автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Повышение долговечности трубопроводов путем применения изоляционного полимерного покрытия, модифицированного в электромагнитном поле СВЧ диапазона

005008418

КИРЕЕВ КИРИЛЛ АНАТОЛЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОЛЯЦИОННОГО ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ, МОДИФИЦИРОВАННОГО В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ СВЧ

ДИАПАЗОНА

Специальность 05.02.13 Машины, агрегаты и процессы (машиностроение в нефтеперерабатывающей промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 9 ЯНВ 2012

Уфа-2011

005008418

Работа выполнена на кафедре «Технологические машины оборудование» Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кузеев Искандер Рустемович. доктор технических наук, профессор Нафикова Раиля Фаатовна; кандидат технических наук, доцент Кравцов Виктор Васильевич.

Ведущая организация ГУЛ «БашНИИнефтемаш» РБ.

Защита состоится 27 января 2011 года в 16:00 на заседании совета п защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.05 при Уфимско государственном нефтяном техническом университете по адресу: 45006 Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимско государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан 27 декабря 2011 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Р.Г. Ризванов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Важнейшей составной частью энергетического комплекса России являются трубопроводные системы, надежность которых позволяет государству регулировать поставки энергоресурсов, как на внешний рынок, так и для обеспечения внутренних потребностей.

Длительность и надежность эксплуатации трубопроводов может быть обеспечена применением надежных защитных покрытий. Острота проблемы разработки и внедрения защитных материалов, обеспечивающих долговечную работу трубопроводов, обусловлена высокой аварийностью трубопроводного транспорта. Около 45 % аварий от их общего количества происходит по причине коррозии. Наиболее опасно для металла труб коррозионное растрескивание под напряжением.

В случае отслоения защитного покрытия от металла, высокое давление, высокая температура и агрессивная среда, под действием растягивающих напряжений металла приводят к ускорению коррозионных процессов и разрушению трубопроводов.

Одним из путей повышения надёжности эксплуатации технологических трубопроводов является использование новых изоляционных покрытий и эффективных научно-обоснованных технологий их нанесения.

В последнее время при строительстве трубопроводов применяются трубы

с качественными и долговечными заводскими изоляционными покрытиями.

Однако удельный вес покрытий, наносимых по месту монтажа трубопровода, все еще велик.

По данным ООО «ВНИИСТ» и ООО «ВНИИГАЗ» около 40 % трубопроводов изолируются полимерными ленточными покрытиями. Климатические и природные условия эксплуатации российских трубопроводов выдвигают на первый план вопрос о долговечных, безопасных, всепогодных и технологичных изоляционных покрытиях.

_________с

*- Консультантом по отдельным разделам была к.т.н. Е.М. Абакачева 4

При разработке новых изоляционных материалов стремятся к устранению всех недостатков применяющихся защитных покрытий, прежде всего, к усилению адгезии, механической прочности.

ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Оценить влияние параметров электромагнитного воздействия сверхвысокочастотного диапазона на долговечность изоляционного полимерного покрытия трубопроводов. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1 Разработать сверхвысокочастотную электромагнитную установку для модификации полимерных пленок.

2 Экспериментально исследовать влияние режимов модификации в электромагнитном поле сверхвысокочастотного диапазона на основные физико-механические свойства полимерных материалов.

3 Спроектировать и изготовить лабораторную пятипозиционную установк для проведения ускоренных усталостных испытаний плоских стальных образцо с полимерным покрытием, нагруженных по схеме чистого симметричног

изгиба.

4 Определить зависимость адгезионной прочности изоляционных полимернь покрытий, модифицированных в электромагнитном сверхвысокочастотного диапазона, от циклических изменений температуры.

5 Оценить влияние на долговечность сталей (на примере стали 20) защити, изоляционных полимерных покрытий.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Установлено увеличение действительной разрывной нагруз усовершенствованного поливинилхлоридного изоляционного покрытия до дв раз в результате модификации под воздействием электромагнитного пол

сверхвысокочастотного диапазона удельной энергией излучения 205,8 кДж/

в течение 1 минуты.

Экспериментально установлено повышение на 20 % усталостно долговечности образцов из стали 20, покрытых усовершенствованны

изоляционным полимерным покрытием, модифицированным в электромагнитном поле сверхвысокочастотного диапазона, по сравнению с эталонным изоляционным полимерным покрытием.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ результаты экспериментальных исследований, теоретические выводы и обобщения, разработанная методика, технические и технологические решения повышения долговечности трубопроводов с применением изоляционных полимерных покрытий, модифицированных в электромагнитном поле сверхвысокочастотного диапазона.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Получено положительное решение на выдачу патента на полезную модель «Сверхвысокочастотная электромагнитная установка для модификации полимерных пленок». Данное изобретение внедрено на ОАО «Каустик» при производстве поливинилхлоридного полимерного покрытия.

Установленный режим модификации поливинилхлоридного изоляционного покрытия в электромагнитном поле сверхвысокочастотного диапазона показал высокую эффективность использования электромагнитного излучения для улучшения механических свойств и качества готовой продукции.

Разработанная лабораторная пятипозиционная установка для проведения усталостных испытаний плоских образцов, нагруженных по схеме чистого симметричного изгиба, используется в учебном процессе при проведении практических занятий по дисциплине «Механика разрушения » при подготовке студентов по специальности 240801 «Машины и аппараты химических производств» на кафедре «Оборудование нефтехимических заводов» филиала УГНТУ в г. Стерлитамаке.

ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Достоверность исследований обеспечивается используемой в работе нормативной базой, применением стандартных методов исследований с использованием методов математической статистики. Полученные автором основные результаты согласуются с известными закономерностями теории

разрушения и экспериментальными данными аналогичных исследований в данной области.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно- технических конференциях:

- 59-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ «Технология, автоматизация и экология промышленных предприятий», г. Уфа, 2008 г.;

- XI Международной научной конференции «Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела» г. Уфа, 2010 г.

Публикации.

Основное содержание диссертации опубликовано в 9 научных трудах, из них 5 статей опубликованы в рецензируемых изданиях, рекомендуемых ВАК Минобразования РФ, 1 Патент РФ на изобретение.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ

Диссертационная работа состоит из четырех глав, основных выводов, списка использованных источников из 142 наименований, содержит 119 страниц машинописного текста, включая 23 рисунка, 5 таблиц и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, а также отражена научная новизна выполненных исследований и их практическая ценность.

В первой главе проведен анализ публикаций по теме диссертации, проведен литературный обзор по состоянию рассматриваемых в диссертации вопросов, проведен анализ теоретических и экспериментальных исследований в области способов защиты трубопроводов от воздействия внешней среды , классификации изоляционных покрытий и причин отслаивания изоляционных полимерных покрытий трубопроводов.

Значительный вклад в развитие различных сторон рассматриваемо проблемы внесли работы институтов: ВНИИСТа, ВНИИГАЗа, ИПТЭР, РГУ

им. И.М. Губкина; проектных организаций: ГИПРОтрубопровод, ВНИПИтрансгаз, Нефтегазпроект. Вопросам защиты трубопроводов от коррозии изоляционными покрытиями посвящены работы И.Г. Абдуллина, Х.А. Азметова, B.JI. Березина, Б.И. Борисова, Л.И. Быкова, Г.Г. Васильева, В.И. Воронина, Ю.И. Гарбера, А.Г. Гареева, P.C. Гумерова, A.M. Зиневича, О.М. Иванцова, В.В. Кравцова, М.В. Кузнецова, Ф.М. Мустафина, И.В. Стрижевского, А.Т. Фаритова., и др.

Основные объекты исследования - технологические трубопроводы, к которым относятся трубопроводы в пределах промышленных предприятий, по которым транспортируется сырье, полуфабрикаты и готовые продукты, пар, вода, топливо, реагенты и другие вещества, обеспечивающие ведение технологического процесса и эксплуатацию оборудования, а также межзаводские трубопроводы, находящиеся на балансе предприятия.

Проведенный анализ причин отслаивания защитных покрытий трубопроводов показал, что эффективность изоляционных покрытий наружной поверхности технологических трубопроводов определяется в основном природой материала, конструкцией покрытия, технологией нанесения покрытия на трубопровод и условиями эксплуатации. На практике трубопроводы эксплуатируются при действии широкого диапазона статических и циклических механических напряжений, способствующих значительному ускорению указанных видов коррозии стальных поверхностей.

При отслоении или существенном ухудшении изоляционных характеристик защитных покрытии коррозионные процессы металла трубопроводов, в зависимости от агрессивности окружающих сред, а также от типа и уровня деформационных нагрузок, способны протекать с более высокой скоростью и по более интенсивным механизмам, чем равномерная коррозия.

Рассмотренные эксплуатационные характеристики наиболее широко используемых изоляционных покрытий позволяют сделать вывод о том, что они не обладают свойствами, которые бы полностью удовлетворяли требованиям, предъявляемым к изоляционным материалам, защищающим от коррозии.

Основные направления повышения долговечности трубопроводов от

коррозии, а именно:

- применение новых изоляционных покрытий и способов их нанесения;

- применение различных технологических мероприятий;

- использование ингибиторов;

-создание надежных методов обследования действующих трубопроводов в

процессе эксплуатации;

-применение изоляционных полимерных покрытий модифицированных в электромагнитном поле сверхвысокочастотного диапазона.

Применение электрофизических методов модификации материалов и изделий обосновано эффективностью использования энергии сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний. Объемная обработка полимерных материалов и изделий позволяет значительно ускорить процесс модификации по сравнению с другими методами обработки. Таким образом, для проведения процесса модификации полимерного покрытия с целью повышения его прочностных и адгезионных свойств необходимо разработать конструкцию сверхвысокочастотной электромагнитной установки.

Во второй главе диссертационной работы приведен обзор, описание и обоснование выбора объектов и методов исследований. Описаны метода

обработки результатов.

Электромагнитное поле сверхвысокочастотного диапазона, как источни энергии для обработки диэлектрических сред, материалов и изделий стал использоваться со второй половины XX века. За прошедшие десятилел выполнены разносторонние исследования термического воздейств] электромагнитного поля сверхвысокочастотного диапазона на диэлектрически материалы. Значительные успехи в этой области достигнуты благодаря работ! Ю.С. Архангельского, И.Х. Бикбулатова, P.P. Даминева, И.И. Девяткина

B.В. Игнатова, C.B. Колгановой, В.А. Коломейцева Г.В. Лысова

C.B. Некрутмана, A.B. Нетушила,, И.А. Рогова, Н.С. Шулаева.

В настоящее время для улучшения физико-механических свойств полимерных материалов широко используются электрофизические методы, такие как излучения звукового и ультразвукового диапазонов частот, виброобработка, лазерное, электронное, ультрафиолетовое излучения.

Для разработай эффективных промышленных процессов модифицирования полимерных материалов нетепловым воздействием в электромагнитном поле сверхвысокочастотного диапазона с целью улучшения их механических свойств важно исследовать комплексные характеристики сред, на которые оказывает воздействие электромагнитное поле. К числу таких комплексных характеристик относится степень поглощения веществом электромагнитного излучения, которое определяется глубиной проникновения 8.

Глубина проникновения - это расстояние, при прохождении которого в веществе амплитуда колебаний вектора напряженности уменьшается в е раз, где е -основание натурального логарифма. Это подтверждается формулой

где Е(х) - напряженность электрического поля при высоте слоя равной х, В/м; Е0- первоначальная напряженность электрического поля, В/м; х - высота слоя, м;

б - глубина проникновения, м, определяемая соотношением 2.

Чем меньше глубина поглощения 5, тем выше поглощающая способность вещества, которая определяется действительной и мнимой частями диэлектрической проницаемости

8л * , . 2 (2)

гДе еа = е0е ~ действительная часть абсолютной диэлектрической проницаемости среды;

/ла = ,ц0// - действительная часть абсолютной магнитной проницаемости среды;

а - удельная проводимость среды;

ш - круговая частота;

- тангенс угла диэлектрических потерь.

е

Глубина проникновения электромагнитного излучения определялась по доле энергии поглощаемой исследуемым образцом, вычисляемой по разности температур балластной нагрузки, в данном случае в виде воды, помещенной в согласующую камеру без исследуемого материала и с ним.

На рисунке 1 представлена зависимость доли поглощенной сверхвысокочастотной энергии от толщины поглощающего слоя полимера, которая определяется по формуле

ЛТ„ - АТ,

АТ0

(3)

где ДТ0 - изменение температуры балластной нагрузки без исследуемого образца;

ДТ; - изменение температуры балластной нагрузки в ¡-ом эксперименте с исследуемым образцом.

Как видно из приведенных зависимостей, глубина проникновения излучения в поливинилхлоридные гранулы составляет ~ 19 см, а поливинилхлоридную пленку ~ 10 см. Такая зависимость объясняется тем, что насыпная плотность гранул меньше плотности пленки в два раза. Из приведенных экспериментов следует, что поливинилхлорид имеет достаточн высокую поглощающую способность и позволяет осуществить ег модификацию в электромагнитном поле. В частности улучшить механические гидрофобные свойства полимерной пленки.

0,25

а о

X

ст З-Ш О >5

О

= г

О)

3 о я

0,2

0,15

0,1

к с;

о И

0,05

✓ у

^ - «и»

У* У 1 1 1-

** -

0,5 1 1.5 2

Толщина слоя и, см

2,5

Пленка » Гранулы

Рисунок 1 - Зависимость доли поглощенной СВЧ энергии от толщины слоя

В ходе исследования свойств модифицированной ПВХ пленки изменялись удельная мощность поглощенного излучения от 51 кДж/кг до 258 кДж/кг и время воздействия (1^3 минуты).

Приведенные исследования позволили определить, в зависимости от электрофизических свойств материалов, конструктивные параметры сверхвысокочастотной электромагнитной установки для модификации полимерной изоляционной пленки, разработанной совместно с Абакачевой Е.М., Шулаевым Н.С. и Сулеймановым Д.Ф. на кафедре «Оборудование нефтехимических заводов» филиала УГНТУ в г. Стерлитамаке.

Электромагнитное излучение (с частотой 2450 МГц) создается генератором 3 и излучается в корпус сушилки с помощью излучающей антенны 4. Мембрана 5, проницаемая для сверхвысокочастотного излучения, предохраняет от попадания испаряемой влаги.

Для обеспечения полного поглощения энергии электромагнитного излучения высота слоя продукта на транспортерной ленте устанавливается меньше глубины проникновения поля в материал. При этом необходимо, чтобы поверхность транспортера была хорошим электрическим проводником, что обеспечивает отражение не поглощенного в веществе электромагнитного излучения, и оно вторично взаимодействует с высушиваемым продуктом (рисунок 2).

3

1 - загрузочное устройство; 2 - резонатор электромагнитного излучения;

3 - генератор электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона;

4 - излучающая антенна; 5 - мембрана; 6,7 - направляющие ролики; 8 - лента транспортера; 9 - цилиндрический рифленый барабан; 10 - каналы; 11 - лента; 12 - узел выгрузки продукта; 13 - гладкий цилиндрический барабан.

Рисунок 2 - Сверхвысокочастотная электромагнитная установка для модификации полимерных пленок

При уровне мощности менее 51 кДж/кг наблюдается незначительное увеличение прочностных свойств, а при мощности более 258 кДж/кг - их снижение по сравнению с не модифицированным эталоном. Такая зависимость

объясняется тем, что при низком уровне удельной мощности не происходит дополнительная «сшивка» молекул полимера, а при относительно высоком происходит разрушение связей.

Как видно из представленных зависимостей, действительная разрывная нагрузка липкой поливинилхлорвдной пленки после воздействия электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона увеличивается в два раза

Так, в зависимости от удельной мощности излучения, гидрофобность модифицированной пленки может возрастать по сравнению с эталоном до пяти раз, что в свою очередь создает дополнительные энергетические возможности для образования новых межмолекулярных взаимодействий.

§ X

m

а. о л> а.

_- —■ i------- 1ф —• -

1——— ---

_ ... __—

______: Г ... - - ^ . .____

1 —■ - --——-

200

Удельная энергия W/уд, кДж/кг

250

♦ ПВХ Ширина 25 мм - ПВХ Ширина 75 мм а ПЭ Ширина 25 мм д ПЭ Ширина 75 мм

Рисунок 3 - Зависимость разрывной нагрузки от удельной мощности излучения

Как видно из представленных зависимостей (рисунок 3) при уровне мощности менее 51 кДяс/кг в ПВХ пленке наблюдается незначительное увеличение прочностных свойств, а при мощности более 258 кДж/кг - их снижение по сравнению с не модифицированным эталоном. Такая зависимость

объясняется тем, что при низком уровне удельной мопщости не происходит дополнительная «сшивка» молекул полимера, а при относительно высоком

происходит разрушение связей.

Под действием внешнего электромагнитного поля сверхвысокочастотного

диапазона без разрыва химических связей происходят конформационные изменения макромолекул полимера, заключающиеся в изменении плотности молекулярной упаковки междоменных областей, в результате чего изменяется степень кристалличности полимера и, как следствие, его свойства.

Это явление подтверждается измерениями сопротивления полимера в зависимости от мощности излучения, значение которого представлены на рисунке 4.

♦ 1 мин ■ 3 мин ПЗВД

Рисунок 4 - Зависимость объемного сопротивления полимера от мощности электромагнитного излучения СВЧ - диапазона (масса образца 0,07кг)

Таким образом, определены оптимальные характеристики для проведения процесса модификации полившшлхлоридной пленки в области от 102,6 до 205,8 кДж/кг. В случае с полиэтиленом таких областей не наблюдалось.

Между тем под действием кислорода полиэтилен ухудшает свои физико-химические, физико-механические, диэлектрические и другие свойства, то есть

стареет. При этом процесс окисления полиэтилена носит автокагалигаческий характер и по мере возрастания и углубления окисленносга скоросп, этого явления возрастает. В результате такого старения снижается относительное удлинение, морозостойкость полиэтилена, появляется хрупкость, и образуются трещины на полиэтиленовых материалах. Следовательно, под полиэтиленовыми покрытиями на поверхности стальных труб коррозия должна проявляться раньше и в большей степени, чем под поливинилхлорвдной пленкой.

Помимо этого исследовалась еще одна из важнейших характеристик для изоляционных материалов - водопоглощение, которое применяют для прогнозирования поведения готовых изделий в процессе эксплуатации при контакте с влагой. Водостойкость полученных рифлёных листов выражали через коэффициент водопоглощения вв, %, характеризующий увеличение общей массы образца за счёт поглощения влаги из окружающей среды, в течение регламентированного периода времени (рисунок 5).

Рисунок 5 - Зависимость водопоглощения поливинилхлоридной пленки от удельной теплоты, затраченной в результате воздействия электромагнитного поля СВЧ - диапазона

Результаты экспериментов представлены на рисунке 5. Как видно из графиков, что в зоне оптимальных тепловых нагрузок водопоглощение у модифицированных образцов меньше эталонных до трех раз.

Проведенные исследования показали высокую эффективность использования электромагнитного излучения для повышения механических свойств полимерных материалов, используемых для изоляции трубопроводов.

В третьей главе диссертационной работы приведен обзор, описание и обоснование разработанной пятипозиционной установки для проведения ускоренных усталостных испытаний металлических образцов с поливинилхлоридной пленкой, модифицированной в электромагнитном поле сверхвысокочастотного диапазона в идентичных условиях.

В процессе эксплуатации трубопроводы часто подвергаются изгибающим, сжимающим или растягивающим механическим нагрузкам, локальным и распределенным, статическим и динамическим, которые могут вызвать их деформацию и разрушение. В связи с этим представляет интерес исследование влияния изгибающих и растягивающих нагрузок на деформированное состояние системы «металл - изоляционное покрытие», а также определение величин максимальных линейных деформаций подложки (металла), при которых покрытие сохранит адгезионную связь при их

совместном деформировании.

Для проведения малоцикловых усталостных испытаний металлических образцов с антикоррозионным изоляционным покрытием, с целью обеспечения ускоренных испытаний в идентичных условиях, разработана и изготовлена экспериментальная пятипозиционная установка (рисунок 6), которая позволяет нагружать металлические образцы плоского типа (рисунок 7), выполненные согласно ГОСТ 25502-79, по схеме чистого симметричного изгиба. По способу нагружения данная установка относится к испытательным машинам, осуществляющим принцип постоянства заданной величины деформации в течение всего времени испытания. При этом режим изменения напряжения в испытуемом образце происходит по симметричному циклу. Частота нагружения

исключала возможность их саморазогрева, влияющего на результаты исследования.

Сравнительные испытания проводились при заданных уровнях циклической деформации г = 0,17%; 0, 0,28%; 0,57% (рисунок 8), которая определялась по результатам измерений величины максимального прогиба образца при помощи специального приспособления с микрометром часового типа. Измерения магнитных характеристик осуществлялись по длине рабочей зоны образцов от исходного состояния через каждые 500 циклов до полного разрушения.

Рисунок 6 - Установка для проведения испытаний на чистый симметричный изгиб

1 2 3

I - металл; 2 - праймер; 3 - полимерное защитное покрытие

Рисунок 7 - Экспериментальный образец из стали 20 с нанесенным антикоррозийным защитным покрытием и праймером

Для определения работоспособности металлических конструкций, покрытых антикоррозионным полимерным покрытием, представляет интерес определение зависимости разрушающей нагрузки от соотношения толщины покрытия и подложки (металла).

При работе образцов на изгиб разрушающую нагрузку определяли по следующему выражению:

Р-'Ь= " ПШ3(1 + ЕЗ)

а при работе на растяжение по выражению:

р . ■ _ е«\Е»3* + Е»3« + 2е(£А + (5)

р 1е ,

где ь - ширина образца, м;

е - линейная деформация подложки (металла), при которой наступало

отслаивание покрытия от металла;

8я,8т - толщина подложки и покрытия соответственно, м;

ЕМ,Е„ - модуль упругости материала подложки и покрытия соответственно;

Ь - длина образца между опорами, м;

е - расстояние от адгезионного слоя до нейтрального слоя, м.

В эксперименте, по результатам которого производился расчет, толщина антикоррозионного полимерного покрытия была постоянной по длине образца и равной <5„= 0,4-10"3 м - ПВХ покрытие, ленты изоляционной полимерно -асмольной «Лиам»<5„= 1,8-1 (Г3 м, а подложки 8М= 4-Ю"3 м..

Необходимо отметить, что относительная деформация полимерного покрытия при разрыве на порядок выше, чем у металла. Кроме этого, предел прочности материала покрытия также значительно выше адгезионной прочности. Следовательно, разрушение композиции типа «металл - полимерное покрытие» имеет только адгезионный характер.

Экспериментально установлено, что разрушение композиционного материала происходит при появлении в поверхностном слое металла линейных деформаций порядка 0,25 - 0,35 %. В этом случае микронеоднородные

пластические деформации металла и изменение рельефа приводят к разрушению адгезионной связи, то есть участки поверхностного слоя металла являются концентраторами напряжений, которые резко снижают прочность системы " металл-праймер-полимер".

2.6 2.8

3 3.2 3,4 3 6 3.8 Количество циклов, N

•Образециз стапч20 ■Ссразециз стали 20 с попиЕинигдпсридныи имляциснныипскрытаги

* псге СБЧ-д:ипазснаС ПСЛИЕ1,Н1Ш,;лсс"1АНЬ'и из-ляциснньш пскрытием. иедсицирсБанныи в злектрсизтитнси

Рисунок 8 - Кривые малоцикловой усталости

Прочность образцов определялась на разрывной машине ИР 5113-100.

Исследования показали, что поливинилхлоридное изоляционное покрытие модифицированное в электромагнитном поле сверхвысокочастотного диапазона увеличивает прочность элемента, главным образом, в экстремальных условиях, когда разрушающая нагрузка на элемент превышает предел упругости материала

подложки, то есть покрытие начинает принимать на себя нагрузку при

пластическом деформировании стали.

В четвертой главе представлены результаты исследования адгезионной способности полимерных изоляционных покрытий, модифицированных в электромагнитном поле сверхвысокочастотного диапазона, а именно, влияние циклических изменений температуры на адгезию полимерного покрытия.

Экспериментальные исследования проводились на образцах из углеродистой стали 20 с использованием изоляционной поливинилхлоридной пленки, толщиной 0,4 мм, не модифицированной и модифицированной в электромагнитном поле сверхвысокочастотного диапазона и изоляционной полимерноасмольной ленты «Лиам» толщиной 1,8 мм.Изоляционная полимерноасмольная лента «Лиам», состоящая из полимерной ленты, мастичного слоя из нефтеполимера "Асмол" и бумага в качестве антиадгезива,

использовалась для сравнения.

Коэффициент линейного расширения армированного полимерного

покрытия в интервале 24 - 100°С равен 9-10-' 1/°С, коэффициент линейног расширения ПВХ покрытия 5-Ю"5 , битума 2,19'Ю"4 1 ГС, а коэффициен линейного расширения металла равен 12-Ю-6 1/°С. В связи с этим возникл необходимость исследование влияния циклических изменений температуры, также длительного воздействия пониженной температуры на физико механические свойства системы «металл -праймер- полимерное покрытие». -Предварительно, в течение 30 минут образцы выдерживались криогенной камере с жидким азотом (-40°С), после чего доводились д температуры 20°С. Всего проведено четыре цикла. Для определен! адгезионной прочности - силы, необходимой для разрушения адгезионно соединения, применили величину, отнесенную к ширине пленки [то] = Н/с Характерной особенностью прочности адгезионных соединений является е зависимость от толщины слоя покрытия. Поэтому введен показатель адгези определяемый как отношение адгезионной прочности к толщине слоя покрытия

У/ = %о/8 ,

(6)

где т0 - адгезионная прочность соединения, Н/м;

5 - толщина покрытия, м.

Показатель адгезии показывает что, с уменьшением толщины слоя покрытия прочность адгезионного соединения возрастает. Суммарный эффект действия напряжений, приводящий к ослаблению адгезионной связи, оказывается выше в случае более толстых слоев покрытий (рисунок 9).

л С

г

о

г

о с

И/, И/см2

300

— Полиномиальная (ПВХ, эталон)

— Полиномиальная (ПВХ, модиф с Мс)

— Полиномиальная (ПВХ. модиф на со шое)

-Полиномиальная (Битумная, эталон)

— Полиномиальная (Битумная, модиф;

Цикл охлаждения при температуре -40 °С

Рисунок 9 - График зависимости показателя адгезии от циклического охлаждения при Т = - 40°С

Удельную потенциальную энергию Ш2(х) системы «металл -праймер -полимер» определяли суммированием удельной потенциальной энергии каждого компонента для двух соседних колеблющихся атомов при смещении их на расстояние х от положения равновесия:

'гЁ '

Ъ О)

где а(х) - потенциальная энергия, Дж

со(х) = \111х2-№ех3 , (8)

где/- коэффициент квазиупругой силы; g - коэффициент ангармоничности;

х- расстояние при смещении двух соседних колеблющихся атомов, м. Коэффициент ангармоничности каждого составляющего системы "металл - праймер - полимер" gi определяется

(9)

где а.г коэффициенты линейного расширения

го . расстояние между соседними атомами твердого тела, соответствующее минимальной потенциальной энергии их взаимодействия, м; к - постоянная Больцмана.

Отсюда, удельную потенциальную энергию системы «металл - праймер -полимер» определим

1 1 , 1 ,__

оЩ & <Ч?(Ф ,1,^5')'

' 2 3 к % > 1 3 к ^ ' 1 2/Л 3 к 40 1 , (Ю)

где аь а2, а3- коэффициенты линейного расширения соответственно металла, праймера, полимерного покрытия.

Принимая во внимание соотношение (10), установлено существование корреляции между тепловыми и упругими характеристиками твердых тел. Следовательно, такие параметры, как коэффициент термического расширения а и модуль упругости Е взаимосвязаны. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Показана принципиальная возможность увеличения долговечности трубопроводов на основе экспериментальных данных, полученных для образцов из стали 20, покрытых усовершенствованным изоляционным полимерным покрытием, модифицированным в электромагнитном поле сверхвысокочастотного диапазона.

2. Разработана сверхвысокочастотная электромагнитная установка для модификации полимерных пленок, на которую получено положительное решение на выдачу патента. Сверхвысокочастотная электромагнитная

установка для модификации полимерных пленок внедрена на ОАО «Каустик» при производстве поливинилхлоридного полимерного покрытия.

3.Установлено увеличение действительной разрывной нагрузки модифицированного поливинилхлоридного изоляционного покрытия до двух раз в результате конформационных изменений макромолекул полимера, под воздействием электромагнитного поля сверхвысокочастотного диапазона удельной энергией излучения 205,8 кДж/кг в течение 1 минуты.

4. Разработана экспериментальная пятипозиционная установка для проведения ускоренных усталостных испытаний плоских образцов, нагруженных по схеме чистого симметричного изгиба, позволяющая экономить время, затрачиваемое на проведение исследований за счет увеличения числа испытываемых одновременно образцов.

Экспериментальная пятипозиционная установка используется в учебном процессе при проведении практических занятий по дисциплине «Механика азрушения » при подготовке студентов по специальности 240801 «Машины и ппараты химических производств» на кафедре «Оборудование нефтехимических заводов» филиала УГНТУ в г. Стерлитамаке.

5.Установлено, что воздействие электромагнитного поля ;верхвысокочастотного диапазона при модификации полимерного покрытия ювышает адгезионную прочность за счет релаксации внутренних напряжений ! клеевом соединении.

6. Экспериментально установлено повышение долговечности на 20% )бразцов из стали 20, покрытых усовершенствованным изоляционным галимерным покрытием, модифицированным в электромагнитном поле верхвысокочастотного диапазона, по сравнению с образцами, покрытыми не юдифицированной изоляцией.

Основное содержание диссертации изложено в работах:

1.Киреев, К.А. Производство ПХЭ и ЭХГ, методы и оборудование для чистки сточных вод / К.А. Киреев, Е.М. Абакачева, И.Р. Бикмухаметов // 59-я аучно-техническая конференция, студентов, аспирантов и молодых ученых ГНТУ. «Технология, автоматизация и экология промышленных редприятий»,- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2009. - С. 14-15.

2.Киреев, К.А. Исследование защитных антикоррозионных покрыта" трубопроводов бесконтактным методом / Е.М. Абакачева, Е.Ф. Сафронов, К.А Киреев,Т.Д. Ильчинбаев // Башкирский химический журнал, №4, Уфа Государственное изд-во научно-технической литературы «Реактив», 2009- С 167-173.

3. Киреев, К.А. Химический комплекс России: Современное оборудование состояние и пути обеспечения устойчивого развития / Е.М. Абакачева, А.М Акчурина, Г.М. Ибрагимова, К.А. Киреев // Сборник статей научно конференции Реактив, Уфа: Государственное изд-во научно-техническо

литературы «Реактив», 2009- С. 215-216.

4.Киреев, К.А. Патент РФ № 92380 Заявл. 12.10.2009; Опубл. 20.03.201 Бюл.№8 Абакачева Е.М., Устройство вальцов для изготовления рифлены листов / Е.М. Абакачева, Е.В. Боев,В.Г. Афанасенко.Т.Д. Ильчинбаев, К." Киреев.

5.Киреев, К.А. Применение сверхвысокочастотной электромагнитно установки для модификации полимерных пленок и исследовани электрофизических свойств ПВХ в электромагнитным поле СВЧ- диапазона Е.М. Абакачева, К.А. Киреев, Н.С. Шулаев, А.Р. Фахразов // Башкирски химический журнал, № 5, Уфа: Государственное изд-во научно-техническо

литературы «Реактив», 2010 - С. 79-81.

6.Киреев, К.А. Экспериментальные исследования влияни электромагнитных волн сверхвысокочастотного диапазона на адгезионну способность полимерных материалов / Е.М. Абакачева, К.А. Киреев Башкирский химический журнал, № 6 Уфа: Государственное изд-во научн технической литературы «Реактив», 2011 - С. 147-150.

7.Киреев, К.А. Влияние электромагнитных волн сверхвысокочастотно диапазона на адгезионную способность полимерных материалов/ Кузеев И. Ибрагимов И.Г., Абакачева Е.М. // Электронный научный журнал "Нефтегазов дело". 2011. №6. С. -. URL: http://www.ogbus.ru.

8. Киреев К.А., Исследование механических свойств полимернь материалов, модифицированных в СВЧ электромагнитном поле/ Кузеев И. Ибрагимов И.Г., Абакачева Е.М, // Электронный научный журн "Нефтегазовое дело". 2011. №6. С. -. URL: http://www.ogbus.ru.

Подписано в печать 26.12.2011. Бумага офсетная. Формат 60x84 ]/,6-Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1.

Тираж 90. Заказ 200.

Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета Адрес издательства и типографии: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1

61 12-5/1863

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Киреев Кирилл Анатольевич

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОЛЯЦИОННОГО ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ, МОДИФИЦИРОВАННОГО В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ СВЧ

ДИАПАЗОНА

05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (машиностроение в нефтеперерабатывающей промышленности)

ДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Кузеев Искандер Рустемович

Уфа-2012

Обозначения

К-тах ~ максимальный радиус изгиба, мм

а — расстояние между ножками приспособления, мм

/- максимальный прогиб, мм

Яср- радиус изгиба средней линии образца, мм

I

к - толщина образца, мм е - относительная деформация оа - значения амплитуды напряжений, МПа Ы- количество циклов

Ри- разрушающая нагрузка при работе образцов на изгиб, Н

Рр - разрушающая нагрузка при работе образцов на растяжение, II,

екр - линейная деформация подложки (металла), при которой наступало отслаивание покрытия от металла

е - расстояние от адгезионного слоя до нейтрального слоя, мм Ем - модуль упругости материала подложки, Па Еп - модуль упругости материала покрытия, Па Ь - длина образца между опорами, мм 5М - толщина подложки, мм 8п - толщина покрытия, мм

в - ширина образца стали 20 с полимерным покрытйем, мм

Ж- показатель адгезии, Н/см2

то - адгезионная прочность соединения, Н/см

3 - толщина покрытия, см

а - коэффициент линейного расширения, К"1

/0 - длина тела при 0°С, мм

А 10 - изменение длины тела при изменении его температуры на А1 градусов, мм со(х) - потенциальная энергия, Дж /- коэффициент квазиупругой силы £ - коэффициент ангармоничности

х- расстояние при смещении двух соседних колеблющихся атомов', мм к - постоянная Больцмана

I

г0 - расстояние между соседними атомами твердого тела, соответствующее минимальной потенциальной энергии их взаимодействия, мм

а - предел прочности, МПа

V - объемная доля, %

т™г . время до когезионного разрушения покрытия при действующем постоянном напряжении су, с

стКК0Г - предельная когезионная прочность покрытия, Н

то - постоянная, численно близкая к периоду колебаний атомов

I

уког- структурно - чувствительный коэффициент, характеризующий перенапряжение на когезионных связях покрытия

Я - газовая постоянная, Дж/(К моль)

Т - абсолютная температура, К

<7К0Г - когезионная прочность покрытия в эксплуатационной среде, I I

аАД- адгезионная прочность покрытия в эксплуатационной среде, Ц

тср - продолжительность процесса перехода от когезионного разрушения к адгезионному, с

В - коэффициент диффузии среды при данной температуре, м /с тлл - долговечность покрытия, ч

П - начальный периметр трубы, измеренный по границе контакта «труба -покрытие», мм

аш - коэффициент линейного расширения изоляционного покрытия, К"1 Е - модуль упругости материала покрытия, Па Ар - изменение давления в трубопроводе, Па Внар - наружный диаметр трубопровода, мм 8 сх - толщина стенки трубопровода, мм е - относительное удлинение

Ксти- коэффициент стоячей волны по напряженности

»

Содержание С.

ВВЕДЕНИЕ 8

1 Состояние системы защиты поверхности трубопроводных систем от 12 воздействия внешней среды

1.1 Классификация защитных покрытий трубопроводов

1.2 Классификация технологических трубопроводов

I

1.3 Основные причины отслаивания изоляционных покрытий.

14 17 19

1.4 Основные направления совершенствования защиты 24

поверхности трубопроводов

2 Разработка нового полимерного материала методом нетепловой 27

модификации в электромагнитном поле сверхвысокочастотного диапазона

2.1 Анализ области применения электромагнитного поля 27

сверхвысокочастотного диапазона в промышленности

2.1.1 Нетепловое воздействие СВЧ электромагнитного поля на 29 полимеры

2.1.2 СВЧ воздействие на биополимеры 29

2.1.3 Исследование механизма нетеплового воздействия СВЧ 31 электромагнитного поля на полимерные материалы

2.2 Исследование глубины проникновения электромагнитного 32 излучения

2.3 Разработка конструкции сверхвысокочасто1ной 43 электромагнитной установки для модификации полимерных пленок

2.4 Экспериментальные исследования модификации пленки 52 поливинилхлоридной в сверхвысокочастотном электромагнитном

поле

2.4.1 Исследование механических свойств полимерных материалов 5 2

2.4.2 Экспериментальные исследования водопоглащения , 56

2.4.3 Определение удельного объемного электрическою 57

сопротивления ПВХ пленки

3 Разработка конструкции экспериментальной пятипозиционной 64

установки для проведения малоцикловых усталостных испытаний

3.1 Патентная проработка 65

3.1.1 Устройство для испытания образцов на чистый изгиб 66

3.1.2 Установка для испытания образцов на малоцикловую 67 усталость при чистом изгибе

3.2 Экспериментальная пятипозиционная 1 установка для 70 проведения испытаний на чистый симметричный изгиб

3.3 Методика проведения эксперимента 73

3.3.1 Методика подготовки образцов 74

3.4 Оценка результатов испытаний 79

4 Экспериментальные исследования адгезионной способности 85

полимерных покрытий

4.1 Способы повышения адгезионной способности ' 85

4.2 Исследование зависимости адгезионной способности 87 антикоррозионных полимерных покрытий от радиуса кривизны поверхности

4.3 Исследование зависимости адгезионной способности 91

антикоррозионных полимерных покрытий от циклических изменений температуры

4.3.1 Анализ факторов, влияющих на прочность сцепления 91

полимерного материала с металлической подложкой

4.4 Экспериментальные исследования адгезионной прочности 94

покрытий

I

4.5 Исследование прочности металлической пластины с 105 наклеенным изоляционным полимерным покрытием

4.6 Разработка методики прогнозирования длительной прочности 111

полимерных покрытий труб в эксплуатационных средах

4.6.1 Расчет кольцевых напряжений в изоляционных покрытиях 116

трубопроводов

Основные выводы 119

Список литературы Приложение I Приложение II Приложение III

ВВЕДЕНИЕ.

Важнейшей составной частью энергетического комплекса России являются трубопроводные системы, надежность которых позволяет государству регулировать поставки энергоресурсов, как на внешний рынок, так и для обеспечения внутренних потребностей.

Длительность и надежность эксплуатации трубопроводов может быть обеспечена применением надежных защитных покрытий. Острота проблемы разработки и внедрения защитных материалов, обеспечивающих долговечную работу трубопроводов, обусловлена высокой аварийностью трубопроводного транспорта. Около 45 % аварий от их общего количества происходит по причине коррозии. Наиболее опасно для металла труб коррозионное растрескивание под напряжением.

I

В случае отслоения защитного покрытия от металла, высокое давление, высокая температура и агрессивная среда, под действием растягивающих напряжений металла приводят к ускорению коррозионных процессов и разрушению трубопроводов.

Одним из путей повышения надёжности эксплуатации технологических трубопроводов является использование новых изоляционных покрытий и эффективных научно-обоснованных технологий их нанесения.

В последнее время при строительстве трубопроводов применяются трубы с качественными и долговечными заводскими изоляционными покрытиями.

I

Однако удельный вес покрытий, наносимых по месту монтажа трубопровода, все еще велик.

По данным ООО «ВНИИСТ» и ООО «ВНИИГАЗ» около 40 % трубопроводов изолируются полимерными ленточными покрытиями. Климатические и природные условия эксплуатации российских трубопроводов выдвигают на первый план вопрос о долговечных, безопасных, всепогодных и технологичных изоляционных покрытиях.

*- Консультантом по отдельным разделам была к.т.н. Е.М. Абакачева

I

При разработке новых изоляционных материалов стремятся к устранению всех недостатков применяющихся защитных покрытий, прежде всего, к усилению адгезии, механической прочности.

ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Оценить влияние параметров электромагнитного воздействия сверхвысокочастотного диапазона на долговечность изоляционного полимерного покрытия трубопроводов.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1 Разработать сверхвысокочастотную электромагнитную установку для модификации полимерных пленок.

2 Экспериментально исследовать влияние режимов модификации в электромагнитном поле сверхвысокочастотного ' диапазона на основные физико-механические свойства полимерных материалов.

3 Спроектировать и изготовить лабораторную пятипозиционную установку для проведения ускоренных усталостных испытаний плоских стальных образцов с полимерным покрытием, нагруженных по схеме' чистого симметричного изгиба.

4 Определить зависимость адгезионной прочности изоляционных полимерных покрытий, модифицированных в электромагнитном ноле сверхвысокочастотного диапазона, от циклических изменений температуры.

I

5 Оценить влияние на долговечность сталей (на примере стали 20) защитных изоляционных полимерных покрытий.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Установлено увеличение действительной разрывной ' нагрузки усовершенствованного поливинилхлоридного изоляционного покрытия до двух раз в результате модификации под воздействием электромагнитного поля

сверхвысокочастотного диапазона удельной энергией излучения 205,8

кДж/кг в течение 1 минуты.

Экспериментально установлено повышение на 20 % усталостной долговечности образцов из стали 20, покрытых усовершенствованным изоляционным полимерным покрытием, модифицированным в электромагнитном поле сверхвысокочастотного диапазона, по сравнению с

I

эталонным изоляционным полимерным покрытием.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ результаты экспериментальных исследований, теоретические выводы и обобщения, разработанная методика, технические и технологические решения повышения долговечности трубопроводов с применением изоляционных полимерных покрытий, модифицированных в электромагнитном поле сверхвысокочастотного диапазона.

I

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Получено положительное решение по заявке № 2010153687 от 27.12.2010 г на выдачу патента на полезную модель «Сверхвысокочастотная электромагнитная установка для модификации полимерных пленок». Данное изобретение внедрено на ОАО «Каустик» при производстве поливинилхлоридного полимерного покрытия.

Установленный режим модификации поливинилхлоридного изоляционного покрытия в электромагнитном поле сверхвысокочастотною диапазона показал высокую эффективность использования электромагнитного излучения для улучшения механических свойств и качества готовой продукции.

Разработанная лабораторная пятипозиционная установка для проведения усталостных испытаний плоских образцов, нагруженных по схеме чистого симметричного изгиба, используется в учебном процессе при проведении практических занятий по дисциплине «Механика разрушения » при подготовке студентов по специальности 240801 «Машины и аппараты химических

производств» на кафедре «Оборудование нефтехимических заводов» филиала УГНТУ в г. Стерлитамаке.

ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Достоверность исследований обеспечивается используемой в работе нормативной базой, применением стандартных методов исследований с использованием методов математической статистики. Полученные автором основные результаты согласуются с известными' закономерностями теории разрушения и экспериментальными данными аналогичных исследований в данной области.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно- технических конференциях:

- 59-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ «Технология, автоматизация и экология промышленных предприятий», г. Уфа, 2008 г.;

- XI Международной научной конференции «Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела» г. Уфа, 2010 г.

Публикации.

Основное содержание диссертации опубликовано в 9 научных трудах, из них 5 статей опубликованы в рецензируемых изданиях, рекомендуемых ВАК Минобразования РФ, 1 Патент РФ на изобретение.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ

Диссертационная работа состоит из четырех глав, основных выводов, списка использованных источников из 142 наименований, содержит 119 страниц машинописного текста, включая 38 рисунков, 15 таблиц и приложений.

1 СОСТОЯНИЕ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ПОВЕРХНОСТИ

ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ

Важнейшей составной частью энергетического комплекса являются трубопроводные системы. Эти системы являются наиболее экономичным видом транспорта нефти, газа, нефтепродуктов, долговечность и безаварийность работы которых напрямую зависит от эффективности их противокоррозионной защиты. Защита металлов от коррозионного разрушения, которое вызывается химическими и электрохимическими процессами, развивающимися на их поверхности при взаимодействии металла с внешней средой, состоит из целого

I

комплекса мероприятий по увеличению работоспособности и надежности конструкций в данной среде.

Опыт эксплуатации строительных металлических конструкций в условиях воздействия агрессивных сред наглядно свидетельствует о сложности обеспечения проектной долговечности конструкций.

Металлы подвергаются атмосферной коррозии в следующих условиях:

1. Закрытые помещения с внутренними источниками тепла и влаги (отапливаемые помещения);

2. Закрытые помещения без внутренних источников тепла и влаги (неотапливаемые помещения);

3. Открытая атмосфера.

По степени воздействия на металлы коррозионные среды делятся па неагрессивные, слабоагрессивные, среднеагрессивные и сильноагрессивные [10].

Скорость коррозии металлов в атмосферных условиях определяется комплексным воздействием ряда факторов: наличием на поверхнрсти фазовых и адсорбционных пленок влаги, загрязненностью воздуха коррозионно-агрессивными веществами, изменением температуры воздуха и металла, образованием продуктов коррозии и др.

В настоящее время широко применяются следующие основные методы защиты металлических конструкций от коррозии:

1. Защитные покрытия;

2. Обработка коррозионной среды с целью снижения коррозионной активности (нейтрализация или обескислороживание коррозионных сред, применение различного рода ингибиторов коррозии);

3. Электрохимическая защита металлов;

4. Разработка и производство новых конструкционных материалов повышенной коррозионной устойчивости (пластические высокополимерные материалы, стекло, керамика и др.);

5. Рациональное конструирование и эксплуатация металлических сооружений и деталей (исключение неблагоприятных металлических контактов или их изоляция, устранение щелей и зазоров в конструкции, устранение зон застоя влаги, ударного действия струй и резких изменений скоростей потока в конструкции и др.).

На основании экспериментальных материалов и практического опыта НИИВМ установлено, что наиболее экономичными, перспективными, подробно рассмотренными в НТД и широко применяемыми для защиты металлоконструкций являются пленочные покрытия.

Для того, чтобы защитное покрытие эффективно выполняло свои функции, оно должно удовлетворять целому ряду требований, основными из которых являются: низкая влагокислородопроницаемость, высокие механические характеристики, высокая и стабильная во времени адгезия покрытия к стали, стойкость к катодному отслаиванию, хорошие диэлектрические характеристики, устойчивость покрытия к УФ и тепловому старению. Изоляционные покрытия должны выполнять свои функции в широком интервале температур строительства и эксплуатации трубопроводов, обеспечивая их защиту от коррозии на максимально возможный срок их эксплуатации [86 ].

Широко применяемые изоляционные материалы условно можно разделить на две большие группы:

полимерные, включающие в себя изоляционные ленты, экструдированный и напыленный полиэтилен, эпоксидные и полиуретановые материалы;

♦

битумные мастики с оберточными материалами, комбинированные мастичные покрытия.

Покрытия из полимерных изоляционных лент представляют собой многослойные системы, состоящие из пленки - основы, подклеивающего слоя и слоя адгезионного праймера (грунтовки), которые являются диффузионным барьером, препятствующим проникновению коррозионно-активной среды к металлической поверхности трубопровода.

1.1 Классификация защитных покрытий трубопроводов Значительный вклад в развитие различных сторон рассматриваемой проблемы внесли работы институтов: ВНИИСТа, ВНИИГАЗа, проблем транспорта энергоресурсов (ИПТЭР), РГУНГ им. И.М. Губкина; проектных организаций: ГИПРОтрубопровод, ВНИПИтрансгаз, Нефтегазпроект. Вопросам защиты трубопроводов от коррозии п