комбинированное антикоррозионное покрытие для защиты трубных коммуникаций и арматуры в камерах теплопроводов и способ его нанесения

Формула изобретения

1. Комбинированное антикоррозионное покрытие для защиты трубных коммуникаций и арматуры в камерах теплопроводов, включающее слои неметаллического антикоррозионного материала и металла, отличающееся тем, что толщина неметаллического антикоррозионного слоя составляет 1,4 1,8 максимальной высоты выступов шероховатости защищаемой поверхности, в качестве неметаллического антикоррозионного материала используют раствор с кинематической вязкостью не менее 1,5 м²/ч и прочностью адгезионной связи "защищаемая поверхность неметаллический антикоррозионный слой" не менее 1500 н/м², слой металла представляет собой фольгу толщиной 25 65 мкм, причем материал фольги имеет более отрицательный стандартный электродный потенциал, чем материал защищаемой поверхности и обладает гидрофильностью по отношению к неметаллическому антикоррозионному материалу, а прочность адгезионной связи неметаллический антикоррозионный материал металл составляет не менее 1000 Н/м².

2. Покрытие по п.1, отличающееся тем, что в качестве неметаллического антикоррозионного материала используется толуольный раствор кремнийорганических смол, а в качестве металла используется алюминий.

3. Способ нанесения комбинированного антикоррозионного материала и металла на теплопровод, включающий предварительную обработку защищаемой поверхности и нанесение слоев защитного покрытия, отличающийся тем, что на участок защищаемой поверхности после предварительной обработки наносят последовательно два слоя вязкого неметаллического антикоррозионного материала, а затем покрывают листами металлической фольги внахлест так, что каждый последующий лист перекрывает предыдущий не более, чем на 2,5 толщины неметаллического антикоррозионного слоя, при этом время от окончания нанесения неметаллического антикоррозионного материала до окончания установки фольги на участке теплопровода составляет не более 15 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к антикоррозионным покрытиям, а более точно к устройствам и способам защиты трубных коммуникаций и арматуры в камерах теплопроводов от атмосферной коррозии и может быть использовано как в заводских условиях при строительстве теплопроводов, так и в условиях эксплуатации последних.

Для защиты теплопроводов от атмосферной коррозии разработаны различные виды покрытий и способы их нанесения в зависимости от условий работы, способов прокладки, температурных условий и т.д.

Известны покрытия и способы их нанесения на теплопроводы, размещаемые в камерах [1] Наиболее распространенными являются разнообразные лакокрасочные покрытия. Способ нанесения лакокрасочного покрытия включает предварительную обработку защищаемой поверхности, обычно пескоструйным способом, и особенно нанесение покрытия. Последнее может наноситься как с предварительной грунтовкой, так и непосредственно на металлическую поверхность трубы. Нанесение покрытия обычно осуществляется вручную, кистью или валиком.

Указанные покрытия, выполняемые вышеописанным способом, требуют относительно небольших материальных затрат при их нанесении. Однако они обеспечивают защиту поверхности только в течение относительно небольшого промежутка времени. Срок службы таких покрытий в тепловых камерах теплопровода составляет 2-3 года. Такой короткий срок службы обуславливается тем, что в камерах теплопроводов атмосфера отличается высокой влажностью, превышающей так называемую критическую влажность (70%), при относительно высокой температуре. В этих условиях высока интенсивность имплантации в антикоррозионный слой ионов и молекул химически активных загрязнителей из атмосферного воздуха, обуславливающих на молекулярном уровне деструктивные процессы в слое антикоррозионного покрытия. Помимо разрушения, вызванного воздействием атмосферных загрязнителей, имеет место и разрушение в результате воздействия высокой температуры термическая деструкция. Эти процессы вызывают потери сплошности защитного покрытия, а, значит, приводят и к потере защитных свойств покрытия. Через разрушенный слой к металлическим стенкам трубопровода и арматуры проникают различные окислители из атмосферы и вызывают коррозионные разрушения теплопроводов и арматуры. Такие покрытия требуют периодического возобновления, что обуславливает значительное увеличение эксплуатационных затрат в течение срока службы трубопровода.

Известны комбинированные защитные покрытия, содержащие слои неметаллического антикоррозионного материала и металла. В качестве металла используется обычно алюминий или цинк, а также их сплавы, а в качестве неметаллического антикоррозионного покрытия лакокрасочные материалы. При использовании алюминия толщина слоя составляет 60-120 мкм, толщина и свойства лакокрасочного покрытия соответствуют требованиям норм и могут составлять, в зависимости от вида лакокрасочного покрытия, до 120-150 мкм.

Комбинированное покрытие наносят способом, включающим предварительные операции: механическую обработку поверхности и обезжиривание. Затем производят напыление металлического слоя и нанесение лакокрасочного покрытия. Напыление защитного металлического слоя осуществляют вручную или механизированным путем газопламенным или электродуговым способами. Металлизация защищаемой поверхности осуществляется нанесением параллельных слоев металла с взаимным перекрытием на 1/3 ширины полосы. Следующий слой металла наносят также полосами, расположенными перпендикулярно полосам напыленного предыдущего слоя. Суммарная толщина слоя металла, предназначенного для защиты трубопровода в условиях эксплуатации 2-4 по ГОСТ 15150-69, составляет 120 мкм. При однослойном лакокрасочном покрытии поверх металлического слоя срок службы составляет 10 лет.

Такое покрытие обеспечивает надежную защиту теплопровода, однако как и в описанном выше виде защитного покрытия и способе его нанесения, лакокрасочное покрытие в условиях камер теплопроводов требует периодического возобновления, что повышает эксплуатационные затраты. Кроме того, толщина металлического слоя этого покрытия является относительно большой, поэтому такое покрытие требует значительных расходов металла. Способ нанесения покрытия газопламенным или электродуговым напылением возможен только в заводских условиях и является очень трудоемким. Кроме того, при таком способе нанесения металлического слоя покрытие получается пористым. Пористость металлического слоя обуславливает возможность проникновения окислителя из воздуха на поверхность защищаемого металла, и, как следствие, возможность появления коррозии и снижение срока службы как покрытия, так и теплопровода. Поэтому в некоторых случаях для повышения надежности покрытие дополнительно подвергают пластической деформации, что еще более повышает трудоемкость его нанесения.

Целью изобретения является создание антикоррозионного покрытия и способ его нанесения, которые при относительно малой материалоемкости покрытия и трудоемкости его изготовления обеспечивали бы надежную защиту теплопровода от коррозии и, следовательно, увеличение срока службы защитного покрытия и снижение эксплуатационных, а также позволили бы наносить покрытие в условиях работающего теплопровода.

Это достигается тем, что в комбинированном антикоррозионном покрытии для защиты трубных коммуникаций и арматуры в камерах теплопроводов, включающем слои неметаллического антикоррозионного материала и металла, в соответствии с изобретением толщина неметаллического антикоррозионного слоя составляет 1,4-1,8 максимальной высоты выступов шероховатости защищаемой поверхности, в качестве неметаллического антикоррозионного материала используют раствор с кинематической вязкостью не менее 1,5 м²/ч и прочность адгезионной связи "защищаемая поверхность неметаллический антикоррозионный слой" не менее 1500 н/м², слой металла представляет собой фольгу толщиной 25-65 мкм, причем материал фольги имеет более отрицательный стандартный электродный потенциал, чем материал защищаемой поверхности и обладает гидрофильностью по отношению к неметаллическому антикоррозионному материалу, а прочность адгезионной связи "неметаллический антикоррозионный материал металл" составляет не менее 1000 н/м².

При указанной толщине антикоррозионного слоя все выступы шероховатости защищаемой поверхности оказываются под слоем антикоррозионного материала, что обеспечивает их надежную защиту от воздействия атмосферы. Поскольку слой антикоррозионного неметаллического материала превышает максимальную величину выступов шероховатости поверхности, предотвращается возникновение электрического контакта между теплопроводом и наружным металлическим слоем покрытия, что увеличивает надежность защиты трубопровода. Установлено, что если толщина слоя неметаллического антикоррозионного материала менее 1,4 максимальной величины выступов шероховатости защищаемой поверхности, в некоторых случаях, например, при наличии заусенцев на защищаемой поверхности, возможно возникновение случайного контакта между трубопроводом и наружным металлическим покрытием. Это нежелательно, поскольку при этом усиливается коррозия наружного металлического слоя. Если толщина антикоррозионного неметаллического слоя превышает 1,8 максимальной величины выступов шероховатости защищаемой поверхности, то масса этого слоя становится такой, что последний уже не удерживается силами поверхностного натяжения на теплопроводе и сползает вниз, оголяя шероховатости его верхней части. Установлено, что указанная толщина антикоррозионного слоя может быть обеспечена только в том случае, если вязкость неметаллического антикоррозионного материала превышает 1,5 м²/ч. Если вязкость оказывается ниже, то при попытке создать слой требуемой толщины жидкость стекает с верхних частей поверхности теплопровода, оголяя шероховатости, а в нижней части скапливается избыток, образуются большие капли, которые могут оторваться.

Благодаря использованию в качестве металлического слоя фольги, которая представляет собой материал, подвергнутый пластической деформации и поэтому практически непроницаемый для молекул окислителей, обеспечивается надежная защита расположенного под фольгой слоя защитного материала от проникновения в него молекул химически активных загрязнителей из атмосферы, и, следовательно, от деструкции материала на молекулярном уровне. Установлено, что благодаря тому, что слой металла имеет указанную толщину, обеспечивается достаточная прочность и надежность покрытия при относительно небольшой материалоемкости. В том случае, если толщина фольги оказывается менее 25 мкм, защитный металлический слой становится недостаточно прочным, а фольга может даже порваться при наклеивании. В том случае, если слой фольги оказывается более 65 мкм, то сила упругости, вызывающая отрыв фольги от цилиндрической поверхности теплопровода, становится больше сил молекулярного сцепления, обеспечивающих адгезионную связь между слоем фольги и слоем неметаллического антикоррозионного материала, что ведет к отрыву фольги и ухудшению защитных свойств покрытия. Кроме того, увеличение толщины фольги ведет к увеличению материалоемкости покрытия.

Поскольку металл фольги имеет более отрицательный стандартный электродный потенциал по отношению к такому же потенциалу материала защищаемой поверхности в ряду напряжений, при случайном повреждении защитного покрытия с образованием электрического контакта между фольгой и металлом трубы и арматуры (например, в процессе ремонтных работ в тепловой камере), возникает эффект пассивной катодной защиты, что дополнительно защищает трубопровод от коррозии. Поскольку прочности адгезионных связей между слоями защитного покрытия и защищаемой поверхностью составляют указанные величины, а кроме того металл фольги обладает гидрофильностью по отношению к антикоррозионному слою, в процессе установки покрытия возникает, а затем в процессе эксплуатации сохраняется прочная адгезионная связь. Этим обеспечивается надежность покрытия, а также увеличивается срок его службы. Опыт показал, что срок службы такого покрытия составляет 15-20 лет.

Целесообразно использовать в качестве неметаллического антикоррозионного материала толуольный раствор кремнийорганических смол, а в качестве металла использовать алюминий.

Использование кремнийорганических смол известно в качестве компонента лакокрасочных покрытий. Ранее было неизвестно использование толуольного раствора кремнийорганических смол с указанной вязкостью, применяемого для создания слоя антикоррозионного покрытия указанной толщины в сочетании с алюминиевой фольгой для получения комбинированного покрытия с указанными адгезионными характеристиками.

Нанесение в соответствии с предлагаемым способом антикоррозионного неметаллического покрытия в два слоя обеспечивает получение суммарного слоя толщиной от 1,4 до 1,8 максимальной высоты выступов шероховатости защищаемой поверхности при обычном для трубопроводов качестве поверхности.

Поскольку неметаллическим антикоррозионным материалом покрывают участок трубопровода, который может быть покрыт фольгой в течение не более 15 мин, обеспечивается завершение наклеивания фольги до начала интенсивного твердения металлического материала, и, следовательно, надежное адгезионное соединение слоев покрытия. Так как листы фольги устанавливают на трубопровод с указанным перехлестом по неотвердевшему неметаллическому материалу, часть последнего выдавливается в месте перехлеста соседних листов фольги. Этим обеспечивается герметичность покрытия, а, значит и его непроницаемость для атмосферных загрязнителей, и, следовательно, высокая надежность и длительный срок службы.

В том случае, если листы фольги перекрывают друг друга более, чем на 2,5 толщины антикоррозионного неметаллического слоя, выдавливаемого между листами материала иногда оказывается недостаточно для заполнения промежутка и соединения краев соседних листов, в результате чего образуются карманы, в которых процессы коррозии протекают более активно.

Предлагаемое антикоррозионное покрытие не требует какого-либо дополнительного ухода в процессе эксплуатации, что ведет к снижению эксплуатационных издержек. Кроме того, такое покрытие может устанавливаться как в заводских условиях, так и в условиях работающего теплопровода. Для установки покрытия не требуется какого-либо сложного оборудования. Листы фольги могут быт нарезаны на кусти любой конфигурации и любого размера, что обеспечивает относительную простоту их установки даже в труднодоступных местах на работающем теплопроводе.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображено комбинированное антикоррозионное покрытие, выполненное в соответствии с изобретением, установленное на теплопроводе.

Антикоррозионное покрытие содержит слой 1 антикоррозионного неметаллического материала, нанесенный на поверхность стального трубопровода 2. В качестве неметаллического антикоррозионного материала целесообразно использовать толуольный раствор кремнийорганических смол. Этот раствор обладает высокой химической стойкостью и другими, например, электрическими характеристиками, которые обычно являются нормируемыми для обеспечения защитных свойств антикоррозионных покрытий. Кроме того, относительно просто обеспечить его необходимую вязкость.

Адгезионная прочность соединения этого антикоррозионного покрытия и материала защищаемой поверхности, в данном случае стали, а также адгезионная прочность соединения неметаллического антикоррозионного покрытия и материала фольги, в данном случае алюминия, удовлетворяют требуемым характеристикам. Этим обуславливается прочность и долговечность предлагаемого комбинированного покрытия.

Толщина слоя 1 составляет от 1,4 до 1,8 максимальной высоты выступов шероховатости защищаемой поверхности. Для трубопроводов, в которых использованы стандартные стальные трубы непосредственно после заводского изготовления, высота этих выступов составляет обычно 0,8 мм, а толщина слоя 1 неметаллического антикоррозионного материала, соответственно, от 1,12 до 1,44 мм. Поверх слоя 1 установлен слой 3 металла в виде фольги толщиной от 25 до 65 мкм. Толщина слоя фольги выбирается из соображений прочности и одновременно малой упругости этого слоя. В качестве материала фольги целесообразно выбрать алюминий. Этот металл обладает удовлетворительными прочностными и механическими характеристиками, доступен в относительно дешев. Кроме того, алюминий обладает гидрофильностью по отношению к толуольному раствору кремнийорганических смол. Могут использоваться и другие материалы, например, цинк и его сплавы.

В соответствии со способом покрытие изготавливается следующим образом.

Участок теплопровода, подлежащий защите, подвергают предварительной обработке обычным путем, как правило, пескоструйной обработкой. Готовый толуольный раствор кремнийорганических смол с вязкостью не менее 1,5 м²/ч наносят обычно кистью или валиком на участок теплопровода в два слоя. Размер участка рассчитывают так, чтобы от окончания нанесения неметаллического антикоррозионного материала до окончания установки фольги прошло не более 15 мин. Затем кусок фольги, размер и конфигурация которого зависят от конфигурации участка теплопровода, подлежащего защите, устанавливают поверх слоя смолы. При этом фольгу прижимают к поверхности, одновременно вытесняя из-под нее воздух и обеспечивая адгезионную связь. Следующий участок фольги устанавливают так, чтобы его край заходил на край предыдущего куска на 3-3,5 мм (при толщине неметаллического адгезионного материала от 1,12 до 1,14 мм). При этом прижимают фольгу к поверхности так, чтобы между соседними листами фольги выдавить небольшое количество смолы для прочного соединения краев соседних участков фольги. После окончания покрытия фольгой всего подготовленного участка трубопровода покрывают антикоррозионным материалом следующий участок и повторяют все операции, пока трубопровод не будет покрыт полностью защитным покрытием.

Благодаря тому, что используемые в предлагаемом покрытии материалы обладают указанными выше характеристиками, получается прочное долговечное покрытие. Установка такого покрытия требует относительно небольших затрат и возможна как в заводских условиях, так и в условиях работающего теплопровода.