность, существует определенный регламент его производства, определяющий
степень подготовки поверхности, наивысшую и минимальную температуру
производства работ, время послойной сушки и почти все остальные характеристики процесса.
Отклонение от характеристик технологического процесса приводит к значительному
снижению защитной возможности покрытий и, как следствие, уменьшению сроков их
службы.
Так,
например, покрытия из лакокрасочных материалов на базе синтетических смол
(эпоксидных, полиэфирных, перхлорвиниловых) обеспечивают надежную и длительную
антикоррозионную защиту сплава лишь при серьезном соблюдении требований по их
применению (неотклонимая подготовительная пескоструйная обработка поверхности
металла с следующим обессоливанием и обезжириванием, определенные
температурные режимы сушки и т.д., фото 3).
Сложный
технологический процесс получения вышеуказанных покрытий накладывает
существенные ограничения на возможность их широкого внедрения в полевых
условиях (в индивидуальности для защиты крупногабаритных металлоконструкций и
трубопроводов), где производителю работ нередко приходится сталкиваться с
проблемами подготовки защищаемых поверхностей, обеспечения
температурно-влажностных режимов при нанесении и сушке покрытий. В результате
этого большая часть эпоксидных, полиэфирных, перхлорвиниловых материалов
применяется в большей степени в стационарных критериях для защиты от атмосферной
коррозии только отдельных узлов и деталей оборудования.

Невзирая на имеющие
место трудности, возникающие при использовании лакокрасочных покрытий, следует
признать, что данный метод был и остается более легкодоступным и экономически
оправданным при защите металлоконструкций от атмосферной коррозии. Рассмотрев
основные предпосылки выхода лакокрасочных покрытий из строя, становится естественным,
что предстоящее развитие данного метода для защиты от атмосферной коррозии
должно заключаться:
в разработке долговечных
покрытий, которые могут наноситься на железные поверхности с низкой
степенью чистки, что дозволит понизить стоимость обработки поверхности и
качественно создавать работы в полевых критериях;
в развитии способов прогнозирования
и оценки долговечности покрытий, позволяющих в сжатые сроки оценить возможность
применения того либо другого покрытия для данных критерий эксплуатации;
в повышении квалификации
персонала, выполняющего работы по производству и контролю качества
антикоррозионных покрытий и оснащении его современными устройствами и средствами
контроля.
Помимо
перечисленных мероприятий значимый энтузиазм представляет проведение
климатических испытаний ряда уже имеющихся (и отлично зарекомендовавших себя)
защитных систем и покрытий, разработанных для остальных сфер производства. Так,
многолетние положительные результаты внедрения мастик «Вектор» для защиты от
наружной коррозии трубопроводов тепловых сетей дозволили представить, что на
их базе может быть создание действенных атмосферостойких покрытий, поскольку
свойства мастик предугадывают возможность формирования защитных покрытий на
металлических поверхностях с третьей степенью чистки при хоть какой влажности
воздуха в широком интервале температур.
При
разработке атмосферостойких покрытий на базе мастик «Вектор», с целью
уменьшения расхода материалов и сокращения времени технологического процесса
нанесения композиций, была рассмотрена возможность уменьшения количества слоев
и толщины покрытия (защитные покрытия для трубопроводов тепловых сетей на
основе мастик «Вектор» состоят из 3-4 слоев). При составлении программы
испытаний было предвидено исследование защитных параметров:
двухслойных покрытий
после проведения технического обслуживания и ремонта.
Стендовые
испытания покрытий «Вектор», с целью определения их стойкости и установления
сроков службы в критериях открытой атмосферы умеренного климата, производились
НИИ ЛКП (г. Хотьково) в согласовании с ГОСТ 9.401-91


«ЕСЗКС. Покрытия
лакокрасочные. Общие требования и способы ускоренных испытаний на стойкость к
воздействию погодных факторов». Последовательность перемещения, выдержка
образцов в аппаратах и режимы испытаний приведены в табл. 1. Наружный вид
покрытий в процессе испытаний оценивался по ГОСТ 9.407-84 «ЕСЗКС. Покрытия
лакокрасочные. Способы оценки наружного вида». Результаты испытаний приведены в
табл. 2.
прирастить срок службы
металлоконструкций при сокращении количества ремонтных окрасок за время
эксплуатации изделия.
Дополнительно,
в целях скопления практического опыта внедрения разработанных покрытий,
совместно с ГУП «МОСГАЗ» и «МОСГОРСВЕТ», в течение долгого времени
проводятся натурные тесты покрытий на работающих объектах городского
коммунального хозяйства (фото 4-9). Результаты данных работ (помимо
подтверждения высочайшей достоверности прогнозирования долговечности покрытий с
применением стендовых испытаний в НИИ ЛКП (г. Хотьково)), отыскали отражение в
разработанных наставлениях по противокоррозионной защите фасадных газопроводов и
опор городского освещения, внедрение которых эксплуатирующими службами «МОСГАЗ»
и «МОСГОРСВЕТ» планируется начать в 2004 году.
1.
Н.П. Жук. Курс коррозии
и защиты металлов. Москва,«Металлургия», 1968 г.
2.
Защита от коррозии,
старения и биоповреждений машин,оборудования и сооружений. Справочник под
редакциейА.А. Герасименко. Москва, «Машиностроение», 1987.
3.
Лакокрасочные покрытия.
Технология и оборудование.Под редакцией А.М. Елисаветского. Москва,
«Химия»,1992.
Наши филиалы: Нижний Новгород / Самара / Омск / Казань / Челябинск / Ростов-на-Дону / Москва /