Приемочные испытания покрытий, защищающих от коррозии под изоляцией

Коррозия под изоляцией (CUI) – это ускоренная коррозия, возникающая под слоем изоляции, который обычно применяется для сохранения энергии, улучшенного управления процессами и защиты рабочих от экстремальных температур.

Проблема коррозии под изоляцией возникает у руководителей во многих отраслях промышленности, связанных с использованием тепла или холода в производственных процессах, таких как химическая обработка, рафинирование, производство удобрений и производство электроэнергии.

Изоляция, применяемая в этих установках, как правило механически крепится к аппарату или трубопроводу и покрывается облицовочным материалом. Облицовка чаще всего изготавливается из металла или пластмассы и применяется для защиты изоляции от физических повреждений и от попадания воды. По прошествии некоторого времени вода и сопутствующие загрязнения могут просачиваться через облицовку в изоляцию и вступать в контакт с подложкой из углеродистой или нержавеющей стали. Известно, что коррозия быстрее протекает при высоких температурах, близких к 100°C [1], при наличии коррозионного элемента, а также понятно, что концентрация электролита, создаваемая при испарении загрязненной воды в изоляции, может привести к ускоренной коррозии. К тому же, развитию ускоренной коррозии под изоляцией способствуют остановки технологического процесса, как плановые, так и внеплановые.

Коррозия может повлечь за собой существенное разрушение материала подложки, что может привести к перфорации системы трубопроводов производственного оборудования. В зависимости от среды, протекающей через оборудование, перфорация может привести к утечке пара высокого давления или утечке жидких или газообразных углеводородов, что может вызвать пожар (пожар пролива и факельное горение) и взрыв. Эти утечки могут привести к значительному ущербу, травмам, загрязнению окружающей среды, потере производственного времени и ухудшению репутации компании. Для владельцев и заинтересованных лиц все это предполагает значительные издержки.

ПРОФИЛАКТИКА

Коррозию под изоляцией можно предотвратить путем правильного выбора материалов подложки, покрытия, изоляции и облицовки.

Наилучший способ предотвратить коррозию под изоляцией – это не изолировать оборудование, если нет необходимости в экономии энергии, улучшении производственного процесса или предотвращении травм. Неизолированное оборудование по-прежнему должно иметь защиту от коррозии, однако ее гораздо легче поддерживать в долгосрочной перспективе. Главный вопрос заключается в затратах на обеспечение длительного расчетного срока службы по сравнению с первоначальной стоимостью.

Для предотвращения коррозии под изоляцией можно использовать специализированные сплавы и другие конструкционные материалы. В некоторых случаях эти материалы используются, если риск возникновения неисправности слишком высок или же техническое обслуживание и ремонт слишком сложны. Хотя многие подобные сплавы дорого стоят, они могут устранить необходимость в коррозионной защите и дальнейшем обслуживании.

Зачастую владелец и инженер полагаются на покрытия в сочетании с качественной изоляцией и облицовкой. Эти три компонента можно рассматривать как принцип предотвращения коррозии под изоляцией, базирующийся на трех столпах: защита от атмосферных воздействий, изоляционный материал и система защитных покрытий. В данной статье основное внимание уделяется защитным покрытиям, а также рассматривается выбор и использование покрытий в соответствии с требованиями конкретной сферы применения.

Чаще всего покрытия представляют собой последний оборонительный рубеж против коррозии под изоляцией. Владелец и инженер должны выбрать лучшее покрытие, исходя из анализа первоначальных затрат и/или стоимости жизненного цикла, рассматривая зависимость стоимости от рабочих характеристик при различных диапазонах температуры

ВЫБОР ПОКРЫТИЯ

Многие изолированные поверхности используются при температуре 150°C, при этом изоляция крайне редко высушивается полностью. Что касается окружающей среды, при такой температуре система покрытий должна выдерживать постоянное погружение и, конечно, кипящую воду. При температуре выше 150°C материал покрытия должен выдерживать кипящую воду и кратковременное погружение.

Все системы покрытий против коррозии под изоляцией должны выдерживать тепловой удар и термоциклирование в рабочем диапазоне температур. Для владельца и инженера крайне важно знать характерные термические особенности технологических установок. Выбор покрытия обычно производится исходя из максимальной расчетной температуры. В значение расчетной температуры должна входить максимальная температура процесса, включая температуру при отказе и/или результат очистки паром высокого давления внутренних поверхностей труб и емкостей при остановках. Владелец и инженер должны следить за тем, чтобы расчетная температура была точной, а не заниженной или завышенной.

Существует множество покрытий, которые можно использовать для предотвращения или сведения к минимуму возникновения коррозионного элемента. Различные составы могут обеспечить разные характеристики, включая твердость, текучесть, смачивание, образование пленки, адгезию, проницаемость и химическую стойкость.

Покрытие можно модифицировать, чтобы повысить стойкость к более высоким температурам, но только до некоторой степени, что определяется системой связующей смолы. Органические покрытия обычно имеют более низкую предельную максимальную температуру по сравнению с неорганическими системами. При высоких температурах органические материалы могут термически разлагаться.

Владелец и инженер должны обсудить с эксплуатационным персоналом фактические условия эксплуатации, включая резкие перепады температур в результате нарушения технологического режима или других рабочих ситуаций. Например, эксплуатационный персонал должен знать, что очистка производственных линий и емкостей паром высокого давления выполняется по мере необходимости для обеспечения потока продукции, повышения эффективности и проведения проверки на месте. Пар высокого давления (и применяемая в результате температура), как правило, зависит от используемого источника пара; часто применяется температура до 230°C в течение 24 – 48 часов, воздействию которой подвергаются покрытия. Поскольку в интересах дела время остановки должно быть ограничено, нефтеперерабатывающие или нефтехимические заводы могут использовать азот для вымывания конденсата из технологической линии, подвергая трубопроводы значительному тепловому удару. Подобные нарушения технологического режима должны оцениваться эксплуатационным персоналом перед выбором системы покрытий.

Еще один важный аспект выбора системы покрытий – это использование наполнителей или пигментов.

Наполнители могут быть керамическими или металлическими. Металлические пигменты, такие как цинк и алюминий, могут обеспечить протекторную защиту от коррозии углеродистой стали, но они расходуются при наличии коррозионного элемента. Керамические наполнители, такие как слюдяной оксид железа и стеклянная крошка, могут обеспечить барьерную защиту; эти материалы не расходуются в процессе коррозии. Барьерная защита усиливается, поскольку частицы наполнителя обеспечивают чешуйчатую структуру, которая способствует снижению проницаемости материала покрытия. Многие системы покрытий содержат ингибиторы коррозии для снижения коррозии.

ПОКРЫТИЯ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ КОРРОЗИИ ПОД ИЗОЛЯЦИЕЙ

На протяжении многих лет владельцы и инженеры считали, что при непрерывном режиме работы при температуре выше 120°C защита покрытием не требуется.

Считалось, что при такой и более высокой температуре коррозия не может начаться, поскольку отсутствует вода и коррозионный элемент не образуется. Однако производственные линии необходимо регулярно отключать для проведения планового и внепланового технического обслуживания, в результате чего температура падает ниже 100°C, а при наличии воды из-за утечки или конденсации может развиться коррозия. К тому же используемая изоляция склонна впитывать и удерживать воду (зачастую воды достаточно для охлаждения производственной линии даже во время эксплуатации) до такой степени, что может начаться коррозия.

Кроме того, облицовочный материал может быть поврежден рабочими или иным путем, что приведет к еще большему попаданию воды в систему изоляции и облицовки.  Это вызовет более существенное развитие коррозии, чем предполагалось.

Даже сегодня некоторые компании до сих пор не покрывают трубопроводы и емкости и не обеспечивают защиту от коррозии в условиях эксплуатации при температуре выше 175°C. В некоторых случаях владельцы предпочитают менять трубы на регулярной основе.

СРЕДА РАЗВИТИЯ КОРРОЗИИ ПОД ИЗОЛЯЦИЕЙ

Стандарт NACE SP0198 “Контроль коррозии под теплоизоляцией и огнестойкими материалами – системный подход” [2] содержит рекомендации по использованию типовых систем покрытий в различных диапазонах температур. В таблице 1 приводится краткое описание типовых систем покрытий с рекомендациями относительно максимальных температур.

На основе этой информации и опыта работы в данной сфере можно разработать классификацию разных видов среды возникновения коррозии под изоляцией, как показано в таблице 2. Обратите внимание, что максимальная температура в этой таблице составляет 450°C, поскольку покрытия редко используются выше этой температуры; кроме того, для производителя и владельца лучше всего согласовать конкретные требования к испытаниям. В данной таблице представлены диапазоны максимальных температур как для непрерывного, так и для циклического режима эксплуатации. Режим эксплуатации оборудования определяет классификацию коррозии под изоляцией с точки зрения внешних условий, исходя из максимальной температуры подложки во время эксплуатации, сбоя и/или операций технического обслуживания, например, очистки паром.

Эта классификация ориентируется на диапазоны максимальных температур, а не на общий диапазон температур. Это важно, поскольку опыт говорит о том, что покрытия, которые соответствуют требованиям в условиях очень высоких температур, не могут проявлять хорошие эксплуатационные качества наравне с другими покрытиями, если температура никогда не достигает слишком высоких значений. Поэтому покрытия, разработанные и испытанные для применения при температуре 350°C, могут обладать более коротким сроком службы и быстро выходить из строя при температуре 90°C, в то время как такие покрытия как фенолэпоксидная смола могут обеспечивать очень хорошие показатели при температуре 110°C, но выходить из строя при 350°C.

ИСПЫТАНИЯ

Покрытия, защищающие от коррозии под изоляцией, должны выдерживать все нагрузки, связанные с высокими температурами, термоциклированием, тепловым ударом, постоянным поддержанием высокой температуры и кипящей водой при приближении к 100°С. Предложенные методы испытаний не предназначены для протекторных покрытий, таких как неорганический цинк, или пористых покрытий термически напыленного алюминия (обычно ниже 200 микрон), которые могут быть очень подвержены коррозии во влажной среде, а также не подходят для клейких лент, для которых могут потребоваться специализированные испытания.

СТАНДАРТНОЕ ИСПЫТАНИЕ НА АТМОСФЕРОСТОЙКОСТЬ

Испытание на стойкость в атмосферных условиях имеет важное значение, поскольку хорошо известно, что покрытия могут быть нанесены на новое строительное оборудование, и что эти трубы, узлы и/или емкости могут не вводиться в эксплуатацию в течение длительного периода времени.

Кроме того, необходимо проводить испытание на атмосферостойкость, чтобы оценить, как покрытие будет функционировать после нагревания в течение определенного периода времени, например, во время перебоя питания.

Панели можно подготовить к испытанию путем нанесения покрытия и выдержки или путем нанесения покрытия, выдержки и поддержания необходимого температурного режима. Выдержка панелей при определенном тепловом режиме включает нагрев панели до ее максимальной температуры в течение 20 часов с последующим воздушным охлаждением в течение 4 часов, повторяющиеся десять раз суммарно в течение 200 часов воздействия максимальной температуры по классификации CUI (таблица 3).

Затем панели могут быть испытаны в соответствии с критериями приемки, описанными в таблице 4.

Кроме того, согласно стандарту 12944-6(1998) [3] до и после данного испытания необходимо проводить испытания на адгезию в соответствии со стандартами ISO 2409 [4] и/или ISO 4624 [5] с критериями приемки 0-2 или 5 МПа (могут применяться другие условия).

ЦИКЛИЧЕСКОЕ ИСПЫТАНИЕ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

Покрытие должно выдерживать любое циклическое воздействие температуры в пределах своей классификации. Данное испытание включает нагрев панели до достижения ее максимальной температуры согласно классификации, затем погружение в ледяную воду до тех пор, пока температура стали не упадет до минимальной температуры (таблица 5).

МЕТОД ИСПЫТАНИЯ НА КОРРОЗИЮ ПОД ИЗОЛЯЦИЕЙ

Покрытие для эксплуатации при температуре выше 100°C должно выдерживать циклическое воздействие кипящей воды, пара и сухих условий с периодическим погружением на продолжительное время.

Многоступенчатое циклическое испытание на коррозию под изоляцией представляет собой практически применимый и общепонятный метод испытания, с помощью которого можно определить минимальные требования. Данный метод имитирует ситуации, которые могут происходить в реальных условиях. Обычно процедура испытания включает в себя компоненты, наглядно показанные на рисунке 1.

Используется квадратная труба с масляным нагревателем с обратной связью. Температура поверхности обычно составляет 150 или 175°C. Испытываемые покрытия наносят на все 4 внешние стороны трубы. Можно испытывать одновременно несколько покрытий.

Проводится 15 циклов, включающих 4 часа в горячей и сухой окружающей среде, 4 часа в горячей и влажной среде, 48 часов в неделю в нормальной (прохладной) среде, с шестикратным повторением всего цикла. Для цикла во влажной среде используется 5-процентный водный раствор NaCl, нагнетаемый в обводную камеру таким образом, чтобы нижняя половина квадратной трубы была погружена в раствор, который находится в кипящем состоянии до полного высыхания (приблизительно 3,5 часа). Данное испытание подходит только для коррозионных сред выше 100°C, соответственно для CUI-2, CUI-3 и CUI-4 согласно классификации. Для испытания CUI-2 масляный нагреватель устанавливается на 150°C, а для испытания CUI-3 и CUI-4 – на 175°C. Экспериментально было показано, что 175°C обеспечивает наиболее качественное испытание покрытия для защиты от коррозии под изоляцией. Более высокие и более низкие температуры вызывают меньшее разрушение покрытия. Оценка испытательных панелей выполняется в конце шестинедельного испытания согласно критериям, представленным в таблице 6.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Испытание для эксплуатации в условиях сверхнизких температур должно включать несколько тепловых циклов от -195°C до максимальной температуры окружающей среды согласно классификации, чтобы убедиться, что покрытие способно выдерживать соответствующее тепловое расширение и сжатие. По согласованию с заинтересованными сторонами могут потребоваться другие испытания.

ВЫВОДЫ

При разработке классификации четырех типов окружающей среды для коррозии под изоляцией на основе диапазонов максимальных температур и в соответствии со стандартом NACE SP0198 производители, инженеры, конструкторы и владельцы могут начать разговаривать на одном языке о требованиях к покрытиям в условиях применения изоляции. Затем заинтересованные стороны могут согласовать режим испытаний и критерии приемки, исходя из конкретных диапазонов температур.

Затем владельцы должны выбрать покрытия на основе результатов индивидуальных испытаний производителей или разработать свой протокол испытаний. Этот предлагаемый режим испытаний позволяет сторонним испытательным лабораториям проводить сертификацию соответствия покрытий данным методом испытания, а также позволяет владельцам выбирать между покрытиями, которые соответствуют минимальным требованиям. Внедрение этих методов испытания в качестве инструмента приемки с прицелом на их улучшение в будущем играет ключевую роль в снижении затрат владельца и улучшении эксплуатационных характеристик покрытий, защищающих от коррозии под изоляцией.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

  1. Фрэнк Н. Спеллер, Причины и профилактика коррозии: инженерная проблема, McGraw Hill; 2-е издание (1935).
  2. NACE SP0198-10, “Общепринятая практика. Контроль коррозии под изоляцией и огнезащитные материалы – системный подход”.
  3. ISO 12944-6:1998, “Лаки и краски – Защита от коррозии стальных конструкций с помощью систем защитных покрытий – Часть 6: лабораторные методы испытания».
  4. ISO 2409:2013, “Лаки и краски – Испытание методом решетчатого надреза”.
  5. ISO 4624:2002, “Лаки и краски – Определение адгезии методом отрыва”.

Майкл Ф. Мелампи, компания PPG Protective and Marine Coatings

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Cortec представляет средство против ржавчины для защиты металлов
Cortec представляет средство против ржавчины для защиты металлов
По данным компании Cortec, система VpCI-277 идеально подходит для роботизированной сборки точных компонентов с жесткими…
06.01.2022
176
Противомикробная технология в составах покрытий на водной основе
Противомикробная технология в составах покрытий на водной основе
Технология совместима с системами нанесения тонкослойных покрытий и обеспечивает повышенную устойчивость к ультрафиолетовому излучению
23.11.2022
57
Создание высокогидрофобной поверхности древесины с помощью ксилана
Создание высокогидрофобной поверхности древесины с помощью ксилана
В новом исследовании предлагается потенциальное применение ксилана для создания высокогидрофобных деревянных поверхностей для защиты древесины.
31.01.2023
9
Сверхгидрофобная поверхность с повышенной стойкостью к атмосферным воздействиям
Сверхгидрофобная поверхность с повышенной стойкостью к атмосферным воздействиям
Ученые описывают сверхгидрофобную поверхность на основе оксида церия с повышенной стойкостью к атмосферным воздействиям и…
17.10.2022
34
Защитная отделка поверхности после нанесения цинковых и цинк-никелевых покрытий
Защитная отделка поверхности после нанесения цинковых и цинк-никелевых покрытий
Взгляд изнутри на дополнительную отделку после нанесения цинковых и цинк-никелевых покрытий.
Дуг Трагесер
15.12.2021
455
Покрытие, защищающее сталь от проникновения водорода
Покрытие, защищающее сталь от проникновения водорода
Лукас Гренер из центра MikroTribologie Centrum μTC при Фраунгоферовском институте механики материалов разработал покрытие, эффективно…
Катарина Хейн
25.10.2021
161
Энергия ветра: производство башен ветрогенераторов набирает обороты
Энергия ветра: производство башен ветрогенераторов набирает обороты
Компания FreiLacke поставляет группе предприятий Max Bögl полиаспарагиновую систему для бетонных/гибридных башен ветрогенераторов
Оливер Заннер
22.11.2022
47
Олифы в самовосстанавливающихся умных покрытиях
Олифы в самовосстанавливающихся умных покрытиях
В новой обзорной статье описывается перспективное применение олиф в самовосстанавливающихся умных покрытиях для защиты от…
02.11.2022
57
Проверка покрытий — рассмотрение и подготовка документов (часть 1)
Массимо Корнаго
25.10.2021
447