Способ определения долговечности наружного антикоррозионного защитного покрытия стальных подземных трубопроводов

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.

 

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 образцов	Размеры опытных образцов	Структура антикоррозионного защитного покрытия, применяемые материалы и технологии	Толщина изоляции, мм
диаметр, мм	длинна, мм
1	2	3	4	5
I,	89	1000	1. Подготовительный антикоррозионный слой из грунта - преобразователя ржавчины.	0,06
I-а,	89	1000
I-б,	89	1000
2	89	1000	2. 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,	89	1000
2-б,	89	1000
3,	89	1000
3-а,	89	1000
3-б,	89	1000

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
1	1-а	1-б	2	2-а	2-б	3	3-а	3-б
Прочность адгезионной связи с металлом, МПа	0,80	0,85	0,82	0,90	0,86	0,84	0,82	0,88	0,81
Относительное удлинение, %	100	120	110	115	130	125	132	128	117
Предел прочности при растяжении, МПа	8,0	7,5	8,1	7,8	7,5	7,1	8,2	7,6	7,8
Удельное объемное сопротивление покрытия, Ом·см	4·1015	3,5·1015	3,6·1015	3·1015	2,8·1015	3,1·1015	2,5·1015	2,2·1015	2,4·1015
Переходное электрическое сопротивление покрытия, Ом·м2	6·109	5,5·109	5,6·109	8·108	1·109	7·108	1,7·108	1,6·108	1,5·108

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, месяцы	Переходное электрическое сопротивление опытных образцов антикоррозионного защитного полимерно-битумного покрытия стальных трубопроводов
1	1-а	1-6	2	2-а	2-6	3	3-а	3-б
0,5	5,2·109	5·109	5,4·109	7,3·108	9·108	5·108	1·108	1,1·108	1·108
1	1,3·109	1,5·109	1,7·109	2,2·108	2·108	4·108	3,7·107	6·107	7·107
2	3,4·108	3,25·108	3,1·108	6,4·107	8·107	5·107	1,3·107	3·107	2·107
3	1,44·108	1,2·108	1,6·108	3,2·107	5·107	1·107	7,2·106	9·109	6·106
4	8·107	8,15·107	8,3·107	1,9·107	3·107	1·107	4,6·106	3·106	6·106
5	5,1·107	5,2·107	5,3·107	1,3·107	9·106	2·107	3,3·106	1·106	4·106
6	3,61·107	3,8·107	3,4·107	9,4·106	1,2·107	7·106	2,5·106	1·106	4·106
7	2,6·107	2,7·107	2,8·107	7,2·106	6·106	9·106	2·106	1·106	3·106
8	2·107	2,1·107	2,05·107	5,7·106	4·106	8·106	1,6·106	1·106	3·106
9	1,6·107	1,4·107	1,7·107	4,6·106	7·106	3·106	1,2·106	1,4·106	1,6·106
10	1,1·107	1,3·107	1,5·107	3,8·106	2·106	6·106	1,2·106	8·105	2·106
11	1·107	1,1·107	1,2·107	3,2·106	5·106	1·106	1·106	1,05·106	1,01·106
12	9·106	1,1·106	1·106	2,8·106	1·106	4·106	9·105	1·106	8·106
13	8·106	7,7·106	7,2·106	2,2·106	2,4·106	2,6·106	7,7·105	8·105	7,9·105
14	6,5·106	6,8·106	6,6·106	2,1·106	1·106	3·106	7,1·106	9·106	5·106
15	5,76·106	8·106	4·106	2·106	1,9·106	1,8·106	6,3·105	6,4·105	6,5·105
16	5·106	5,1·106	5,2·106	1,7·106	1·106	3·106	5,8·106	4·106	7·105
17	4,4·106	4,5·106	4,6·106	1,3·106	1,5·106	1,7·106	5,1·106	5,3·105	5,5·105
18	4·106	8·106	2·106	1,4·106	2·106	9·105	4,9·105	3·105	7·105
19	3,4·106	3,6·106	3,8·106	1,1·106	1,3·106	1,4·106	4,3·105	4,5·105	4,7·105
20	3,1·106	3,2·106	3,4·106	1,1·106	2·106	9·105	4,2·105	2·105	5·105
21	2,7·106	3·106	2,9·106	1·106	2·106	8·105	3,6·105	2·105	5·105
22	2,55·106	2,5·106	2,8·106	9,5·105	9,7·105	9,8·105	3,4·105	3,6·105	3,8·105
23	2,2·106	2,5·106	2,7·106	6,1·10s	6,2·105	6,3·105	3·105	3,2·105	3,4·105
24	2,1·106	2,3·106	2.5·106	6,1·105	6,1·105	6,3·105	3·10	3,15·105	3,3·105
25	2,26·106	2,1·106	2,5·106	8,3·105	1·106	7·105	3,2·105	5·105	2·105
26	2·106	2,08·106	2,2·106	8·105	7,7·105	7,5·105	3,1·105	·3·105	2,9·105
27	1,8·106	1,9·106	2·106	7,2·105	5·105	1·105	2,8·105	1·105	4·105
28	1,78·106	2·106	1,7·106	7·106	6,8·105	6,6·105	2,5·105	2,7·105	2,8·105
29	1,6·106	1,7·106	7,8·106	6,2·105	8·105	4·105	2,5·105	1·105	4·105
30	1,5·106	1,6·106	1,6·106	5,8·10	6·105	6,1·105	2,38·105	2,4·105	2,42·105
31	1,44·106	1,3·106	1,6·106	5,6·10	4·105	7·105	2,3·105	3·105	1·105
32	1,42·106	1,3·106	1,4·106	5,1·105	5,3·105	5,5·105	2,1·105	2,2·105	2,3·105
33	1,4·106	1,3·106	1,35·106	5·105	7·105	3·105	2,1·105	1·105	3·105
34	1,19·106	1,2·106	1,3·106	4,7·105	4,8·105	4,9·105	1,9·105	2·105	2,1·105
35	1,12·106	1,15·106	1·106	4,5·105	4·105	6·105	1,9·105	1·105	3·105
36	1·106	1,1·106	0,8·106	4,1·105	6·105	2·105	1,7·105	1·105	2,5·105

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%.

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.