Анализ антикоррозийных покрытий стальных резервуаров в промышленной безопасности опасных производственных объектов

К настоящему времени большая часть сложных крупногабаритных конструкций, в том числе резервуарный парк по хранению сернистых нефтей, выработала плановый ресурс на 69-70%. Превалирующей причиной (до 70%) отказов нефтегазового оборудования, приводящим к экологическим катастрофам, являются коррозионные повреждения.

Углеродистые и низколегированные стали являются основным конструкционным материалом для изготовления резервуаров, цистерн и др. тары для хранения нефти. Наиболее сильно страдают от коррозии верхние и нижние пояса резервуаров, контактирующие с парогазовой фазой и подтоварной водой. Коррозия верхних поясов, протекающая с образованием пирофорных соединений, представляет опасность и сточки зрения пожаровзрывоопасности резервуарного парка.

С целью предотвращения коррозии внутренние поверхности резервуаров защищают полимерными и лакокрасочными покрытиями. Однако в условиях повышенной агрессивности, соответствующих товарному парку предприятий ОАО «Самаранефтегаз», большая часть покрытий, обычно применяемых для защиты внутренних поверхностей резервуаров, не удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям.

В работах [1, 2] рассмотрены возможности снижения проницаемости покрытий при переходе к композиционным покрытиям, в частности, к покрытиям, имеющим многослойную или градиентную конструкцию, т.е. используя комбинацию слоев из различных полимерных материалов, можно создавать покрытия с весьма низкой проницаемостью. Введение дополнительного слоя (или частичная замена одного материала на другой), например толщиной всего 100-200 мкм, позволяет в десятки раз уменьшить глубину проникновения, что эквивалентно увеличению времени "до пробоя" в сотни раз.

С физико-химической точки зрения принципы модификации поверхности [3] и создания композитных покрытий «сендвичевого» типа аналогичны принципам, известным для модификации поверхности различных материалов [4].

В качестве основных методов можно отметить формирование покрытий с градиентной структурой и составом за счет реализации процессов перераспределения компонентов, методы химической модификации поверхности и методы послойного нанесения различных материалов.

Среди работ, посвященных созданию градиентных покрытий, в первую очередь необходимо отметить серию работ В.А. Верхоланцева по формированию покрытий из фазово-разделяющихся смесей [5 ,6, 7]. В основе этого подхода лежит эффект самопроизвольного расслоения смеси полимеров или олигомеров в растворителе при испарении последнего. Авторы указывают на значительное повышение защитных свойств таких покрытий по сравнению с гомогенными. Помимо перхлорвиниловых предложено использовать для модификации модифицированные углеводородные смолы [8]. Следует, однако, отметить, что процессы фазового распада являются весьма чувствительными к внешним условиям, т.к. избыточная энергия при фазовом расслоении невелика. В этой связи весьма интересным представляется способ, предложенный в [9] и предусматривающий формирование градиентных покрытий путем саморасслоения олигомер олигомерных систем при электроосаждении.

Оригинальный способ создания самовосстанавливающихся поверхностных пленок описан в [10]. На примере пленок из полиэтилена (ПЭ) и полиуретана (ПУ) показано, что применение экссудирующих пленкообразователей, образующих лишь тонкие поверхностные защитные пленки (0,3-0,5 мкм), позволяет снизить стационарный поток на 10-30 % и увеличить время проскока на 30-100 %. Время восстановления пленок составляет 5-10 мин.

С практической точки зрения это означает, что, используя комбинацию слоев из различных полимерных материалов, можно создавать покрытия с весьма низкой проницаемостью. Введение дополнительного слоя (или частичная замена одного материала на другой), например толщиной всего 100-200 мкм, позволяет в десятки раз уменьшить глубину проникновения, что эквивалентно увеличению времени «до пробоя» в сотни раз.

Процессы формирования градиентной структуры могут наблюдаться и при расслоении первоначально двухфазных смесей, например, наполненных мелкодисперсным ПЭ [11].

Формирование покрытий с градиентной структурой может наблюдаться при использовании метода диффузионной модификации [12, 13]. При этом эпоксидные покрытия, диффузионно-модифицированные фурановым олигомером, проявляют значительное повышение поверхностной твердости при воздействии кислот. Метод диффузионной модификации и стабилизации может также рассматриваться как один из вариантов химической обработки поверхности.

Концепция создания многослойной конструкции покрытий описана в работе [14] на примере системы антикоррозионных покрытий «ВИКОР», которые представляют собой толстослойные полимерные покрытия (1-2 мм) и предназначены для защиты, главным образом, внутренней поверхности технологического оборудования, работающего в условиях воздействия химически агрессивных сред. Антикоррозионные покрытия "ВИКОР" рекомендуются для защиты от воздействия кислот (соляной, серной, фосфорной, кремнефтористой, плавиковой, щавелевой и др.), щелочей, растворов неокисляющих солей и водных сред при температурах до 90°С. Покрытия могут быть использованы как в условиях постоянного погружения в среду, так и при периодическом воздействии, а также при циклических изменениях рН среды.

Сформулированный подход основан на том, что в покрытии существуют и должны быть выделены три зоны с различным функциональным назначением:

• -    грунт, т.е. слой, непосредственно прилегающий к защищаемой поверхности и определяющий стабильность связи покрытия с подложкой;

• -    основное покрытие (средняя часть), которое определяет, в основном, изолирующие и механические свойства покрытия;

• -    верхний слой покрытия, непосредственно контактирующий с агрессивной средой и определяющий условия взаимодействия всего покрытия с агрессивной средой. Этот слой целесообразно использовать для оптимизации проникновения среды и придания покрытию дополнительных специфических свойств (электропроводность, абразивостойкость,

смачиваемость и т.д.).

В этой связи, учитывая разнообразие агрессивных сред и металлических материалов, применяемых в промышленности для изготовления оборудования, наиболее целесообразным решением является использование набора из нескольких специальных грунтовочных, нескольких основных и нескольких поверхностных слоев, позволяющих получать высокостойкие покрытия для решения практически любой коррозионной задачи.