СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ НАРУЖНОГО АНТИКОРРОЗИОННОГО ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ СТАЛЬНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2006 года по МПК C23F13/00 

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля стальных изолированных труб и может быть использовано для массового определения долговечности различных типов наружных антикоррозионных защитных покрытий стальных трубопроводов подземного заложения, предназначенных для эксплуатации в условиях агрессивной среды при близком залегании от поверхности земли уровня грунтовых вод различной минерализации и химического состава.

Известны способы прогнозирования эксплуатационных свойств композиционных полимерных материалов в строительстве с учетом их теплового старения, на основе которых могут быть решены следующие прикладные задачи: выдача рекомендаций для выбора материала, пригодного для эксплуатации в заданных условиях; определение условий эксплуатации для какого-либо конкретного материала; определение срока службы или работоспособности материала изделия в заданных условиях эксплуатации (см. УДК 620. 197. Прогнозирование эксплуатационных свойств композиционных полимерных материалов с учетом их теплового старения / Алоев В.З., Кейдия Г.Ш, Цыганов А.Д., Зеленев Ю.В. Обзорная инф. сер. Противокоррозионная защита. - М.: НИИТЭХИМ, 1992, 64 с.).

Однако отмеченные способы неразрушающего контроля прогнозирования свойств материалов не приемлемы для определения долговечности наружных антикоррозионных защитных покрытий стальных подземных трубопроводов.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту относится способ определения долговечности наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных подземных трубопроводов, включающий укладку 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 защитного покрытия непосредственно после его нанесения на образцы стальных труб и в процессе выдержки в грунте, установление зависимости изменения сопротивления покрытия от времени выдержки в грунте и расчетное прогнозирование срока службы наружного антикоррозионного покрытия по допускаемому сопротивлению покрытия (см. М.Я.Грудуле и др. Исследования старения антикоррозионного материала в почвенно-климатических условиях // Эксплуатационная долговечность мелиоративных систем с применением конструкций из полимерных материалов / ВНПО "Союзводполимер". - Елгава, 1984. - С.94-100).

Описанный способ ввиду низкой точности и надежности также не может быть реализован для определения долговечности наружных антикоррозионных защитных покрытий стальных подземных трубопроводов, предназначенных для эксплуатации в условиях их подтопления агрессивными грунтовыми водами с различной минерализацией и химическим составом.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - создание метода определения долговечности наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных подземных трубопроводов, предназначенных для эксплуатации в условиях их подтопления агрессивными грунтовыми водами.

Технический результат - повышение точности и надежности определения долговечности наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных подземных трубопроводов, предназначенных для эксплуатации в условиях их подтопления агрессивными грунтовыми водами.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения долговечности наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных подземных трубопроводов, включающем определение переходного электрического сопротивления покрытий опытных образцов труб диаметром 89-400 мм и длиной 600-1000 мм, выдержку опытных образцов в течение семи дней после их изготовления сначала на воздухе в условиях их складирования в соответствии с нормативными требованиями, а затем в жидкой агрессивной среде, имитирующей подземные грунтовые воды с различной минерализацией и химическим составом, определяют через равные промежутки времени в течение до трех лет выдержки опытных образцов в агрессивной жидкой среде интегральный показатель качества, надежности и долговечности - переходное электрическое сопротивление покрытия методом "мокрого контакта", устанавливают зависимость изменения переходного электрического сопротивления покрытия от времени выдержки в агрессивной среде и определяют долговечность наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных подземных трубопроводов из следующего выражения

где Т - долговечность наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных подземных трубопроводов, лет;

β - коэффициент размерности, β=0,083 год /месяц;

α - экспериментально установленный коэффициент, характеризующий интенсивность старения наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных подземных трубопроводов при эксплуатации в конкретных условиях агрессивной среды, α=1-2;

κ - коэффициент пропорциональности, месяц^α;

ρ₀ - переходное электрическое сопротивление наружного антикоррозионного покрытия после его выдержки в агрессивной среде в течение одного месяца, Ом·м²;

ρ_н - 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.

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного способа, заключаются в следующем.

Заявленный способ определения долговечности наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных подземных трубопроводов осуществляют следующим образом.

Подготовленные образцы изолированных труб проверяют на прочность адгезионной связи покрытия с металлом, относительное удлинение, предел прочности при растяжении и определяют объемное, а также переходное электрическое сопротивление антикоррозионного защитного покрытия. Затем после семидневной выдержки на воздухе в условиях складирования часть опытных образцов помещают в грунт, а остальную часть - погружают в жидкую агрессивную среду, имитирующую подземные грунтовые воды с исходной 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 защитного покрытия стальных подземных трубопроводов из следующего выражения

где Т - долговечность наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных подземных трубопроводов, лет;

β - коэффициент размерности, β=0,083 год /месяц;

α - экспериментально установленный коэффициент, характеризующий интенсивность старения наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных трубопроводов при эксплуатации в конкретных условиях агрессивной среды (грунтовые воды исходной минерализации и химического состава, грунт вторичного засоления и др.), α=1...2;

κ - коэффициент пропорциональности, месяц^α;

ρ₀ - переходное электрическое сопротивление наружного антикоррозионного покрытия после его выдержки в агрессивной среде в течение одного месяца, Ом·м²;

ρ_н - наименьшее допустимое нормативное переходное электрическое сопротивление наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных подземных трубопроводов в процессе эксплуатации, Ом·м².

Особенностью предложенного способа является принципиально новый метод определения 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.),

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 (NaCl).

Характеристика опытных образцов антикоррозионного защитного покрытия стальных труб, применяемые материалы и технологии приведены в таблице 1.

Таблица 1№ опытных образцовРазмеры опытных образцовСтруктура антикоррозионного защитного покрытия, применяемые материалы и технологииТолщина изоляции, ммдиаметр, ммдлинна, мм12345I,8910001. Подготовительный антикоррозионный слой из грунта - преобразователя ржавчины.0,06I-а,891000 I-б,891000                28910002. Стеклохолст ВВ-Г, пропитанный в битумно-полимерной мастике 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. SU №1788384 А1, МПК⁷ F 16 L 59/14. Способ нанесения антикоррозионного покрытия на стальные трубы/А.Г. Алимов и др. (СССР). - Заявка №4835108/29. Заявл. 09.04.90. Опубл. 15.01.93. Бюл. №2).42-а,891000 2-б,891000     3,891000 3-а,891000     3-б,891000     

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).

Таблица 2Физико-механические характеристики антикоррозионного защитного покрытия стальных трубопроводов (начальные)Показатели опытных образцов11-а1-б22-а2-б33-а3-бПрочность адгезионной связи с металлом, МПа0,800,850,820,900,860,840,820,880,81Относительное удлинение, %100120110115130125132128117Предел прочности при растяжении, МПа8,07,58,17,87,57,18,27,67,8Удельное объемное сопротивление покрытия, Ом·см4·10¹⁵3,5·10¹⁵3,6·10¹⁵3·10¹⁵2,8·10¹⁵3,1·10¹⁵2,5·10¹⁵2,2·10¹⁵2,4·10¹⁵Переходное электрическое сопротивление покрытия, Ом·м²6·10⁹5,5·10⁹5,6·10⁹8·10⁸1·10⁹7·10⁸1,7·10⁸1,6·10⁸1,5·10⁸

После семидневной выдержки на воздухе в условиях складирования опытные образцы изолированных труб 1, 1-а, 1-б помещают в грунт с исходным содержанием солей 2,65%, в том числе хлора 0,5%, а опытные образцы 2, 2-а, 2-б, 3, 3-а и 3-б погружали в жидкую агрессивную среду, имитирующую грунтовые воды с содержанием солей 30 кг/м³, в том числе 3% хлористого натрия (NaCl), 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 представлены в таблице 3.

Таблица 3Т, месяцыПереходное электрическое сопротивление опытных образцов антикоррозионного защитного полимерно-битумного покрытия стальных трубопроводов11-а1-622-а2-633-а3-б0,55,2·10⁹5·10⁹5,4·10⁹7,3·10⁸9·10⁸5·10⁸1·10⁸1,1·10⁸1·10⁸11,3·10⁹1,5·10⁹1,7·10⁹2,2·10⁸2·10⁸4·10⁸3,7·10⁷6·10⁷7·10⁷23,4·10⁸3,25·10⁸3,1·10⁸6,4·10⁷8·10⁷5·10⁷1,3·10⁷3·10⁷2·10⁷31,44·10⁸1,2·10⁸1,6·10⁸3,2·10⁷5·10⁷1·10⁷7,2·10⁶9·10⁹6·10⁶48·10⁷8,15·10⁷8,3·10⁷1,9·10⁷3·10⁷1·10⁷4,6·10⁶3·10⁶6·10⁶55,1·10⁷5,2·10⁷5,3·10⁷1,3·10⁷9·10⁶2·10⁷3,3·10⁶1·10⁶4·10⁶63,61·10⁷3,8·10⁷3,4·10⁷9,4·10⁶1,2·10⁷7·10⁶2,5·10⁶1·10⁶4·10⁶72,6·10⁷2,7·10⁷2,8·10⁷7,2·10⁶6·10⁶9·10⁶2·10⁶1·10⁶3·10⁶82·10⁷2,1·10⁷2,05·10⁷5,7·10⁶4·10⁶8·10⁶1,6·10⁶1·10⁶3·10⁶91,6·10⁷1,4·10⁷1,7·10⁷4,6·10⁶7·10⁶3·10⁶1,2·10⁶1,4·10⁶1,6·10⁶101,1·10⁷1,3·10⁷1,5·10⁷3,8·10⁶2·10⁶6·10⁶1,2·10⁶8·10⁵2·10⁶111·10⁷1,1·10⁷1,2·10⁷3,2·10⁶5·10⁶1·10⁶1·10⁶1,05·10⁶1,01·10⁶129·10⁶1,1·10⁶1·10⁶2,8·10⁶1·10⁶4·10⁶9·10⁵1·10⁶8·10⁶138·10⁶7,7·10⁶7,2·10⁶2,2·10⁶2,4·10⁶2,6·10⁶7,7·10⁵8·10⁵7,9·10⁵146,5·10⁶6,8·10⁶6,6·10⁶2,1·10⁶1·10⁶3·10⁶7,1·10⁶9·10⁶5·10⁶155,76·10⁶8·10⁶4·10⁶2·10⁶1,9·10⁶1,8·10⁶6,3·10⁵6,4·10⁵6,5·10⁵165·10⁶5,1·10⁶5,2·10⁶1,7·10⁶1·10⁶3·10⁶5,8·10⁶4·10⁶7·10⁵174,4·10⁶4,5·10⁶4,6·10⁶1,3·10⁶1,5·10⁶1,7·10⁶5,1·10⁶5,3·10⁵5,5·10⁵184·10⁶8·10⁶2·10⁶1,4·10⁶2·10⁶9·10⁵4,9·10⁵3·10⁵7·10⁵193,4·10⁶3,6·10⁶3,8·10⁶1,1·10⁶1,3·10⁶1,4·10⁶4,3·10⁵4,5·10⁵4,7·10⁵203,1·10⁶3,2·10⁶3,4·10⁶1,1·10⁶2·10⁶9·10⁵4,2·10⁵2·10⁵5·10⁵212,7·10⁶3·10⁶2,9·10⁶1·10⁶2·10⁶8·10⁵3,6·10⁵2·10⁵5·10⁵222,55·10⁶2,5·10⁶2,8·10⁶9,5·10⁵9,7·10⁵9,8·10⁵3,4·10⁵3,6·10⁵3,8·10⁵232,2·10⁶2,5·10⁶2,7·10⁶6,1·10^s6,2·10⁵6,3·10⁵3·10⁵3,2·10⁵3,4·10⁵242,1·10⁶2,3·10⁶2.5·10⁶6,1·10⁵6,1·10⁵6,3·10⁵3·103,15·10⁵3,3·10⁵252,26·10⁶2,1·10⁶2,5·10⁶8,3·10⁵1·10⁶7·10⁵3,2·10⁵5·10⁵2·10⁵262·10⁶2,08·10⁶2,2·10⁶8·10⁵7,7·10⁵7,5·10⁵3,1·10⁵·3·10⁵2,9·10⁵271,8·10⁶1,9·10⁶2·10⁶7,2·10⁵5·10⁵1·10⁵2,8·10⁵1·10⁵4·10⁵281,78·10⁶2·10⁶1,7·10⁶7·10⁶6,8·10⁵6,6·10⁵2,5·10⁵2,7·10⁵2,8·10⁵291,6·10⁶1,7·10⁶7,8·10⁶6,2·10⁵8·10⁵4·10⁵2,5·10⁵1·10⁵4·10⁵301,5·10⁶1,6·10⁶1,6·10⁶5,8·106·10⁵6,1·10⁵2,38·10⁵2,4·10⁵2,42·10⁵311,44·10⁶1,3·10⁶1,6·10⁶5,6·104·10⁵7·10⁵2,3·10⁵3·10⁵1·10⁵321,42·10⁶1,3·10⁶1,4·10⁶5,1·10⁵5,3·10⁵5,5·10⁵2,1·10⁵2,2·10⁵2,3·10⁵331,4·10⁶1,3·10⁶1,35·10⁶5·10⁵7·10⁵3·10⁵2,1·10⁵1·10⁵3·10⁵341,19·10⁶1,2·10⁶1,3·10⁶4,7·10⁵4,8·10⁵4,9·10⁵1,9·10⁵2·10⁵2,1·10⁵351,12·10⁶1,15·10⁶1·10⁶4,5·10⁵4·10⁵6·10⁵1,9·10⁵1·10⁵3·10⁵361·10⁶1,1·10⁶0,8·10⁶4,1·10⁵6·10⁵2·10⁵1,7·10⁵1·10⁵2,5·10⁵

Изобретение поясняется чертежом, где показаны кривые изменения переходного электрического сопротивления опытных образцов антикоррозионного защитного покрытия стальных труб от времени выдержки в агрессивной среде: кривая 1 построена по результатам исследований образцов 1, 1-а, 1-б, помещенных в грунт с исходным содержанием солей 2,65%, в том числе хлора 0,5%; кривые 2 и 3 - соответственно для образцов 2, 2-а, 2-б и 3, 3-а, 3-б, погруженных в жидкую агрессивную среду, имитирующую грунтовые воды с содержанием солей 30 кг/м³, в т. ч. 3% хлористого натрия (NaCl).

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:

где ρ - переходное электрическое сопротивление наружного антикоррозионного покрытия, Ом·м²;

κ - коэффициент пропорциональности, месяц^α;

ρ₀ - переходное электрическое сопротивление наружного антикоррозионного покрытия после его выдержки в агрессивной среде в течение одного месяца, Ом·м²;

Т - продолжительность выдержки опытных образцов наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных подземных трубопроводов в агрессивной среде, месяцы;

α - экспериментально установленный коэффициент, характеризующий интенсивность старения наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных трубопроводов при эксплуатации в конкретных условиях агрессивной среды (грунтовые воды исходной минерализации и химического состава, грунт вторичного засоления и др.), α=1...2.

Аппроксимацией результатов исследований (табл.3, чертеж) методом наименьших квадратов установлены значения коэффициентов (ρ₀, α), входящих в формулу (3), для опытных образцов в зависимости от агрессивных сред.

Кривые 1, 2, 3 на фиг.1 соответственно описываются следующими уравнениями убывающей степенной функции:

Принимаем в соответствии с ГОСТ 9.602-89^* "Единая система защиты от коррозии и старениия. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии. - М.: Изд. Стандартов, 1989, с.12" минимально допустимое нормативное переходное электрическое сопротивление наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных трубопроводов в процессе эксплуатации равным ρ_н=1·10 Ом·м².

Подставляя в выражение (2) значения ρ_н=1·10⁴ Ом·м², ρ₀ (1,3·10⁹ Ом·м²; 2,16·10⁸ Ом·м²; 3,72·10⁷ Ом·м²) и α (2,0; 1,75; 1,5), определим ресурс долговечности наружного антикоррозионного защитного полимерно-битумного покрытия, усиленного стеклохолстом (см. табл.1) стальных трубопроводов в опытных образцах, выдержанных в различных агрессивных средах:

для образцов 1, 1-а, 1-б, 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·м²/1·10⁴ Ом·м²/^1/2=30 лет,

а для образцов 2, 2-а, 2-б и 3, 3-а, 3-б, погруженных в жидкую агрессивную среду, имитирующую грунтовые воды с содержанием солей 30 кг/м³, в т.ч. 3% хлористого натрия (NaCl), соответственно, долговечность составит

Т=0,083 год/месяц (месяц^1,75·2,16·10⁸ Ом·м²/1·10⁴ Ом·м²)^1/1,75 лет и

Т=0,083 год/месяц (месяц^1,5·3,72·10⁷ Ом·м²)^1/1,5=20 лет.

Предложенный способ не имеет альтернативы и позволяет установить долговечность наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных подземных трубопроводов в условиях эксплуатации при их подтоплении агрессивными грунтовыми водами с различной минерализацией и химическим составом; погрешность измерений составляет 1...5%.

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля стальных изолированных труб и может быть использовано для массового определения долговечности различных типов наружных антикоррозионных защитных покрытий стальных трубопроводов подземного заложения, предназначенных для эксплуатации в условиях агрессивной среды при близком залегании от поверхности земли уровня грунтовых вод различной минерализации и химического состава. Способ включает выдержку опытных образцов труб диаметром 89-400 мм и длиной 600-1000 мм в течение семи дней после их изготовления сначала на воздухе в условиях их складирования, а затем в жидкой агрессивной среде, имитирующей подземные грунтовые воды, определяют через равные промежутки времени в течение до трех лет выдержки опытных образцов в агрессивной среде 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 защитного покрытия стальных трубопроводов из следующего выражения: Т=β(κ·ρ₀/ρ_н)^1/α, где Т - долговечность покрытия трубопроводов, лет; β - коэффициент размерности, β=0,083 год/месяц; α - экспериментально установленный коэффициент, характеризующий интенсивность старения покрытия трубопроводов при эксплуатации в конкретных условиях агрессивной среды, α=1-2; κ - коэффициент пропорциональности, месяц^α; ρ₀ - переходное электрическое сопротивление покрытия после его выдержки в агрессивной среде в течение одного месяца, Ом·м²; ρ_н - наименьшее допустимое нормативное переходное электрическое сопротивление покрытия трубопроводов в процессе эксплуатации, Ом·м². Технический результат: повышение точности и надежности определения долговечности наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных подземных трубопроводов, предназначенных для эксплуатации в условиях их подтопления агрессивными грунтовыми водами. 3 табл., 1 ил.

Способ определения долговечности наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных подземных трубопроводов, включающий выдержку опытных образцов труб диаметром 89-400 мм и длиной 600-1000 мм в течение семи дней после их изготовления сначала на воздухе в условиях их складирования в соответствии с нормативными требованиями, а затем в жидкой агрессивной среде, имитирующей подземные грунтовые воды с различной минерализацией и химическим составом, определяют через равные промежутки времени в течение до трех лет выдержки опытных образцов в агрессивной среде 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 защитного покрытия стальных трубопроводов из следующего выражения:

Т=β(κ·ρ₀/ρ_н)^1/α,

где Т - долговечность покрытия стальных трубопроводов, лет;

β - коэффициент размерности, β=0,083 год/месяц;

α - экспериментально установленный коэффициент, характеризующий интенсивность старения покрытия стальных трубопроводов при эксплуатации в конкретных условиях агрессивной среды, α=1-2;

κ - коэффициент пропорциональности, месяц^α;

ρ₀ - переходное электрическое сопротивление покрытия после его выдержки в агрессивной среде в течение одного месяца, Ом·м²;

ρ_н - наименьшее допустимое нормативное переходное электрическое сопротивление покрытия стальных трубопроводов в процессе эксплуатации, Ом·м².