СПОСОБ СОЗДАНИЯ АНТИКОРРОЗИОННОГО ПОКРЫТИЯ ТРУБОПРОВОДА Российский патент 1999 года по МПК F16L58/04 B05D7/22 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к эксплуатации оросительных систем со стальными трубопроводами, и может быть использовано для снижения коррозии внутренней поверхности водопроводящих элементов и трубопроводов во внеполивной период или в период их хранения в полевых условиях.

В процессе эксплуатации стальные трубопроводы оросительных систем подвергаются коррозии. При этом более интенсивной коррозии подвергаются опорожненные трубопроводы в неполивной осенне-весенний период. Отсутствие воздухообмена в трубопроводах также приводит к увеличению их коррозии.

Для замедления коррозии в трубопроводах применяют различные ингибиторы и антикоррозионные материалы, обеспечивающие создание на внутренней поверхности защитных пленок. Однако наиболее эффективные из способов защиты от коррозии требуют непрерывного пропуска по трубопроводам рабочих растворов, что затрудняет применение этих способов на оросительных системах, когда подача воды в сеть прекращена.

Известен способ защиты от коррозии предварительно очищенной внутренней поверхности водопроводов систем водоснабжения путем заполнения их полости на 3 суток дозами полифосфата 10 мг/л (по P₂O₅) и силиката натрия 40 мг/л (по SiO₂). После истечения 3 суток концентрацию реагентов снижают до 1...3,5 мг/л - для полифосфата и до 10 мг/л - силиката натрия. После создания необходимого покрытия, определяемого аналитическим путем, воду с этими дозами реагентов подают потребителю [1].

Недостатки известного способа заключаются в следующем.

1. Для эффективности применяемого способа необходим нагрев воды до температуры 50^oС, что ограничивает область применения способа.

2. Создание защитного покрытия фосфат-силикатными композициями требует предварительной очистки поверхности трубопровода от окисной пленки.

3. Снижение концентрации раствора силиката натрия после истечения 3 суток до заданной концентрации 10 мг/л путем подачи воды в трубопровод без перемешивания раствора невозможно. Необходимо сначала сбросить из трубопровода раствор более высокой концентрации, а потом уже в него подать раствор уменьшенной концентрации. При этом сброс раствора с высоким содержанием активных ионов натрия можно осуществлять только в систему очистки или в канализационную сеть. По этой причине известный способ не применим для очистки трубопроводов оросительных систем, где сброс растворов можно проводить только на почву. Кроме того, внесение в почву активных ионов натрия приводит к ухудшению ее состояния.

Известны также метод и технология нанесения покрытия из эпоксидных смол на внутреннюю поверхность трубопроводов, уложенных с уклоном [2]. Известная технология реализуется в полевых условиях и включает очистку стенок трубопровода от осадков путем дву-трехкратного заполнения его внутренней полости 10. ..12%-ным травильным раствором соляной кислоты с выдержкой 25...30 мин с нейтрализацией ее до остаточной 0,2...0,3% и последующего его удаления. Закачку соляной кислоты в трубопровод производят в соответствии с его объемом специальным агрегатом с понижением его части, а отвод углекислого газа и отработанного травильного раствора осуществляют с наивысшей точки через стояк, установленный на гидранте. После окончания обработки трубопровода раствором соляной кислоты его промывают водой с нижней его части со стороны кустовой или насосной станции. После промывки в трубопровод помещают специальную пробку, которую под давлением с помощью компрессора продавливают в верхнюю часть трубопровода до участка, требующего устранения дефекта, который вскрывают и на нем осуществляют ремонт с помощью нанесения эпоксидных смол и таким образом, уже без дополнительной обработки кислотой, поэтапно защищают трубопровод от коррозии.

Недостатки известного способа состоят в следующем.

1. Применение высокой концентрации травильного раствора соляной кислоты приводит к разрушению различного вида резиновых уплотнителей на запорно-регулирующей и предохранительной арматуре, компенсационных и резиновых соединительных муфт. Применение известного способа требует проведения демонтажа этих устройств и ограничено применением его только на трубопроводах со сварным типом соединений.

2. Сбрасываемый отработанный раствор имеет высокую концентрацию по ионам хлора (0,2...0,3% или 2000...3000 мг/л) и для его утилизации требуется проведение дополнительных мероприятий по его нейтрализации до допустимой концентрации 350 мг/л по BCH-33-2.2.02-86. Внесение раствора соляной кислоты на поле может привести к снижению урожая сельхозкультур или снижению его качества.

3. Сброс отработанного раствора с наивысшей точки трубопровода простым его сливом через стояк на гидранте приводит к эрозии почвы и местному разрыву грунта.

4. Применение известного способа по нанесению защитного эпоксидного покрытия связано с необходимостью вскрытия трубопровода. С увеличением количества поврежденных участков объем работ по вскрытию трубопровода возрастает.

5. Нанесение защитного покрытия на отдельные участки трубопровода не обеспечивает защиту всей его внутренней поверхности, обработанной раствором соляной кислоты. На них будет развиваться коррозия в большей степени, чем на не очищенных.

6. При наличии на трубопроводе большого количества подверженных участков увеличивается перерыв времени между очисткой и нанесением защитного покрытия. На очищенных участках по результатам наших исследований уже через 4 часа будет развиваться коррозия и возникает необходимость повторной их очистки перед нанесением покрытия.

7. Проведение промывки трубопровода после его обработки раствором соляной кислоты по известному способу требует подачи в него воды от насосной станции или скважины. На оросительных системах такая технология в неполивной период неприемлема, т.к. в этот период насосные станции отключают и подачу воды в сеть прекращают.

8. Известная технология не позволяет создать покрытие на выборочных участках трубопровода, так как на оросительной сети могут быть участки трубопровода с внутренним антикоррозионным покрытием, которое будет разрушаться под действием соляной кислоты, или эти участки не требуют проведение работ по созданию покрытия по иным причинам.

9. Отсутствие свободного поступления воздуха в трубопровод после нанесения защитного покрытия приводит к конденсации водяного пара на его поверхности, что приведет к развитию коррозии защитных участков и усугубит коррозионную активность участков поверхности ранее обработанной соляной кислотой.

Цель изобретения - повышение экологической безопасности и охраны плодородия почв от применения реагентов для защиты от коррозии трубопроводов оросительных систем в неполивной период и сокращение объемов их промывки.

Поставленная цель достигается тем, что после окончания полива и промывки оросительной сети на трубопроводе, подлежащем для нанесения покрытия, локализуют участок.

Локализованный участок трубопровода заполняют 0,01%-ным раствором соляной кислоты (100 мг/л) и выдерживают его в трубопроводе 3 суток. Раствор соляной кислоты взаимодействует с окисной пленкой на внутренней поверхности трубопровода до практически полной нейтрализации кислоты и очищает поверхность трубопровода.

Fe₃O₄ + 8HCl = 2FeCl₃ + FeCl₂ + 4H₂O;
CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂
где Fe₃O₄(FeO • Fe₂O₃) - смешанный оксид железа;
HCl - хлороводород (соляная кислота);
FeCl₃ - хлорид железа - Fe (III);
FeCl₂ - хлорид железа - Fe (II);
CaCO₃ - карбонат кальция;
CaCl₂ - хлорид кальция;
CO₂ - оксид углерода (IV) - (углекислый газ).

Затем нейтрализованный и частично не прореагировавший раствор соляной кислоты откачивают из трубопровода и распределяют по полю нормами с допустимым содержанием ионов хлора не более 350 мг/л.

Очищенный участок трубопровода промывают чистой водой путем закачки в него объема воды и продукты промывки также вносят на поле. В очищенный и промытый участок трубопровода закачивают 0,01%-ный раствор фосфатных удобрений и выдерживают его в трубопроводе 5...7 суток.

При температуре 8^oC и дальнейшем снижении до 5^oC выдержка раствора 7 суток. Раствор фосфатных удобрений взаимодействует с очищаемой внутренней поверхностью трубопровода:
Fe ---> Fe²⁺ + 2e;
Fe²⁺ + HPO₁ ^2- ---> FeHPO₄;
3Fe²⁺ + 2PO₄ ^3- ---> Fe₃(PO₄)₂,
где Fe - железо;
Fe²⁺ - железо-ион (II);
HPO₄ ^2- - гидрофосфат - ион;
FeHPO₄ - гидрофосфат железа (II);
Fe₃(PO₄)₂ - ортофосфат железа (II);
PO₄ ^3- - ортофосфат-ион,
при этом на стенке трубопровода создается фосфатное (пассированное) покрытие (FeHPO₄, Fe₃(PO₄)₂), предохраняющее его стенки от коррозии.

После истечения 5. . .7 суток раствор фосфатных удобрений откачивают и распределяют по полю нормами с содержанием фосфатов не более 100 мг/л.

После опорожнения трубопровода на его гидранты в его нижней и верхней части устанавливают трубы приточно-вытяжной вентиляции для исключения конденсации влаги на внутренней поверхности трубопровода.

Концентрация фосфатов выбиралась исходя из двух условий:
снижение скорости коррозии пассированной поверхности и обеспечение питательного режима растений при внесении раствора на почву.

Снижение концентрации фосфатов в растворе ниже 100 мг/л не обеспечивает требуемый питательный режим растений, а увеличение концентрации фосфатов с 0,01 до 0,05% приводит к незначительному снижению скорости коррозии стали с 4,2 г/(м²•сут) до 4,0 г/(м²•сут). При этом перерасход фосфатов происходит в два раза, что экономически невыгодно, а в отдельных случаях вредно для почвы.

Продолжительность пассивации стали фосфатными удобрениями определялась экспериментально.

На фиг. 1 показаны локализация участка трубопровода и заполнение его раствором соляной кислоты для очистки от окисной пленки; на фиг. 2 - откачка отработанного раствора соляной кислоты из трубопровода, его промывка и подача в него раствора фосфатных удобрений для создания на его поверхности фосфатного покрытия; на фиг. 3 - откачка из трубопровода отработанного раствора фосфатных удобрений и установка на его гидрантах вентиляционных труб,
где обозначены: 1 - трубопровод оросительной сети; 2 - локализованный участок оросительного трубопровода; 3 и 4 - гидранты соответственно на нижнем и верхнем концах трубопровода; 5 - стояк; 6 - пневматическая камера; 7 - гибкий шланг; 8 - источник сжатого воздуха; 9 - кран для перекрытия подачи сжатого воздуха; 10 - кран для выпуска воздуха из камеры в атмосферу; 11 - агрегат для перевоза воды и отработанных растворов; 12 - цистерна для воды и приготовления растворов; 13 - насос; 14 - гибкая труба; 15 - дождевальная насадка для распределения отработанных растворов и воды по полю; 16 - заливаемый раствор соляной кислоты (на фиг. 2, 16 - отработанный раствор соляной кислоты); 17 - объем воды для промывки трубопровода; 18 - заливаемый раствор фосфатных удобрений; 19 - фосфатное покрытие (пассированная пленка) на стенке трубопровода; 20 - 21 - вентиляционные трубы, установленные на гидрантах нижней и верхней части трубопровода.

Осуществление предлагаемого способа заключается в следующей последовательности: на трубопроводе 1 оросительной сети локализуют участок трубопровода 2. Локализацию осуществляют с помощью помещаемых в его полость через гидранты 3 и 4 со стояком 5 резиновых пневматических камер 6, соединенных упругими гибкими шлангами 7 с источником сжатого воздуха 8 через кран 9 с атмосферой через краны 10. Краны 10 закрывают, открывают краны 9 и воздух из баллонов 8 подают по шлангам 7 в камеры 6. Камера заполняется воздухом и перекрывает трубопровод 1, герметично отделяя участок трубопровода 2 от сети 1 (см. фиг. 1).

К локализованному участку трубопровода 2 с помощью агрегата 11, имеющего цистерну 12, насос 13 с гибкой трубой 14, обеспечивающими забор и слив воды из цистерны 12 и поливными насадками 15, из водоисточника подвозят воду. В цистерне 12 готовят раствор соляной кислоты из расчета залива в цистерну 0,2 кг концентрированной соляной кислоты на 1 м³ воды. Раствор в цистерне 12 перемешивают и по гибкой трубе 14 через стояк 5 и гидрант 3 подают в полость трубопровода 2. Вытесняемый при этом из него воздух и газообразные продукты реакции выходят через гидрант 4.

Объем раствора соляной кислоты 16 выдерживают в трубопроводе 3 суток.

После истечения регламентированного времени очистки (3 суток) агрегат 11 через гидрант 3 отсасывает насосом 13 через гибкую трубу 14 отработанный раствор соляной кислоты 16 и подает его в цистерну 12 (см. фиг. 2).

При заполнении цистерны 12 агрегат 11 переезжает на участок поля, свободный от вегетирующих растений, и через поливные насадки 15 в движении распределяет его по поверхности поля. Одновременно с откачкой отработанного раствора соляной кислоты 16 или с перерывом не более 4 часов в верхнюю опорожненную часть локализованного участка трубопровода 2 через гидрант 4 из цистерны 12 агрегата 11 по гибкой трубе 14 подают объем чистой воды 17 для промывки стенок трубопровода от продуктов травления. Объем воды 17, продвигаясь по трубопроводу 2, будет одновременно вытеснять из трубопровода объем травильного раствора 16, который откачивают. После подачи в трубопровод 2 объема чистой воды 17 в цистерне 12 готовят 0,01% раствор фосфатных удобрений из расчета загрузки в цистерну 0,25 кг фосфатных удобрений на 1 м³ воды. Приготовленный раствор 18 по гибкой трубке 14 из цистерны 12 через гидрант 4 подают в полость трубопровода 2 до его полного заполнения.

При этом из гидранта 3 с помощью насоса 13 агрегата 11 одновременно продолжают откачку травильного раствора 16, а затем и объем воды 17, поданный для промывки. Раствором фосфатных удобрений 18 заполняют весь объем трубопровода 2. После заполнения трубопровода раствором фосфатных удобрений 18 его выдерживают в полости трубопровода 5...7 суток.

После истечения 5. . . 7 суток раствор 18 с помощью агрегата 11 через гидрант 3 полностью откачивают из трубопровода 2 и распределяют с помощью агрегата 11 через насадки 15 по полю с содержанием фосфатов не более 100 мг/л.

После завершения работ по созданию покрытия на трубопроводе 2 через гидранты 3 и 4 извлекают камеры 6, для чего краны 9 закрывают, а краны 10 открывают. Воздух из камеры 6 по шлангу 7 выпускают в атмосферу, затем с гидранта 3 снимают стояк 5 и на гидранты 3 и 4 устанавливают трубы приточно-вытяжной вентиляции 20 и 21, обеспечивающие поступление атмосферного воздуха в неполивной период через одну из них 20 и его вытяжку через другую 21 (см. фиг. 3).

Перед началом поливного сезона трубы 20 и 21 снимают.

По результатам проведенных исследований полученное таким способом фосфатное покрытие на внутренней поверхности трубопровода имеет серебристо-серый цвет, толщина покрытия 2...5 мкм. Скорость коррозии стали с фосфатным покрытием составляет 0,13 мм/год, что в 1,7...2,4 раза меньше скорости коррозии незащищенной поверхности. Срок службы покрытия 8 месяцев.

Источники информации
1. Временные технические указания к производству работ по очистке и защите от коррозии внутренней поверхности стальных труб групповых водопроводов. П.15: Защита от коррозии фосфатсиликатными композициями. - М.: Минводхоз СССР, Сельхозводоснабжение, 1984.

2. Метод и технология покрытия внутренней поверхности загрязненных осадками трубопроводов эпоксидными смолами в полевых условиях. ГОСНИТИ. Тематическая подборка "Защита от коррозии внутренней поверхности стальных трубопроводов". N 01-9-356/74 (прототип).

Изобретение предназначено для защиты от коррозии оросительных систем из стальных трубопроводов. Способ предусматривает локализацию участка трубопровода от оросительной сети путем ввода в его полость через стояки и гидранты, расположенные на границах участка, эластичных камер; очистку внутренней поверхности локализованного участка путем заполнения ее через гидранты с нижней частью 0,01%-ным травильным раствором соляной кислоты на 3 суток, последующую откачку из этой полости продуктов травления и промывку трубопровода. Антикоррозионное покрытие на очищенной поверхности трубопровода создается путем заполнения полости с верхней части одновременного с откачкой продуктов промывки 0,01%-ным раствором суперфосфата для пассивации поверхности на 5-7 суток, в результате которой создается нерастворимая пленка на гидро- и фосфатов железа, и последующей откачки отработанного фосфатного раствора с его распределением на полях в качестве удобрений. Для снижения образования конденсации влаги на пассивированной поверхности во внутренней полости трубопровода создают циркуляцию воздуха с помощью приточно-вытяжной вентиляции, выполненной в виде стояков различной длины, устанавливаемых на гидрантах трубопровода. Вспомогательные работы к проведению основного технологического процесса, заключающиеся в подготовке растворов, подводе воды, их подаче, откачке отработанных растворов из трубопровода, а также распределение их по полю осуществляют с помощью агрегата, оснащенного цистерной, насосом и дождевальными насадками. Изобретение позволяет повысить надежность трубопроводов оросительной сети. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ создания антикоррозионного покрытия заполнением трубопровода, уложенного с уклоном, оснащенного гидрантами со стояками, по которому в его полость с нижней части специальным агрегатом закачивают травильный раствор соляной кислоты, отводят с верхней части газообразные продукты реакции, нейтрализуют подаваемый раствор, откачивают его, промывают водой внутреннюю поверхность трубопровода и осуществляют подачу на нее пленкообразующего защитного материала, отличающийся тем, что трубопровод от сети локализуют по участкам, концентрацию травильного раствора и пленкообразующего материала и его состав назначают из условий внесения их отработанных растворов на поля, свободные от вегетирующих растений, нормами, не превышающими предельно допустимого содержания в почве активных ионов, а последовательную подачу воды и пленкообразующего материала осуществляют через гидранты в его верхней части с одновременной откачкой из него отработанного травильного раствора и воды с нижней, причем воду для промывки подают в объеме, превышающем объемы смешивания ее с травильным и пленкообразующим растворами. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что очистку внутренней поверхности трубопровода раствором соляной кислоты осуществляют при его концентрации 0,01% в течение 3 суток, а в качестве пленкообразующего используют 0,01%-ный раствор суперфосфата с выдержкой его в трубопроводе 5 - 7 суток. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что подготовку растворов, подвод воды, их подачу и откачку отработанных растворов из трубопровода, а также распределение их по полю осуществляют нормами с содержанием хлора не более 350 мг/л и фосфора не более 100 мг/л с помощью агрегата, оснащенного цистерной, насосом и дождевальными насадками, например с помощью универсальной машины КО-804. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что локализацию участка трубопровода от сети осуществляют с помощью помещаемой в его полость через стояк и гидранты эластичной камеры на гибком армированном шланге, соединенном с источником давления и атмосферой кранами. 5. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что полость трубопровода после создания защитного покрытия соединяют с атмосферой приточно-вытяжной вентиляцией, выполненной, например, в виде стояков различной длины, устанавливаемых на гидрантах в начале и конце участка трубопровода.