УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОТЕКТОРНОЙ ЗАЩИТЫ

Полезная модель относится к области защиты стальных изделий от коррозии и эрозии и может быть использована как самостоятельно для протекторной защиты и увеличения срока службы участков стальных труб, конструкций, емкостей и оборудования, так и вместе с другими средствами защиты и изоляции, а также для облегчения выполнения ремонта изделий.
Протекторная защита стали широко применяется путем нанесения металлических протекторных покрытий, в т.ч. локальных, на участки стальных конструкций, установки контактных протекторов (накладок), нанесения комбинированных протекторных покрытий «среда + тонкий цинковый или цинк - алюминиевый порошок», где в качестве среды используют лакокрасочные, полимерные или другие неметаллические материалы.
Металлические протекторные покрытия для общей и местной защиты наносят на защищаемые конструкции разными методами: жидкофазными, газопламенными, электродуговыми, плазменными, напылением порошков и др. (Р.А.Игнатьев, А.А.Михайлова. Защита техники от коррозии, старения и биоповреждений. Справочник. М., Россельхозиздат, 1987, 346 с., «Коррозия». Приложение к журналу «Территория «НЕФТЕГАЗ». 2006, №1 (3), с.30-33; №3 (5), с.12-13).
Однако защита этими покрытиями, как правило, связана с большим расходом цветных металлов. Нанесение покрытий на защищаемые участки часто бывает сложным или невозможным.
Для защиты отдельных участков конструкций, особенно непокрытой стали, часто применяют протекторы (накладки), контактирующие с
защищаемым участком. Такие накладки часто применяют в судостроении и для защиты конструкций в условиях морского климата. Также они находят применение для защиты непокрытых участков при стыковой сварке труб и др. (Е.Я.Люблинский. Электрохимическая защита от коррозии. М. «Металлургия», 1987, 96 с.; Ф.Тодт. «Коррозия и защита от коррозии», М. - Л., 1966, Из-во «Химия»). Важно, что блуждающие токи переходят на протектор (покрытие или накладку) с конструкции, защищая ее (К.Г.Кязимов. Эксплуатация и ремонт подземных газопроводов. М., «Стройиздат», 1987, 337 с.).
Но такие накладки металлоемки, требуют большого расхода цветных металлов. Они имеют электрический контакт с защищаемой сталью (приварку или механическое прижатие).
Широко применяют протекторные цинкнаполненные (тонко измельченным порошком) полимерные покрытия, в которых сталь защищают не только путем изоляции от среды, но и электрохимически, когда частицы цинка становятся протектором. В гальванических элементах «сталь - пленка окружающей среды - частицы цинк-аноды» голые участки стали становятся катодами - происходит протекторная защита при растворении частиц - анодов, контактирующих со сталью. Применяют полимерные покрытия, содержащие тонко измельченные порошки как цинковые, так и из алюминий-цинковых сплавов («Коррозия». Приложение к журналу «Территория «НЕФТЕГАЗ». 2006, №1(3), с.26-28, 54-55, 58-61, 64-65, №2(4), с.24-32, №3(5), c.32-33). Но для обеспечения протекторной защиты в них должно быть порядка 85÷92% по массе частиц протектора размерами от 2 до 15 мкм. Иначе не обеспечиваются контакты со сталью для перехода электронов на катодные участки. Для таких покрытий требуются большие затраты дорогих материалов и не всегда обеспечиваются протекторные функции.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является протектор - накладка из протекторного сплава на основе цинка
и/или алюминия, который находится в непосредственном контакте с защищаемым участком стальной конструкции (в отличие от обычных протекторов, находящихся на расстоянии и связанных с защищаемой конструкцией соединительными проводниками). Такие контактные протекторы - накладки часто применяют в судостроении (Ф.Тодт. «Коррозия и защита от коррозии», М. - Л., «Химиям, 1966; В.В.Красноярский и др. «Коррозия и защита металлов», М., «Металлургия», 1969, 299 с.), их приваривают или прижимают к изделию. Протекторы - накладки разной формы применяют для катодной и анодной электрохимической защиты (Е.Я.Люблинский. «Электрохимическая защита от коррозии», М., «Металлургия», 1987, 96 с.).
Недостатком прототипа является большая масса протектора при малой защищаемой площади и высокие расходы на проведение защиты. Такими накладками можно защищать лишь небольшие прилегающие участки.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении долговечности защиты изделий, ответственных и труднодоступных участков изделий при снижении расхода цветных металлов и себестоимости защиты, а также в облегчении работы по защите и ремонту изделий.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для протекторной защиты стальных изделий, выполненном в виде приспособления из металлического материала, включающего материал протектора на основе цинка и/или алюминия, согласно полезной модели, оно выполнено из тонколистовой стали с двухсторонним жидкофазным металлическим протекторным покрытием.
Кроме того, протекторное покрытие выполнено с локальными регулируемыми утолщениями, а содержание алюминия в протекторном покрытии, в том числе с микродобавками олова, составляет до 98%. Также
устройство выполнено с дополнительным покрытием из неметаллических или полимерных материалов.
Протекторная накладка из тонколистовой стали с двухсторонним жидкофазным металлическим протекторным покрытием, нанесенная на защищаемую поверхность (типа «заплаты»), в зависимости от условий и среды, может работать без дополнительной защиты или с дополнительной защитой - изоляцией разными неметаллическими или полимерными материалами при разных контактах с защищаемой сталью и разным прижатием к стали. Накладка будет работать и при наличии промежуточного слоя между нею и сталью.
Для протекторной защиты требуются относительно небольшие расходы эффективных протекторов, особенно, на основе алюминия. Долговременную защиту обеспечат тонкие протекторные покрытия, нанесенные жидкофазным способом.
В любом случае, сам факт перекрытия защищаемой поверхности от среды стойким и сплошным слоем будет способствовать лучшей защите -меньшему доступу кислорода и активаторов, снижению доступа бактерий.
В ряде случаев целесообразно наличие контактов между защищаемой сталью и протектором (для перетока электронов). Это можно достичь с помощью точечной сварки или отдельных точечных прижатий. В очень агрессивных средах целесообразно приклеивание накладки электропроводными полимерными материалами. В настоящее время используют много полимерных клеящих средств и клеев, в том числе электропроводных, которые обеспечивают достаточные для защиты контакты ленты с двухсторонним протекторным покрытием и защищаемых участков стали.
Предлагаемым устройством для протекторной защиты можно защищать как небольшие участки (зоны сварки труб, конструкций мостов и емкостей) по типу «заплати, так и протяженные участки наружной поверхности труб длиной 10÷100 м с навивкой на них ленты с
двухсторонним жидкофазным металлическим протекторным покрытием (в том числе, бандажированием), а также применять накладки на наружной и внутренней поверхности емкостей разных размеров и других изделий.
Появляются новые возможности защиты наиболее ответственных участков наружной поверхности трубопроводов (труднодоступных, нагретых, в зонах возможных блуждающих токов, повышенного влияния микроорганизмов). Кроме того, защита зон сварки труб предлагаемым устройством в сочетании с применяемой защитой термоусаживающимися лентами или манжетами при низких затратах повысит долговечность защищаемых участков и удешевит защиту при снижении расхода дорогих материалов.
Применение стальной ленты с предлагаемым покрытием удешевит комбинированные покрытия «протекторная накладка + неметаллическая или полиэтиленовая изоляция» за счет существенного снижения массы дорогой изоляции.
В отличие от прототипа предлагаемые протекторные накладки могут перекрывать как малые, так и довольно большие поверхности защищаемых конструкций, требуют малого расхода цветных металлов и небольших затрат.
Они найдут применение для защиты участков емкостей разного типа (как стальных, так бетонных и железобетонных) снаружи и внутри, участков наружной поверхности трубопроводов и наиболее уязвимых мест конструкций, оборудования и изделий. Их применение в очень многих случаях существенно облегчит выполнение ремонтных работ.
На тонкую стальную ленту для накладки наносят покрытия протекторными сплавами в заводских условиях. Это обеспечивает малый расход цветных металлов благодаря тонкослойности жидкофазных металлических покрытий, высокое качество подготовки поверхности и нанесение покрытий при низкой себестоимости.
В любом случае, сам факт перекрытия защищаемой поверхности от среды стойким и сплошным слоем ленты с двухсторонним покрытием будет способствовать лучшей защите - меньшему доступу кислорода и активаторов, снижению доступа бактерий. Тем более, что стоимость ленты с протекторным покрытием будет соизмерима со стоимостью слоя полимерных покрытий толщиной 100÷150 мкм (а ведь для защиты труб и емкостей применяют изоляцию толщиной от 400 до 2000 мкм и более).
Наиболее целесообразно выполнение накладок из стальной ленты толщиной 0,7÷1,5 мм с протекторными покрытиями толщиной 20÷32 мкм с отдельными местными утолщениями до 50÷60 мкм для повышения массы протектора. Масса утолщений может регулироваться при незначительном повышении расхода цветных металлов.
Наиболее дешевыми и универсальными - пригодными почти для всех коррозионных ситуаций - являются покрытия некоторыми выбранными алюминий - цинковыми сплавами с содержанием алюминия от 55 до 98% - с микродобавками олова при содержании алюминия 77% и более. (Ю.Я.Андреев, Я.Н.Липкин, С.В.Самаричев. Защитное действие горячего алюмоцинкового покрытия типа "гальвалюм" в трубопроводе с горячей и холодной водопроводной водой. Ж-л. Гальванотехника и обработка поверхности. Москва, 1992, Том 1, №1-2, стр.57-60; Я.Н.Липкин, Ю.Я.Андреев, С.В.Самаричев, Л.Ю.Морозова).
2
2
2
Нанесение AlZnПК обойдется в 1,5÷2 раза дешевле цинковых, а тем более, всех других защитных покрытий. Удельная себестоимость AlZnПК (при нанесении в линии) ориентировочно составит для изделий с толщиной стенки 1÷3 мм - от 30 до 45 руб/м, а для изделий с толщиной стенки свыше 4÷5 мм - от 40 до 60 руб/м (по ценам 2007 г.). При организации производства ленты с двухсторонним AlZnП отпускная цена (в т.ч. НДС) составит 180÷190 руб/м. При этом удельный расход цветных
2
2
металлов для AlZnПК (с 55% Аl) составит до 250 г/м при толщине покрытия 25÷30 мкм, для ZnПК - 450÷730 г/м при толщине покрытия 50÷80 мкм.
Следует учесть, что AlZnПК типа «гальвалюм» (с содержанием 55% Аl) обеспечивает значительно большую стойкость, чем ZnПК: в горячей воде - в 8÷10 раз, в холодной воде - в 1,5÷3,5 раза, в разных условиях атмосферной коррозии - в 1,5÷4,5 раза. При покрытии ПАСЛ-1 ожидается еще большая стойкость.
Гальвалюм и ПАСЛ-1 растворяется в процессе протекторной защиты стали медленнее, чем цинк и гальвалюм. Удельная работоспособность (электрохимический эквивалент) у ПАСЛ-1 в а - ч/кг составляет 2100÷2200 (у гальвалюм - 1400÷1800, у цинка - 800). Для покрытий с 98% алюминия и на основе алюминия удельная работоспособность составляет до 2400-2980 а - ч/кг, т.е. это долго работающие протекторы
Нанесение AlZnПК и АlПК толщиной 20÷30 мкм достаточно для обеспечения защиты в большинстве условий. Но для гарантии более длительной защиты целесообразно увеличить массу протектора. Этого можно достичь при нанесении протекторного покрытия с локальными регулируемыми утолщениями разной формы.
2
2
Для жидкофазных AlZnПК и АlПК при толщине покрытий в пределах 20÷30 мкм расход цветных металлов (с потерями) составил 220÷250 г/м. Утолщение слоя покрытия на 1 мкм увеличивает расход цветных металлов на 4,5÷4,84 г/м. Таким образом, масса утолщений может регулироваться при незначительном повышении расхода цветных металлов.
При выполнении защиты емкостей внутреннюю поверхность ряда емкостей можно будет защищать только предлагаемыми протекторными накладками при возможности работы с температурой среды до 85÷90°С. Важно, что при такой защите могут работать емкости для воды питьевого качества. Возможна защита наружной поверхности многих емкостей с
использованием протекторных накладок и нанесением тонкого слоя лакокрасочного покрытия.
Применение предлагаемого устройства для протекторной защиты стальных изделий позволит обеспечить защиту всех конструкций, работающих в почвах, морской и речной воде, защиту изделий и оборудования от износа и эрозии, а также в очень многих случаях упростит и удешевит ремонты.