Курсовая работа: Коррозия металлов
Требования к полиэтиленовым покрытиям. Применение полиэтилена для защитных покрытий трубопроводов обусловлено его высокой механической стойкостью к ударам, повышенной прочностью по сравнению с битумом при низких температурах, малой адсорбцией воды, незначительной диффузией водяных паров, высоким диэлектрическим сопротивлением и малым его изменением при эксплуатации покрытий. Однако для полиэтилена характерна сравнительно высокая степень кислородной и водородной диффузии. Полиэтилен вследствие особой молекулярной структуры обладает свойствами неполярности и имеет невысокую адгезию к стали. При этом коэффициент линейного расширения полиэтилена в 5,83 раза больше, чем стали. Полиэтиленовые покрытия должны наноситься сравнительно толстым слоем, не менее 0,8 мм, а с учетом механических испытаний в условиях транспортирования и укладки — не менее 1,8 мм.(ГОСТ 9.602-89)
Для получения полиэтиленового покрытия в заводских условиях используют различные композиции как гранулированного, так и порошкового полиэтилена. Гранулированный полиэтилен наносят на трубы методом экструзии, а порошковый — напылением. Применяют также и комбинированный способ, при котором нижний слой покрытия, прилегающий к металлу, наносят напылением порошкообразного полиэтилена или эпоксида, а верхний — экструзией полиэтилена.
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИЙ СЭВИЛЕНА И НАПОЛНЕННОГО ПОЛИЭТИЛЕНА
| Показатель | По ТУ 6-05-1635-81 | По ТУ 6-05-1409-79 | |
| 11104-030 | 11306-075 | 168-29Б | |
| Плотность г/см3 | 0,925±0,005 | 0,935±0,005 | 0,923±0,004 |
| Показатель текучести расплава, г/10 мин | 1…5 | 5…10 | 3,2…7,2 |
| Разброс показателя текучести расплава в пределах партии, % | ±10 | ±10 | ±5 |
| Массовая доля Винилацетата, % | 5…7 | 10…14 | – |
| Содержание наполнителя, % | – | – | 20±2 |
| Прочность при разрыве, МПа, не менее | 11,3 | 9,8 | 9 |
| Относительное удлинение при разрыве, %, не менее | 600 | 60 | 450 |
| Число включений, не более | 15 | 15 | 20 |
| Стойкость к термоокислительному старению, ч, не менее | 8 | 8 | 8 |
3 .3 Контроль качества защитных покрытий
Общие требования. Контроль качества защитных покрытий стальных трубопроводов должен осуществляться на всех этапах изоляционных и строительных работ, а также в условиях эксплуатации. Качество очистки, грунтовки и изоляции труб, выполняемых в заводских условиях и на производственных базах строительно-монтажных организаций, проверяет и принимает отдел технического контроля предприятия, Проверку качества изоляционных работ на трассе на основании СниП 42-01-2002 должны осуществлять инженерно-технические работники строительно-монтажной организации, выполняющей изоляционные работы, а также технический надзор заказчика.
Качество исходных материалов, используемых для изоляции трубопроводов, проверяют, сопоставляя данные, приведенные в технических паспортах и сертификатах, с результатами лабораторных анализов, а также контролем соответствия их свойств требованиям ТУ, и ГОСТов на эти материалы. При отсутствии технических паспортов или сертификатов на изоляционные материалы возможность их применения для изоляции труб должна определить и выдать письменное заключение по результатам испытаний лаборатория строительно-монтажной организации
Качество очистки поверхности. Качество очистки внешней поверхности труб проверяют визуально и сравнением очищенной поверхности с утвержденными для каждого вида изоляционного покрытия эталонами. Для инструментального контроля качества очистки могут применяться приборы типа УКСО конструкции ВНИИСТ
Прибор УКСО-2 устанавливают на очистной или комбинированной машине и осуществляют контроль непосредственно в процессе очистки трубопроводов. Информация о степени очистки выводится на стрелочный индикатор со шкалой 0...100 %, Прибор имеет световую и звуковую сигнализацию предельно допустимых значений степени очистки, а при подключении регистрирующего устройства обеспечивает автоматическую запись информации о степени очистки. В основе метода лежит принцип измерения электрической проводимости поверхностного слоя очищаемой поверхности трубопровода. Измерительным электродом является контактный ролик, прижимаемый к контролируемой поверхности с помощью калибровочной пружины. Поверхность трубопровода, очищенная от грязи, окалины, обладает хорошей электропроводимостью, в то время как любые посторонние включения на поверхности металла ухудшают проводимость между поверхностью трубопровода и контактным роликом.
Качество нанесенного на трубы защитного покрытия определяют внешним осмотром, измерением толщины, проверкой сплошности и прилипаемости (адгезии) к металлу, прочности при ударе, переходного электросопротивления.
Для полиэтиленовых и эпоксидных покрытий заводского нанесения показатели качества подразделяют на сдаточные и гарантированные. Сдаточные показатели определяют на каждой партии изолированных труб и вносят в сертификаты. Гарантируемые показатели контролируют периодически в цеховой лаборатории или по требованиям заказчика. Сдаточные испытания наружного полиэтиленового и эпоксидного покрытий включают внешний осмотр изолированной поверхности, измерение толщины, проверку диэлектрической сплошности, испытание ударной прочности и адгезии к металлу в исходном состоянии изоляции при температуре (20±5)°С.
К гарантируемым показателям относятся: стойкость к катодному отслаиванию, ударная прочность и физико-механические характеристики при отрицательных и повышенных положительных температурах, переходное электросопротивление после термостарения покрытий и т. д. в соответствии с имеющейся ведомственной нормативно-технической документацией.
Внешний осмотр защитного покрытия проводят непрерывно в процессе наложения каждого слоя изоляции по всей длине трубы и после окончания изоляционных работ. При этом фиксируют пропуски, трещины, сгустки, вздутия, пузыри, мелкие отверстия, отслоения, бугры, впадины. При нанесении липких лент, армирующего материала и защитных оберток контролируют натяжение полотнища, обеспечивающее плотное прилегание рулонного материала к поверхности трубы, число слоев, а также ширину нахлеста спиральных витков, которая должна быть не менее 3 см, а на концах ленты или обертки 10-15 см.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛИМЕРНЫХ ЛИПКИХ ЛЕНТ
| Показатель | Материал основы | ||||
| поливинилхлорид | полиэтилен | Кремнийорганическая резина | |||
| ПИЛ (летняя) (ТУ 6-19-103-78) | ПВХ-Л (ТУ 102-320-86) | ПВХ-БК (ТУ 102-166-82) | ЛДП (ТУ 102-376-84) | ЛЭТСАР-ЛПТ (марка Б) (ТУ 38-103412-78) | |
| Ширина ленты; мм | 410±10; 450±10; 500±10 | 90±10; 150±10; 450±10; 480±10; 500±10 | 450±10; 480±10; 500±10 | 450±10; 500±10 | 250±10; 450±10 |
| Длина полотна ленты в рулоне не менее, м | 125±5; 180±5 | 125±5; 180±5 | 125±5; 180±5 | 125±5 | 10±0,5 |
| Толщина ленты, мм, не менее | 0,4±0,05 | 0,4±0,05 | 0,4±0,05 | 0,6±0,15 | 0,6±0,1 |
| Толщина клеевого слоя, мм, не менее | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,2 | – |
| Прочность при разрыве, МПа, не менее | 13 | 20 | 20 | 13 | 15 |
| Относительное удлинение при разрыве, %, не менее | 190 | 200 | 200 | 300 | 500 |
| Удельное объемное электрическое сопротивление при 20 °С, Ом*см, не менее | 1*1011 | 1*1011 | 1*1011 | 1*1012 | 1*1012 |
| Липкость, с, не менее | 20 | 20 | – | – | – |
| Адгезия к загрунтованной поверхности стали при 20 °С, Н/см, не менее | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 15 | 5 |
| Температура хрупкости, °С, не выше | – 30 | – 40 | – 50 | – 50 | – 50 |
| Температурный режим эксплуатации, °С | От – 30 до + 40 | От – 40 до + 30 | От – 45 до + 40 | От – 60 до + 60 | От – 50 до + 120 |
| Температура нанесения (нижний предел), °С | До + 5 | До – 35 | До – 35 | До – 40 | До – 40 |
| Цвет | Синий, черный | Черный, коричневый, синий | Натуральный | Серый, черный | Красный, коричневый |
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ БИТУМОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАСТИК ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ
| Показатель | БНИ – IV-3 | БНИ – IV | БНИ – V | БН – 70/30 | БН – 90/10 | Методика испытания по ГОСТ |
| Температура размягчения, °С, не менее | 65 | 75 | 90 | 70 | 90 | 11506 – 73* |
| Глубина проникания иглы при 25 °С, 1*10-1 мм, не менее | 30…50 | 25…40 | 20 | 21…40 | 5…20 | 11501 – 78* |
| Растяжимость при 25 °С, см, не менее | 4 | 3 | 2 | 3 | 1 | 11505 – 75* |
| Содержание водорастворимых соединителей, %, не более | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,3 | 0,3 | 2477 – 65* |
| Изменение массы после нагрева, %, не более | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 1 | 1 | 18180 – 72* |
| Температура вспышки, °С, не ниже | 230 | 230 | 230 | 230 | 240 | 4333 – 87* |
| Растворимость в бензоле или хлороформе, %, не менее | Не нормируется | 99 | 99 | 20739 – 75* | ||
| Содержание парафина, %, не более | 4 | – | – | – | – | 17789 – 72* |
| Водонасыщенность за 24 ч, %, не более | 0,2 | 0,2 | 0,2 | – | – | 9812 – 74* |
| Содержание воды | следы | 2477 – 65* | ||||
4. КАТОДНАЯ ЗАЩИТА
4.1 Принципиальная схема действия катодной защиты
Катодная поляризация осуществляется с помощью наложенного тока от внешнего источника энергии, обычно выпрямителя, который преобразует переменный ток промышленной частоты в постоянный. Защищаемая конструкция соединяется с отрицательным полюсом внешнего источника выпрямленного тока, так что она действует в качестве катода. Второй электрод (анодное заземление) соединяется с положительным полюсом источника тока, так что он действует в качестве анода. Принципиальная схема действия катодной защиты показана на рисунке.
Катодная защита возможна только в том случае, когда защищаемая конструкция и анодное заземление находятся в электронном и электролитическом контакте: первое достигается с помощью металлических проводников, а второе — благодаря наличию электролитической среды (грунта), в которую погружаются защищаемая конструкция и анодное заземление. Катодная защита регулируется путем поддержания необходимого защитного потенциала, который измеряется между конструкцией (или датчиком поляризационного потенциала) и ЭС. Обычно ЭС служит МЭС длительного действия, находящийся постоянно в электролитической среде (грунте). Потенциал между ЭС и защищаемой конструкцией, измеряемый высокоомным вольтметром, включает в себя кроме поляризационной составляющей омическое падение напряжения 1R, обусловленное прохождение катодного тока i через эффективное сопротивление Rмежду электродом сравнения и защищаемой конструкцией. Только поляризация на поверхности защищаемой конструкции обусловливает эффект катодной защиты. Поэтому критериями защищенности являются минимальный и максимальный защитные поляризационные потенциалы. Таким образом, для точного регулирования поляризационного потенциала защищаемой конструкции по отношению к электроду сравнения из измеренной разности потенциалов должна быть иллюминирована (исключена) величина омической составляющей. Это достигается применением специальной схемы измерения поляризационного потенциала.
Катодная поляризация неизолированной металлической конструкции до величины минимального защитного потенциала требует значительных токов. Наиболее вероятные величины плотностей токов, необходимых для поляризации стали в различных средах до минимального защитного потенциала (—0,85 В) по отношению к медно-сульфатному электроду сравнения
Схема катодной защиты : 1 — источник постоянного напряжения; 2 — трубопровод: 3 — анодное заземление; 4 —металлический проводник: 5 — грунт; б — медносульфатный электрод сравнения с датчиком поляризационного потенциала; 7 — высокоомный вольтметр
Обычно катодная защита используется совместно с изоляционными покрытиями, нанесенными на наружную поверхность защищаемого сооружения. Поверхностное покрытие уменьшает необходимый ток на несколько порядков. Так, для катодной защиты стали хорошим покрытием в почве требуется всего 0,01...0,2 мА/м2 . По мере разрушения покрытия и оголения металла катодный ток должен возрастать для обеспечения защиты сооружения. Качество наружного покрытия на защищаемой поверхности определяет интегральную площадь неизолированного металла, контактирующего с электролитом, и также ток, который будет протекать через покрытие. Ток, необходимый для катодной защиты подземных металлических трубопроводов, почти полностью зависит от качества покрытия.
4.2 Расчет катодной защиты, подбор катодной станции
задание: Определить параметры катодной защиты подземного газопровода на территории квартала площадью 10 га
исходные данные:
На территории района, требующего защиты расположены газопроводы низкого и высокого давления следующих диаметров и длин:
D 200 мм – 732 м;
D150 мм – 624 м;
D 100 мм – 323 м;
D 89 мм – 70 м.
Коррозийная агрессивность грунта на территории защищаемого района от 15 до 50 Ом*м. Принимаем среднее значение 
Решение: