Существует множество отслуживших объектов, особенно у компании N Sea, которые, скорее всего, в ближайшее время будут выведены из эксплуатации или благодаря совершенствованию восстанавливающих технологий останутся в эксплуатации еще несколько лет.
Требуется пересмотреть прежнее решение о том, как выполнять техническое обслуживание таких сооружений, например, обратив внимание на системы покрытий с защитой до трех лет, а возможно и до пяти лет, а также на способы обработки поверхности. Всегда существовало правило подготовки поверхностей: либо с помощью механических инструментов, либо используя абразивную обработку, чтобы подготовить подложку к нанесению многослойных покрытий.
Многие системы разрабатываются в расчете на новую сталь, используемую при производстве новых конструкций на верфи, а не на изношенную и сильно прокорродировавшую сталь, которая фактически и используется в море. Большинство используемых в настоящее время покрытий достаточно высокотехнологичны, требуют особой подготовки поверхности и являются двухкомпонентными и дорогостоящими.
Поэтому при разработке новых стратегий первый вопрос, который следует рассмотреть, это: «Зачем нам выполнять подготовку поверхности?» Причина проста: так было всегда. Подготовка поверхности, особенно абразивная струйная обработка, — это весьма дорогостоящая и времязатратная операция, а ручная подготовка и механическая очистка традиционно ассоциируются с кратковременной защитой, небольшими площадями и очень медленными процессами.
Во-вторых, следует рассмотреть использование многослойных систем, состоящих из двухкомпонентных материалов, которые также применяются по сложившейся традиции. Многие из этих систем покрытий были разработаны для защиты новой стали, скажем, на 25 лет, и они необязательно подойдут для использования в качестве ремонтных покрытий.
Поэтому на практике покрытие (и процедура), которое обеспечивает достаточную защиту для сохранения целостности конструкции таким образом, чтобы она оставалась пригодной в течение оставшегося срока эксплуатации, и требует минимальных затрат, – это решение всех проблем. Поэтому идеальное покрытие должно соответствовать следующим критериям:
- Минимальная подготовка или ее отсутствие
- Однослойное покрытие, однокомпонентный материал
- Устойчивая к воздействию внешних условий система
- Низкозатратное, простое нанесение – не требуется дорогостоящего оборудование, применение простых технологий, требующих минимальный набор навыков
- Низкий риск для здоровья и окружающей среды В данной статье описано исследование, выполненное по поиску новых процедур для технического обслуживания описанных отслуживших сооружений.
ПРЕДПОСЫЛКИ
После определения вышеуказанных критериев для альтернативной стратегии технического обслуживания первый этап заключался в поиске материалов, которые уже зарекомендовали себя таким образом, чтобы соответствовать этим требованиям. Неудивительно, что их было очень немного, однако был найден акриловый материал на водной основе, который успешно применялся в различных конструкциях, включая крейсер HMS Belfast, на верхние строения которого в середине 1990-х годов было нанесено покрытие сугубо в косметических целях. Для этого использовалась простая промывка, а покрытие наносилось кистью или валиком сплошным слоем. Покрытие на удивление хорошо выдержало 20 лет эксплуатации под воздействием вод Темзы в центре Лондона и должно оставаться качественным еще долгие годы. Также с похожими характеристиками был найден еще один акриловый материал на основе растворителя, предназначенный для ремонта грузовых контейнеров в неблагоприятных условиях.
Рисунок 1. Объект, требующий ремонтного покрытия
Оба материала были рассмотрены на предмет пригодности для краткосрочной защиты сооружений с большим сроком службы. Их было легко наносить в качестве однослойного покрытия для влажной поверхности в далеко не идеальных условиях на различные подложки в зимнее время года, при кратковременном дожде, при низких температурах и высокой влажности, что вполне характерно для погоды в открытом море.
ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ
В качестве испытательной подложки была выбрана труба из оголенной углеродистой стали, которая располагалась вертикально и подвергалась воздействию среды C4M на расстоянии примерно 500 метров от берега в течение нескольких лет, в результате чего произошло существенное развитие поверхностной коррозии. Половина поверхности промывалась пресной водой, а другая половина оставалась нетронутой. Материалы наносили на обе половины поверхности с помощью 2-дюймовой кисти в соответствии со спецификациями производителя, с получением толщины сухой пленки около 75-100 микрон. Перед проведением испытания на адгезию методом отрыва контрольные участки просушивались в течение 7 дней. Результаты испытания были вполне согласованными, отрыв происходил на поверхности раздела сталь / коррозия, что было не слишком удивительно. Все результаты находились в диапазоне 4-5 МПа, что вполне типично при наличии стойких солевых отложений.
Это укрепило нашу уверенность в методологию, и мы приступили к мониторингу разрушений, происходящих с течением времени. Через 12 месяцев внешнего воздействия в прибрежной среде разрушения были минимальными для обоих покрытий. Однако по прошествии этого времени поверхностные пузыри и деформации начали становиться более явными, а через 2 года на всех участках обнаруживались значительные повреждения.
ДАЛЬНЕЙШИЕ ИСПЫТАНИЯ
В последние годы большое значение приобретает удаление загрязнений с поверхностей перед подготовкой, а после подготовки – сохранение оптимальных свойств подложки, которые приумножились благодаря пониманию степени повреждения покрытия. В большинстве спецификаций нефтяных компаний четко определяется допустимый уровень поверхностных загрязнений или, как минимум, дается ссылка на другие стандарты, такие как Norsok M-501, в которых указываются общепризнанные значения.
Все стандартные руководства очень похожи и требуют удаления всех загрязнений, насколько это практически возможно; как правило, грязь и мусор удаляется сухой щеткой с жесткой щетиной, смазка, масло и другие прилипшие загрязнения удаляются с помощью промывки чистой водой с добавлением подходящего водорастворимого обезжиривающего / моющего средства.
Рисунок 2. Грунтовку на водной основе наносили на подвергнутую коррозии стальную трубу с многочисленными дефектами покрытия на прилегающих участках.
К тому же, может существовать еще один набор критериев, связанный с растворимыми солями / хлоридами, которые обычно представляются как максимальное количество загрязнений, выраженное в мг/м² или мкг/см2. Для атмосферного воздействия обычно характерно значение 50 мг/м2, для погружения – 20 мг/м2 (это общие произвольные уровни, которые были взяты из стандарта Norsok M-501).
Контроль качества может различаться, но обычно выполняется визуальный осмотр с близкого расстояния и одно из признанных количественных испытаний на хлорид-ионы, а также оценка остаточной пыли в соответствии со стандартом ISO 8502.
Даже несмотря на все вышесказанное, у нас все еще случаются неудачи. Так что же можно сделать, чтобы улучшить ситуацию?
Рисунок 3. Грунтовку на основе растворителя наносили на неподготовленную, прокорродировавшую трубу и поверх старого, выцветшего эпоксидного покрытия.
Первостепенное значение имеет получение чистой поверхности перед выполнением пескоструйной обработки или другого процесса подготовки поверхности. Если не удалять загрязнения, то они просто забиваются в подложку; если до этого загрязнения находились на поверхности существующего покрытия, то теперь это частицы, глубоко внедренные в металлическую подложку, что приводит к преждевременному разрушению.
Еще одна проблема заключается в том, что используемая «питьевая» вода недостаточно чистая. Так называемая «водопроводная вода» или «вода для бурового раствора» вполне может иметь высокую концентрацию хлорида и фактически может усугубить ситуацию, а не решить проблему.
Использование специального очищающего раствора может существенно сократить вышеуказанные проблемы, например, щелочной обезжириватель, который также реагирует с хлоридами и снижает уровень этих загрязнений как на подложке, так и в используемой воде, а также стабилизаторы продуктов коррозии (преобразователи ржавчины).
При использовании в виде 5-20% раствора в чистой питьевой воде его можно наносить с помощью ручной щетки или устройства для промывки под давлением. После нанесения и обработки поверхности раствор оставляют минимум на 30 минут, затем смывают.
Механическую очистку можно выполнять по влажной поверхности, как и в случае с гидроабразивной обработкой. Сухую струйную обработку можно выполнять на влажной поверхности или после ее высыхания.
После подготовки поверхности участок можно промыть другим специальным раствором, содержащим ингибитор коррозии, что также может способствовать удалению остаточных загрязнений с поверхности и нейтрализовать оставшийся очищающий раствор, обеспечив подложке pH 7.
Как говорилось выше, одна из основных проблем, особенно в море, – это поверхностные загрязнения в виде растворимых солей и остатков масла / смазки. Если их удалить и пассивировать поверхность, то срок службы покрытия будет значительно продлен. Поэтому было выполнено еще одно испытание на другой стальной конструкции, подверженной воздействию среды C4M, с использованием однокомпонентного, отверждаемого во влажной среде полиуретанового покрытия, которое могло бы стабилизировать подложку, поскольку оно проникает в продукты коррозии. Результаты испытаний показали, что адгезия была улучшена примерно до 6 МПа, а разрушения были ближе к стальной подложке (это говорит о том, что большинство продуктов коррозии было прикреплено к покрытию).
Рисунок 4. Балка в процессе очистки металлической щеткой.
Однако при использовании этого продукта была проблема с токсичными изоцианатами. Несмотря на то, что результаты были ободряющими, из-за потенциальных рисков, связанных преимущественно с его использованием, дальнейшие испытания были исключены.
Эти положительные начальные результаты повлекли за собой проведение испытаний альтернативных методов подготовки поверхности посредством очистки механическим или ручным способом. Выбираемые химические реагенты должны были обладать следующими характеристиками: очищающие средства, реагенты для удаления окалины / ржавчины, средства для промывки и ингибиторы. Каждое средство испытывалось отдельно при разных концентрациях; при нанесении использовались только ведро и кисть, чтобы максимально упростить процесс.
Подготовка поверхности проржавевшей стали ограничивалась легкой очисткой металлическими щетками вручную, ручной зачисткой для удаления окалины и очисткой с помощью нейлоновой сметки. Это значительно меньше, чем предполагает стандарт St2. (Результаты обезжиривания проверялись на телескопической мачте вилочного погрузчика, поскольку она была обильно смазанной и очень грязной).
После испытания характеристик всех материалов отдельные компоненты, показавшие наилучшие результаты, смешивали, регулируя концентрации, чтобы оптимизировать характеристики, пока не была найдена одна смесь, которая обеспечила явное удаление ржавчины наряду с эффективной очисткой и обезжириванием при нанесении кистью.
Рисунок 5. Все участки были вручную промыты с использованием ведра воды, содержащей ингибитор поверхностной коррозии, и оставлены для высыхания на воздухе.
Далее эту смесь оценили, выполнив предполагаемую подготовку / очистку поверхности / нанесение покрытия на ржавую балку.
Поскольку результаты, очевидно, зависят от времени, оптимальную смесь оставили на 60 минут на ржавой балке, которая была по минимуму очищена вручную металлическими щетками. После промывки внешний вид поверхности соответствовал степени St3 с легким металлическим блеском (см. ниже).
Чтобы убедиться, что данная процедура пригодна к использованию, корродированные стальные панели размером примерно 500 x 500 мм, которые находились на открытом воздухе в течение нескольких месяцев, полностью подвергли воздействию предложенной системы — очистка металлическими щетками в течение 1 минуты, нанесение очищающего раствора, промывка ингибирующим раствором и нанесение кистью однослойного акрилового покрытия на водной основе с получением толщины мокрого слоя 125 – 150 микрон. Начиная от ржавой стали до первого слоя краски процедура заняла примерно 20 минут.
На следующий день панель и стальная балка, оставленные под дождем на 24 часа, испытывались на предмет остаточных солей на непокрытых участках с помощью тестовых пластырей Бресле. Все контрольные участки оценивались относительно наличия существенных изменений и осматривались визуально на предмет ухудшения.
Результаты были весьма обнадеживающими. Все контрольные участки на большой балке показали результаты в диапазоне 3,5 – 4,5 мг/м2, которые считались удовлетворительными для предполагаемого уровня поддержания сохранности покрытий. Интересно, что для панели результат был еще лучше (2,1 мг/м2) и полностью соответствовал внутреннему уровню загрязнения судна солями (перед испытанием содержание солей составляло более 150 мг/м2, поскольку детали были погружены в высококонцентрированный раствор соли на несколько дней и высушены). Также было нанесено другое акриловое покрытие на водной основе.
Следует отметить поразительно быстрое время высыхания этого материала – около 60 минут. Панели были оставлены на открытом воздухе под воздействием прибрежно-морской окружающей среды: ветра, дождя, холода (до -6 °C) и прямых солнечных лучей. Первая полноценная проверка была проведена примерно через 2 недели, это позволило покрытиям полностью отвердиться и прореагировать с очистителями / ингибиторами. Визуально не было заметно никаких признаков ухудшения исходного состояния, не было видимого развития ржавчины на открытых участках стали или под нанесенными покрытиями, не было дефектов или разрушений.
Испытание на адгезию методом отрыва с использованием датчика HATE показало результаты в диапазоне от 2,5 до 3,5 МПа, разрушение произошло в покрытии (когезионное) и при отложениях ржавчины на поверхности контакта с подложкой. Относительно слабые стороны акрилового покрытия на водной основе не должны приводить к тому, чтобы само покрытие стало причиной адгезионных разрушений.
Еще через неделю была проведена вторая серия испытаний на адгезию и визуальный осмотр.
Панели были зафиксированы на месте двухкомпонентным эпоксидным клеем и оставлены до полного отверждения. Снова были выполнены испытания на адгезию с использованием датчика HATE, результаты которых находились в диапазоне 3,5 – 4,5 МПа; опять же не наблюдалось никаких конкретных участков разрушения, и это было воспринято как приемлемый результат.
Чтобы отдельно проверить эффективность химических реагентов с точки зрения защитного и ингибирующего действия, испытательные панели просушили посредством продувки, нижнюю половину промыли обоими продуктами, а верхнюю половину оставили необработанной. Затем панели находились на открытом воздухе в прибрежной зоне, под воздействием атмосферных условий и окружающей среды.
В течение 2 суток была заметна коррозия и порыжение верхнего участка, а также четкая разграничительная линия с участком, на котором была выполнена промывка.
Примерно через 6 месяцев на верхнем участке наблюдалось значительное образование продуктов коррозии, в то время как на нижней обработанной половине только начинал формироваться легкий слой ржавчины.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ПРОВЕРКА
Вслед за уже проведенными испытаниями было принято решение выполнить еще одно испытание, используя ту же подготовку и систему покрытий, чтобы повторить результаты первого испытания.
Опять же, единственными инструментами, применяемыми для испытания, были: ручная металлическая щетка, ведро, щетка для мытья палубы и обычные кисти на 2 дюйма.
Испытание проводилось на неокрашенной эстакаде, которая в течение длительного времени подвергалась воздействию морской среды.
Подложка была очищена щеткой без уточнения параметров очистки и промыта тем же составом и с той же концентрацией запатентованного средства против ржавчины, очистителя и обезжиривателя, которые использовались в первом испытании на стальных панелях. Эстакада была оставлена на 30 минут для высыхания, затем ее промыли и нанесли ингибитор коррозии.
После высыхания было проведено испытание для определения концентрации растворимых солей с помощью пластырей Бресле и получен результат 2 мг/м2, который расценивался как вполне приемлемый и оказался гораздо ниже предполагаемого. Первый слой акриловой
грунтовки на водной основе был нанесен с получением толщины влажной пленки 125 мкм, эстакаду оставили для высыхания / отверждения на 40 минут, а затем нанесли второй акриловый слой на 2/3 поверхности, также с толщиной 125 мкм.
ВЫВОДЫ
Эти испытания были намеренно упрощены. Придется доказать, что применение механической подготовки или промывки под давлением имеют преимущества над тем, что было сделано в данном случае. Вся работа, от начала до конца, была выполнена за 3 часа, включая периоды ожидания между операциями.
Все результаты первого испытания были успешно воспроизведены, а испытания на адгезию были проведены во втором испытании после того, как образец в течение длительного периода подвергался воздействию атмосферных условий, были получены те же результаты. Сейчас, спустя 2 года, подтверждается, что разрушения на панелях минимальны и нет признаков повторного формирования коррозии. Участки на балке, где покрытие наносили на отложения, не проявляют никаких признаков разрушения покрытия, которое все еще остается неповрежденным и непотемневшим. На различных областях были проведены испытания на эксплуатационные характеристики, а также в дальнейшем проводились глубокие лабораторные испытания совместно с ускоренными испытаниями в солевом тумане, которые подтвердили первоначальную гипотезу.
Эстакада была лишь частично покрыта вторым слоем, как и в случае с первой испытательной пластиной; оба образца оставлены на открытом воздухе и подлежат регулярным осмотрам для проверки работы системы. В этом случае также после 15 месяцев воздействия нет существенных признаков разрушения покрытия; небольшие пятна ржавчины становятся заметными там, где было нанесено одно покрытие; участки с двухслойным покрытием остаются полностью неповрежденными.
Акриловое покрытие на водной основе – это надежный материал, хорошо зарекомендовавший себя в различных областях применения, и поэтому является коммерчески доступным продуктом. Разработанный раствор для очистки / промывки в настоящее время производится в промышленных масштабах крупными поставщиками.
Используя эти два продукта, мы можем эффективно производить наиболее близкую к идеалу подложку в таких неблагоприятных условиях окружающей среды, какие только возможны. Если обеспечить эффективное удаление смазки и соли перед подготовкой поверхности, а затем удаление тонкодисперсной пыли и ингибирование коррозии с нейтральным pH подложки, любое нанесенное покрытие может работать на своем оптимальном уровне.
На данный момент эта система используется в море и уже третий год показывает хорошие результаты мониторинга.
Саймон Хоуп, технический эксперт компания Auquharney Associates Ltd.
