Способ определения долговечности наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных подземных трубопроводов

Иллюстрации

Показать все

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·ρ0н)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, месяцα; ρ0 - переходное электрическое сопротивление покрытия после его выдержки в агрессивной среде в течение одного месяца, Ом·м2; ρн - 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.

Реферат

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, месяцα;

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

ρн - 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, месяцα;

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

ρн - 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, мм
диаметр, ммдлинна, мм
12345
I,8910001. Подготовительный антикоррозионный слой из грунта - преобразователя ржавчины.0,06
I-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).4
2-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 2
Физико-механические характеристики антикоррозионного защитного покрытия стальных трубопроводов (начальные)Показатели опытных образцов
11-а1-б22-а2-б33-а3-б
Прочность адгезионной связи с металлом, МПа0,800,850,820,900,860,840,820,880,81
Относительное удлинение, %100120110115130125132128117
Предел прочности при растяжении, МПа8,07,58,17,87,57,18,27,67,8
Удельное объемное сопротивление покрытия, Ом·см4·10153,5·10153,6·10153·10152,8·10153,1·10152,5·10152,2·10152,4·1015
Переходное 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 3
Т, месяцыПереходное электрическое сопротивление опытных образцов антикоррозионного защитного полимерно-битумного покрытия стальных трубопроводов
11-а1-622-а2-633-а3-б
0,55,2·1095·1095,4·1097,3·1089·1085·1081·1081,1·1081·108
11,3·1091,5·1091,7·1092,2·1082·1084·1083,7·1076·1077·107
23,4·1083,25·1083,1·1086,4·1078·1075·1071,3·1073·1072·107
31,44·1081,2·1081,6·1083,2·1075·1071·1077,2·1069·1096·106
48·1078,15·1078,3·1071,9·1073·1071·1074,6·1063·1066·106
55,1·1075,2·1075,3·1071,3·1079·1062·1073,3·1061·1064·106
63,61·1073,8·1073,4·1079,4·1061,2·1077·1062,5·1061·1064·106
72,6·1072,7·1072,8·1077,2·1066·1069·1062·1061·1063·106
82·1072,1·1072,05·1075,7·1064·1068·1061,6·1061·1063·106
91,6·1071,4·1071,7·1074,6·1067·1063·1061,2·1061,4·1061,6·106
101,1·1071,3·1071,5·1073,8·1062·1066·1061,2·1068·1052·106
111·1071,1·1071,2·1073,2·1065·1061·1061·1061,05·1061,01·106
129·1061,1·1061·1062,8·1061·1064·1069·1051·1068·106
138·1067,7·1067,2·1062,2·1062,4·1062,6·1067,7·1058·1057,9·105
146,5·1066,8·1066,6·1062,1·1061·1063·1067,1·1069·1065·106
155,76·1068·1064·1062·1061,9·1061,8·1066,3·1056,4·1056,5·105
165·1065,1·1065,2·1061,7·1061·1063·1065,8·1064·1067·105
174,4·1064,5·1064,6·1061,3·1061,5·1061,7·1065,1·1065,3·1055,5·105
184·1068·1062·1061,4·1062·1069·1054,9·1053·1057·105
193,4·1063,6·1063,8·1061,1·1061,3·1061,4·1064,3·1054,5·1054,7·105
203,1·1063,2·1063,4·1061,1·1062·1069·1054,2·1052·1055·105
212,7·1063·1062,9·1061·1062·1068·1053,6·1052·1055·105
222,55·1062,5·1062,8·1069,5·1059,7·1059,8·1053,4·1053,6·1053,8·105
232,2·1062,5·1062,7·1066,1·10s6,2·1056,3·1053·1053,2·1053,4·105
242,1·1062,3·1062.5·1066,1·1056,1·1056,3·1053·103,15·1053,3·105
252,26·1062,1·1062,5·1068,3·1051·1067·1053,2·1055·1052·105
262·1062,08·1062,2·1068·1057,7·1057,5·1053,1·105·3·1052,9·105
271,8·1061,9·1062·1067,2·1055·1051·1052,8·1051·1054·105
281,78·1062·1061,7·1067·1066,8·1056,6·1052,5·1052,7·1052,8·105
291,6·1061,7·1067,8·1066,2·1058·1054·1052,5·1051·1054·105
301,5·1061,6·1061,6·1065,8·106·1056,1·1052,38·1052,4·1052,42·105
311,44·1061,3·1061,6·1065,6·104·1057·1052,3·1053·1051·105
321,42·1061,3·1061,4·1065,1·1055,3·1055,5·1052,1·1052,2·1052,3·105
331,4·1061,3·1061,35·1065·1057·1053·1052,1·1051·1053·105
341,19·1061,2·1061,3·1064,7·1054,8·1054,9·1051,9·1052·1052,1·105
351,12·1061,15·1061·1064,5·1054·1056·1051,9·1051·1053·105
361·1061,1·1060,8·1064,1·1056·1052·1051,7·1051·1052,5·105

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, месяцα;

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 ρн=1·10 Ом·м2.

Подставляя в выражение (2) значения ρн=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 (месяц1,75·2,16·108 Ом·м2/1·104 Ом·м2)1/1,75 лет и

Т=0,083 год/месяц (месяц1,5·3,72·107 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%.

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·ρ0н)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, месяцα;

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

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