Антикоррозионная защита резервуаров и оборудования

Автор- Никитас Ю.В., Генеральный директор ЗАО «Урал – Технологические системы покрытий»

Опыт эксплуатации стальных резервуаров показывает, что их внутренняя поверхность подвергается таким видам воздействия среды на металл резервуара, как равномерная, язвенная, щелевая, ножевая коррозии и водородное охрупчивание. Насколько это опасно? Анализ эксплуатации резервуаров, на таком предприятии как, например, ОАО «ТНК – Нижневартовск» показал, что скорость равномерной коррозии резервуаров достигает 1 мм/год, а скорость язвенной коррозии при этом превышает равномерную в несколько раз и может достигать 8 мм/год.

По статистическим данным, в экстремальных случаях общий материальный ущерб от аварии резервуара превышает в 500 и более раз первичные затраты на его сооружение.

СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ РЕЗЕРВУАРОВ И ОБОРУДОВАНИЯ ОТ КОРРОЗИИ

Если вести речь о защите от коррозии резервуаров и другого оборудования, изготовленных из сталей, не обладающих коррозионной стойкостью, то на сегодняшний день используются два варианта защиты: первый — нанесение изолирующих лакокрасочных или металлизационных покрытий, второй вариант – установка протекторной катодной защиты. При этом каждый из вариантов защиты имеет свои преимущества.

Преимуществом лакокрасочных изолирующих покрытий являются сравнительно невысокая стоимость некоторых материалов и более низкие материальные затраты на их нанесение, не требующие использования горючих газов или электроэнергии, необходимых для нанесения металлизационных покрытий.

Преимуществом катодной защиты являются сравнительно невысокие затраты на монтаж жертвенных анодов, и отсутствие необходимости подготовки всей поверхности резервуара под нанесение покрытия.

В отдельном ряду стоят металлизационные покрытия, которые на сегодняшний день в России пока не нашли столь широкого применения, как за рубежом. Между тем они обладают существенными техническими преимуществами:

  • Более высокая адгезия, прочность и стойкость к механическим воздействиям по сравнению с лакокрасочными покрытиями.
  • Более длительный срок службы по сравнению с лакокрасочными покрытиями и катодной защитой.
  • Напыленный металл имеет высокую электропроводность, что исключает образование статического заряда в процессе налива и слива продукта, и снижает вероятность взрыва или пожара.
  • Более высокая надежность за счет двойной функциональности покрытия: кроме изолирующих свойств, в случае повреждения покрытия до основного металла металлизационное покрытие начинает работать как протекторная защита, выполняя функции жертвенного анода.
  • Металлизационные анодные покрытия являются единственным типом антикоррозионных покрытий, обладающих способностями самовосстановления при возникновении мелких, до 2 мм по ширине дефектов, благодаря тому, что в процессе коррозии покрытия при его местном повреждении образуются химически стойкие продукты коррозии, которые заполняют дефекты покрытия, восстанавливая его работоспособность.
Илл.1

Илл.1

Следующим видом покрытий, которые сочетают в себе все положительные качества лакокрасочных и металлизационных покрытий, и катодной защиты, являются комбинированные покрытия, состоящие из двух слоев: металлизационного и лакокрасочного (Илл. № 1).

Этот вид покрытий имеет дополнительные преимущества, которые заключаются в том, что:

  • Илл.2

    Илл.2

    При повреждении верхнего лакокрасочного слоя функции изолирующего покрытия начинает выполнять напыленный металлизационный слой (Илл. № 2).

  • Илл.3

    Илл.3

    При сквозном повреждении обоих слоев металлизационный слой начинает выполнять функцию катодной защиты, предотвращая коррозию основного металла. При этом в случае мелких дефектов металлизационный слой самовосстанавливается. (Илл. № 3).

  • Илл.4

    Илл.4

    Легкость в обнаружении местного дефекта покрытия, доходящего до основного металла по вспучиванию, которое будет происходить вследствие процесса разрушения алюминиевого напыленного слоя. При этом основной металл не подвергается коррозии. (Илл. № 4).

  • Более высокая надежность, что особенно актуально при работе оборудования с высоко агрессивными средами.

Общим положительным качеством всех перечисленных видов покрытий является их ремонтопригодность, то есть возможность локального восстановления в случае возникновения местных дефектов. В этом случае на первое место по актуальности выходит задача своевременного обнаружения возникших дефектов покрытия за счет использования современных методов и систем диагностирования и контроля состояния покрытий резервуаров.

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ПРИ ВЫБОРЕ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ

Если предприятие, выбирая вариант покрытия, ставит целью экономию средств, исходя из разовых затрат, которые потребуются для нанесения того или иного антикоррозионного покрытия, то при таком подходе обязательно следует учитывать фактический срок службы покрытия.

Нами были проведены расчеты затрат на материалы с учетом статистического срока службы защитных покрытий, взятых из различных источников, которые, для наглядности, сведены в таблицу:

Наименование покрытия Стоимость материала, руб./м2 Срок службы, лет Затраты на материалы, руб./м2/год
Эпобен (эпоксидная) 253 5 50,6
HEMPADUR 15130 (эпоскидная) 185 10 18,5
Цинотан + Политон-УР 320 10 32,0
Напыление алюминием 385 25 15,4

Данная таблица отражает только затраты на материалы с учетом срока службы покрытия, и составлена без учета стоимости затрат на подготовку поверхности под нанесение покрытия, поскольку требования к подготовке поверхностей для всех видов покрытий одинаковые. При этом следует учесть, что при одинаковой стоимости затрат на подготовку поверхностей их удельная стоимость в пересчете на срок службы покрытия будет существенно отличаться по видам покрытий. Соответственно при более длительных сроках службы покрытия удельные затраты на его нанесение будут значительно ниже, и в этом случае существенным преимуществом обладают металлизационные покрытия. Однако это не значит, что во всех случаях следует выбирать именно металлизационные покрытия. Если с позиции технического решения по надежности защиты от коррозии это может быть оправдано, то с экономической точки зрения оптимальным вариантом может быть либо один из методов защиты, либо их сочетание.

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ РОССИИ

Если провести анализ эксплуатации различных покрытий в России, то картина выглядит следующим образом: опыт применения катодной защиты в ОАО «ТНК – Нижневартовск» по данным журнала «Коррозия Территории Нефтегаз» №2 за 2007 год показал, что катодная защита металлоконструкций резервуаров магниевыми и алюминиевыми протекторами оказалась не эффективной по причине низкого срока службы – от 2 до 2 с половиной лет. При этом разрушение хотя бы одного протектора приводит к изменению потенциала и нарушает работу всей системы защиты, что приводит к усиленной  коррозии днища и стенок резервуаров.

В 2006 году в ОАО «ТНК-Нижневартовск» комиссией был проведен осмотр состояния покрытий на различных резервуарах после 9-11 лет эксплуатации. По результатам работы комиссии можно сделать выводы, что стойкость до капитального ремонта двухкомпонентных покрытий на эпоксидной основе составила для разных материалов от 5 до 9 лет, полимерных однокомпонентных покрытий на полиуретановой основе — от 10 до 11 лет.

Начиная с 1999 г. в ОАО АНК «Башнефть» были обследованы покрытия 214 резервуаров и 30 технологических емкостей, По данным анализа, проведенного ООО «Башнефть – Геопроект», средний срок службы покрытий составил 8 лет. При этом местные ремонты покрытий требовалось проводить уже через 5 лет эксплуатации.

Таким образом, обобщенный опыт эксплуатации лакокрасочных покрытий показывает, что при заявленных производителями сроках службы этих покрытий от 10 до 30 лет, средний срок службы лакокрасочных покрытий до проведения их ремонта находится в пределах от 5 до 10 лет, а общий срок службы покрытий до их замены находится в пределах от 8 лет и более лет.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СТОЙКОСТЬ ПОКРЫТИЙ

При изучении вероятных причин снижения срока службы покрытий по сравнению с заявленными, было сделано следующее предположение: значительное влияние на возникновение местных дефектов лакокрасочных покрытий, приводящих к нарушению их целостности, оказывает уменьшение длины покрытия по отношению к длине стенки резервуара при снижении температуры окружающей среды, которая одновременно значительно уменьшает эластичность лакокрасочных материалов.

Для наглядности результаты расчетов разницы в уменьшении длины на 1 метр при уменьшении температуры с + 35°С до – 40°С приведены в таблице.

Материал Коэффициент термического линейного расширения, К х 10-6 Уменьшение длины в мм в расчете на 1 метр длины Разница в длине покрытия и стенки резервуара в мм в пересчете на 1 метр
Ст. 09Г2С 13 0,975 0
Эпоксидная основа 55 4,125 3,15
Полимеры (полиуретан) 58 4,350 3,375
Полиэтилен 200 15,000 14,025
Алюминий 22 1,65 0,675

Из таблицы видно, что в расчете на 1 метр разница в изменении длины стенки резервуара и эпоксидного покрытия составит 3,15 мм, а полиуретанового – 3,37 мм. Такая разница в длине повышает вероятность образования микротрещин в покрытиях в условиях снижения их эластичности при отрицательных температурах и старения в процессе эксплуатации, и способствует возникновению двух дефектов: местному отслоению покрытия и возникновению микротрещин в нем, которые затем развиваются в сквозные трещины.

При прогнозировании срока службы полимерных покрытий необходимо также учитывать, что они подвержены таким видам старения, как термическое, окислительное, биологическое, химическое и абляционное, что существенно снижает срок их службы.

Процесс старения полимеров происходит по всей глубине слоя и сопровождается снижением эластичности, прочности, повышением хрупкости и самопроизвольным растрескиванием. Это косвенно подтверждается данными анализа эксплуатации емкостного оборудования с защитными покрытиями в ОАО АНК «Башнефть», проведенного ООО «Башнефть – Геопроект». Анализ  эффективности защитных свойств систем лакокрасочных противокоррозионных покрытий по сроку эксплуатации показал, что в течение первых пяти лет большинство резервуаров подвергается частичному ремонту покрытия, затем с каждым годом количество полных ремонтов резко возрастает.

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ЗА РУБЕЖОМ

На сегодняшний день за рубежом практически все крупногабаритные конструкции в той или иной степени защищены металлизационными покрытиями. Металлизационные покрытия используются на железнодорожных мостах, в резервуарах и трубопроводах различного назначения, в судостроении, на гидросооружениях и т.д.

Вот наиболее информативный пример по испытаниям стойкости защитных покрытий: в 1987 году в штате Нью-Джерси был начат эксперимент по защите металлоконструкций моста Матиз, в котором участвовало 47 различных систем покрытий от 18 производителей. В эксперименте принимали участие покрытия алкидными эмалями, уретановые покрытия, эпоксидные системы, металлизация цинко-алюминиевым сплавом.

Через 20 лет были подведены итоги эксперимента, в результате которых комиссией Министерства транспорта Нью-Джерси был сделан вывод, что единственными системами защиты, обеспечившими полное отсутствие коррозии металлоконструкций моста в течение этого времени, оказались металлизационные покрытия. Результаты испытаний сведены в таблицу:

Вид покрытия Состояние хорошее Требует ремонта Полное удаление, повторное нанесение
Металлизационное 100% 0% 0%
Алкидное 17% 50% 33%
Уретановое 20% 40% 40%
Эпоксидное 0% 0% 100%

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ В РОССИИ

Если говорить о практическом опыте применения металлизационных покрытий в России для защиты от коррозии оборудования и металлоконструкций, работающих в средах с высокой коррозионной активностью, то можно привести следующие примеры:

В 2002 году ООО «Технологические системы защитных покрытий» (г. Щербинка) с участием ООО «Газпром ВНИИГАЗ» в ОАО «Газпром добыча Астрахань» был решен вопрос защиты стенок кубовых частей абсорберов аминовой очистки газа.

В 2007 году специалистами ООО «Технологические системы защитных покрытий» с участием специалистов нашего предприятия была выполнена работа по антикоррозионной защите внутренних стенок абсорбера ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», подверженных язвенной коррозии в результате воздействия рабочей среды – метилдиэтаноламина и конвертированного газа. Через год эксплуатации осмотр состояния покрытия показал, что процесс коррозии полностью остановлен. (Илл. № 6, 7). По результатам эксплуатации было принято решение о полной защите внутренних стенок абсорбера, и данная технология была рекомендована к применению в объединении.

В мае 2010 года ЗАО «Урал-ТСП» для защиты от воздействия агрессивной внешней среды в виде соляной пыли и атмосферной влаги была выполнена антикоррозионная защита металлоконструкций копра ООО «Илецксоль» методом напыления алюминия. Через год эксплуатации после проверки состояния покрытия совместной комиссией ЗАО «Урал-ТСП» и ООО «Илецксоль» была подтверждена высокая работоспособность покрытия и комиссия допустила покрытие к дальнейшей эксплуатации (Илл. № 8, 9, 10).

В 2010 году ЗАО «Урал-ТСП» методом напыления стали 12Х18Н10Т решило проблему коррозии трубных досок теплообменников ОАО «Газпром нефтехим Салават», изготовленных из углеродистой стали (Илл. № 11, 12).

НОРМАТИВНО – ТЕХНИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ И ВЫБОР ВАРИАНТОВ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ

Коррозионное воздействие среды и скорость коррозии внутренних поверхностей одного и того же резервуара для хранения нефти и нефтепродуктов значительно отличаются в зависимости от зоны их расположения. С точки зрения коррозии, наиболее опасным элементом конструкции резервуара является днище, поскольку оно постоянно контактирует с подтоварной водой, насыщенной химически активными элементами, ускоряющими процесс коррозии. Серьезному воздействию коррозии подвергается стенка резервуара в зоне переменного смачивания, а в результате воздействия конденсата и газовых фракций происходит активный процесс коррозии металлоконструкций кровли.

В связи с различным воздействием среды на внутренние поверхности одного и того же резервуара, выбор того или иного вида покрытия должно определяться двумя критериями: обеспечением надежной защиты от коррозии и экономической целесообразностью его применения.

Наиболее полно виды покрытий с учетом этих требований, определены в руководящем документе – инструкции РДИ 38 5-6-001-91 «Единая система защиты от коррозии и старения. Защита внутренней поверхности резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов», разработанной НПО «Леннефтехим», и утвержденной в 1991 году Миннефтехимпромом.

РДИ 38 5-6-001-91 рекомендует три конкретные системы покрытий для защиты поверхностей резервуаров от коррозии в зависимости от агрессивности нефти и нефтепродуктов, защищаемой зоны резервуара, значения рН подтоварной воды – лакокрасочную, металлизационную и комбинированную. Примеры вариантов приведены в выборке из таблицы РДИ 38 5-6-001-91:

Хранимый продукт Система защитного покрытия (толщина)
Днище + ½ первого пояса Средние пояса Кровля + 2 верхних пояса
Бензин прямогонный рН подтоварной воды более 8,5 Металлизация алюминием 250 мкм + 2 слоя ЛКП по 120 мкм Металлизация алюминием 250 мкм или 2 слоя ЛКП Металлизация алюминием 250 мкм + 3 слоя ЛКП по 120 мкм
Бензин прямогонный рН подтоварной воды менее 8,5 Металлизация алюминием 250 мкм + 3 слоя ЛКП по 120 мкм Металлизация алюминием 250 мкм или 2 слоя ЛКП Металлизация алюминием 250 мкм + 3 слоя ЛКП по 120 мкм
Нефть Металлизация алюминием 250 мкм + 3 слоя ЛКП по 120 мкм 4 слоя ЛКП по 120 мкм Металлизация алюминием 250 мкм + 3 слоя ЛКП по 120 мкм
Дизельное топливо 4 слоя ЛКП по 150 мкм 4 слоя ЛКП по 150 мкм 4 слоя ЛКП по 150 мкм

При этом данная инструкция определяет, что «необходимость защиты резервуаров от коррозии, выбор методов и средств, применяемых для этой цели, устанавливается предприятием–владельцем резервуара на основании собственных исследований или рекомендаций специализированных организаций».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На сегодняшний день организации, эксплуатирующие оборудование, подверженное коррозии, проводят собственные испытания различных покрытий и на их основании разрешают применение тех или иных видов. ЗАО «Урал – ТСП» полностью поддерживает такую техническую политику, поскольку надежность и качество гарантируются только в случае использования на практике тех антикоррозионных покрытий, которые успешно прошли испытания в конкретных условиях эксплуатации.

При этом мы являемся сторонниками комплексного применения всех вариантов защиты от коррозии – лакокрасочного, металлизационного и комбинированного покрытий, а также катодной защиты. А варианты применения различных видов покрытий для конкретных условий должны быть совместно проработаны с участием трех организаций: предприятия, эксплуатирующего резервуары; предприятия, владеющего технологиями нанесения антикоррозионных покрытий и специализированной организации.

Такой подход дает возможность выбрать вариант применения всех видов покрытий, наиболее оптимальный для заказчика. Он позволяет значительно повысить промышленную безопасность и получить экономический эффект за счет оптимизации затрат на нанесение защитных покрытий, а также за счет увеличения межремонтных циклов и уменьшения объемов ремонтных работ благодаря выбору наиболее оптимальных вариантов защиты оборудования.