Емкость для коррозионно-активных сред

Полезная модель относится к области защиты стальных изделий от коррозии, в основном, емкостей различных габаритов, формы и назначений, и может быть использована, в первую очередь, для хранения, обработки и транспортирования коррозионноактивных сред в качестве резервуаров водо- и нефтехранилищ больших емкостей, цистерн, баков, а также и для емкостей из железобетона или других материалов со стальными элементами. Емкость для коррозионноактивных сред выполнена преимущественно из стали с протекторным жидкофазным металлическим покрытием на основе сплавов цинка и/или алюминия. При этом по меньшей мере дно и/или корпус емкости выполнены сварными из стальных заготовок с двухсторонним протекторным покрытием. Кроме того, покрытие выполнено на основе алюминий-цинкового сплава с содержанием алюминия от 55 до 98% с микродобавками олова до 0,05%. Протекторное покрытие стальных заготовок выполнено с локальными регулируемыми утолщениями. А зоны сварных швов и/или отдельные участки поверхности выполнены с протекторными стальными накладками с двухсторонним протекторным покрытием. И по меньшей мере отдельные участки поверхности емкости могут быть выполнены с дополнительным покрытием из неметаллических или полимерных материалов. Техническая задача заключается в обеспечении надежной и дешевой долгосрочной защиты стальных емкостей и стальных элементов емкостей из железобетона и других материалов за счет использования для них листовых заготовок, изготовленных с эффективными протекторными покрытиями в заводских условиях. 4 з.п. формулы.

Полезная модель относится к области защиты стальных изделий от коррозии, в основном, емкостей различных габаритов, форм и назначений, и может быть использована, в первую очередь, для хранения, обработки и транспортирования коррозионноактивных сред в качестве резервуаров водо- и нефтехранилищ больших емкостей, цистерн, баков, а также и для емкостей из железобетона или других материалов со стальными элементами.

Из-за коррозионных и эрозионных разрушений, несмотря на дорогостоящие защитные покрытия, многие емкости выходят из строя и требуют частых сложных ремонтов, сопровождающихся большими затратами.

Особенно актуальна защита крупногабаритных емкостей при обработке и хранении нефти и нефтепродуктов (Г.В.Молчанов, А.Г.Молчанов «Машины и оборудование для добычи нефти и газа», М.: «Недра», 1984, 464 с.; Ф.Ф.Абузова и др. «Техника и технология транспорта и хранения нефти и газа», М.: «Недра», 1992, 320 с.). Защиты требуют резервуары самых разных форм и конструкций (цилиндрических, сферической или каплевидной формы, вертикальных или горизонтальных) объемом от 100 до 120000 м³ и более, которые сваривают из стальных листов толщиной до 16 мм и более.

Защита внутренней и наружной поверхностей таких емкостей лакокрасочными и полимерными материалами требует отсутствия пор и дефектов в покрытии (где проходит быстрое разрушение стали). Из-за этого покрытия должны быть многослойными или большой толщины. А защита чаще всего является дорогой и краткосрочной.

Основные недостатки защитных покрытий стальных сварных емкостей связаны с тем, что покрытия наносят уже на сваренные емкости или на полистовые резервуарные заготовки после сварки. Т.е. покрытия наносят

в условиях, когда трудно и дорого провести качественную очистку, подготовку кромок к сварке и подготовку поверхности к нанесению покрытий.

В последнее время применяется много эффективных полимерных материалов для покрытий наружной и внутренней поверхностей емкостей и ремонтов этих покрытий («Коррозия» - приложение к журналу «Территория «Нефтегаз», 2006, №2 (4) с.24-26, 30-32; №3 (5) с.18-22, 30-31; 2007, №1 (6) с.8-9; №2 (7) с.54-59). Но из-за местных разрушений по разным причинам приходится считаться с возможностью локальной коррозии. Эти покрытия защищают поверхность только путем изоляции от среды, а на оголенных участках стали в процессе разрушения покрытий происходит активная коррозия.

При защите емкостей важны многие факторы («Коррозия» - приложение к журналу «Нефтегаз», 2006, №1 (3) с.54-55, 64-65: №2 (4) с.18-19, 24-26; 2007, №1 (6) с.8-11):

- сроки защиты, экономия трудозатрат и снижение экономических потерь, связанных с простоями резервуаров. Опыт показывает, что во многих средах участки стали без эффективных покрытий подвергаются двум типам коррозии - равномерной со скоростью 0,04÷1,1 мм/год и язвенной со скоростью до 3,8 мм/год, в результате которой возможны проливы и утечки продукции. Уже при уменьшении толщин стенки из-за коррозии на 50% при капремонтах заменяют листы емкостей. Расходы на каждый капремонт составляют до 20% капитальных затрат на строительство резервуара, а окраска при ремонтах обходится в 8÷10 раз дороже, чем нового резервуара;

- качество хранимого продукта, особенно в условиях высокой агрессивности нефти, нефтепродуктов и сточных вод;

- неравномерность коррозионной ситуации в разных местах одной емкости. Так, при хранении нефти и нефтепродуктов следует учитывать наличие очень агрессивного слоя подтоварной воды и твердых частиц

загрязнений. Наиболее подвержена коррозии внутренняя поверхность и, особенно, днища, первый (нижний) пояс и сварные швы.

Поэтому следует больше внимания уделять защите внутренней поверхности емкостей с использованием покрытий с протекторами и обеспечивать разным участкам поверхности емкостей требуемую защиту в соответствии с коррозионной ситуацией и облегчением ремонтов (со снижением простоев).

Известно о покрытии внутренней поверхности сварных емкостей путем подачи в рабочий объем и опорожнения последовательно кислотного, щелочного и металлсодержащих его растворов, причем в качестве последнего используют раствор фосфористого никеля (патент РФ №2110608, С23С 18/16, 18/32, опубл. 1998.05.10).

Но изготовление таких емкостей обходится дорого и может найти очень ограниченное применение.

Известна защита цистерн от коррозии, обусловленной накоплением на дне цистерн слоя влаги, за счет применения цинковых пластин толщиной до 2,5 см в качестве жертвенных анодов (патент США №6863799, C23F 13/00, опубл. 2005.03.08).

Известно также использование при защите малых тонкостенных емкостей (цистерн, тары, упаковки) стальной полосы с протекторным цинковым или цинк-алюминиевым покрытием «гальфан» (с 5% алюминия) и в сочетании с лакокрасочным покрытием (Р.А.Игнатьев, А.А.Михайлова «Защита техники от коррозии, старения и биоповреждений». Справочник. «Россельхозиздат», М. 1987, 346 с).

Однако емкости с такими покрытиями, в том числе с краской, мало пригодны для горячих сред.

Емкости с протекторными жидкофазными покрытиями с толщиной стенки более 4 мм пока невозможно изготавливать, т.к. такой листовой продукции не выпускают. При сварке емкостей из листов с протекторными

покрытиями необходима дополнительная протекторная защита зоны сварки, что пока практически не используется при изготовлении емкостей.

Для защиты внутренней поверхности емкостей применяют протекторные полимерные покрытия, содержащие порошки из цинковых или 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) с.32).

Это позволяет повысить сроки защиты изделий, но для разных условий нужна различная суммарная толщина покрытий: тонкослойных - 300÷460 мкм и толстослойных - 400÷1500 мкм. Однако такие покрытия дороги, пригодны не для всех сред и не всегда эффективны по протекторным качествам, не годятся для нагретых сред. Их целесообразно применять лишь для защиты отдельных участков емкостей.

Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является емкость, изготовленная из заготовок стальной полосы с нанесенным жидкофазным протекторным (цинковым или алюминиевым) покрытием (Р.А.Игнатьев, А.А.Михайлова «Защита техники от коррозии, старения и биоповреждений». Справочник. «Россельхозиздат», М.; 1987, с.220-225).

Недостатками прототипа являются:

- невозможность изготовления крупных емкостей со стенками толщиной более 4 мм с защитным покрытием;

- невозможность применения высокоэффективных протекторных алюминий-цинковых покрытий с высоким содержанием алюминия (и с микродобавками);

- низкая стойкость покрытий в горячих средах и большие потери «жертвенных анодов» в процессе протекторной защиты.

Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в обеспечении надежной и дешевой долгосрочной защиты стальных емкостей и стальных элементов емкостей из железобетона и других материалов за счет

использования для них листовых заготовок, изготовленных с эффективными протекторными покрытиями в заводских условиях.

Поставленная задача решается за счет того, что в емкости для коррозионноактивных сред, выполненной преимущественно из стали с протекторным жидкофазным металлическим покрытием на основе сплавов цинка и/или алюминия, согласно полезной модели, по меньшей мере, дно и/или корпус емкости выполнены сварными из стальных заготовок с двухсторонним протекторным покрытием.

Кроме того, покрытие выполнено на основе алюминий-цинкового сплава с содержанием алюминия от 55 до 98% с микродобавками олова до 0,05%. Протекторное покрытие стальных заготовок выполнено с локальными регулируемыми утолщениями. А зоны сварных швов и/или отдельные участки поверхности выполнены с протекторными стальными накладками с двухсторонним протекторным покрытием. И по меньшей мере отдельные участки поверхности емкости могут быть выполнены с дополнительным покрытием из неметаллических или полимерных материалов.

Для длительной защиты стальных изделий эффективны жидкофазные протекторные металлические покрытия на основе сплавов цинка и/или алюминия с микродобавками олова, которые сами могут обеспечить длительную защиту во многих агрессивных средах, а также могут применяться в качестве подслоя для лакокрасочных, полимерных и иных неметаллических покрытий, т.к. обладают хорошими адгезионными свойствами. При этом существенно снижаются расход материалов и себестоимость защиты. Полимерные покрытия толщиной 50÷150 мкм по протекторному металлическому подслою обеспечивают большую долговечность, чем применяемые в настоящее время многослойные полимерные покрытия толщиной более 300 мкм при значительно меньших затратах (в 1,5÷3 раза). Кроме того, они защищают оголенные участки стали в местах разрушений покрытий дополнительно как протекторы.

Очень актуальны вопросы усовершенствования и удешевления защиты и ремонтов различных емкостей. В связи с этим выгодно применение одновременно с протекторными накладками комбинированных покрытий «металлический протекторный подслой + неметаллическое покрытие» для защиты наружной поверхности емкостей, особенно для защиты крупногабаритных емкостей (стальных и железобетонных) для водо- и нефтехранилищ из-за влияния блуждающих токов в местах контактов с почвой, что требует сейчас дополнительной дорогой электрохимической защиты от внешних протекторных установок.

Выполнение емкости для коррозионноактивных сред или элементов емкости (например, днища, нижнего пояса, корпуса или крышки) из листовых заготовок с нанесенным в заводских условиях эффективным протекторным жидкофазным металлическим покрытием позволяет подготовить поверхность заготовок и нанести покрытие лучшего качества с меньшими затратами, а также подготовить кромки заготовок для сварки. При этом упрощаются очистка стальных заготовок и нанесение на них металлического покрытия в заводских условиях, а сама емкость сваривается на месте ее использования полностью или частично из заготовок с протекторным покрытием. Возможно использование стальных заготовок толщиной 4 мм и более с двухсторонним протекторным покрытием.

Кроме того, листовые стальные заготовки для изготовления стальных емкостей и стальных элементов неметаллических емкостей в процессе нанесения протекторного покрытия будут проходить термическую обработку (рекристаллизационный отжиг или иную обработку). Она осуществляется при нанесении покрытия в процессе нагрева стали во флюсе - расплаве. Таким образом, при заводском изготовлении стальные заготовки к месту монтажа крупных емкостей приходят хорошо подготовленными (термообработанными, с покрытием, с подготовленными к сварке кромками), что позволит снизить трудозатраты и повысить качество емкостей и их защиты.

Для защиты зон сварных швов на внутренней и/или наружной поверхностях емкости на них размещают протекторные накладки из стальной ленты с двухсторонним протекторным покрытием при обеспечении частичного контакта ленты с защищаемым участком (для перехода электронов в процессе протекторной защиты). Ширина накладок может составлять 200 мм и более. Контакт протекторных накладок с защищаемой поверхностью, в зависимости от условий, может осуществляться, например, механическим прижимом, точечной контактной сваркой или приклеиванием полимерным электропроводным слоем.

Для защиты наружной поверхности крупногабаритных стальных и/или железобетонных емкостей от блуждающих токов в местах контактов с почвой устанавливают дополнительные протекторные накладки из стальной ленты с двухсторонним протекторным покрытием при обеспечении частичного контакта с защищаемым участком.

В качестве протекторного покрытия применяют алюминий-цинковые сплавы с содержанием алюминия от 55 до 98% с микродобавками олова до 0,05%. Применение сплавов алюминия с микродобавками олова возможно только при жидкофазном нанесении и пока невозможно другими известными способами без применения защитных атмосфер. По научно-обоснованному прогнозу (Я.Н.Липкин, Ю.Я.Андреев «Практика противокоррозионной защиты». М.; «Картэк», 1999, №4 (14), с.35-44) долговечность таких покрытий даже в агрессивных условиях горячей (до 95°С) проточной жесткой воды в зависимости от толщины (массы) покрытия составит более 25 лет при толщине покрытия 30÷40 мкм и более 30 лет при толщине покрытия 50 мкм.

При защите внутренней поверхности тонкостенных емкостей можно обойтись без дополнительной защиты зоны сварки за счет выполнения заготовок с локальными утолщениями металлического покрытия (с увеличением массы протектора и долговечности защиты зоны сварки).

В любом случае (и при толстых стенках) наличие протекторного покрытия обеспечивает длительную защиту большей части площади поверхности емкости (и внутри, и снаружи). А при нанесении изоляционного неметаллического слоя покрытия по меньшей мере на ответственные участки поверхности может быть снижена его толщина и, соответственно» затраты на покрытие.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет:

- повысить долговечность и снизить себестоимость защиты и облегчить выполнение ремонтов;

- улучшить качество очистки и подготовки листовых заготовок и слоя (подслоя) металлического протекторного покрытия;

- обеспечить работу емкостей в большинстве сред без дополнительного полимерного слоя и при нагреве среды до 95°С и более;

- упростить и удешевить защиту наружной поверхности емкостей по подслою, нанесенному в заводских условиях;

- применять толстостенные и крупногабаритные емкости с эффективными протекторными жидкофазными покрытиями;

- увеличить массу протектора за счет локальных регулируемых утолщений покрытия, что целесообразно для повышения долговечности защиты внутренней поверхности и более ответственных участков емкостей, например, защиты зоны сварки в тонкостенных емкостях;

- обеспечить дополнительную защиту зон сварки, днищ емкостей и наиболее ответственных участков путем их перекрытия в один или два слоя протекторными накладками.

Цена материала применяемых и допускаемых стандартами многослойных полимерных покрытий с протекторным цинкнаполненным слоем для защиты внутренней поверхности крупногабаритных емкостей составит для тонкослойных покрытий (300÷460 мкм) 130÷180 руб/м², для толстослойных покрытий (400÷1500 мкм) - 160÷600 руб/м².

При этом себестоимость нанесения предлагаемых алюминий-цинковых покрытий на сталь со стенками до 16 мм на участке нанесения покрытий небольшой производительности составит не более 100÷120 руб/м² с двух сторон.

Себестоимость стальной ленты с толщиной стенки от 0,5 до 1,5 мм с двухсторонним алюминий-цинковым покрытием составит 120÷130 руб/м² при отпускной цене 180÷200 руб/м² (в том числе, при нанесении локальных утолщений протекторного покрытия).

Приводим несколько вариантов применения полезной модели.

Вариант 1. Крупногабаритная стальная емкость (любой формы), которая выполнена сваркой по месту монтажа из листовых заготовок с предлагаемыми двухсторонними покрытиями. Заготовки для емкости изготавливают в заводских условиях. Все зоны сварки и днище емкости с обеих сторон перекрываются закрепленными при помощи многоточечной сварки или приклеенными протекторными стальными накладками с двухсторонним протекторным покрытием. Для горячих сред повышенной агрессивности днища перекрывают двумя слоями протекторных накладок с двухсторонним протекторным покрытием. По наружной поверхности все зоны контактов с почвой перекрыты протекторными накладками. Наружная поверхность емкости может быть окрашена тонким слоем любого лакокрасочного покрытия по протекторному подслою.

Такие емкости смогут работать при более высоких температурах сред (до 90÷95°C) и с нагревом сред непосредственно в емкости.

Срок службы емкостей без крупных ремонтов составит от 20 до 50 лет. Затраты на противокоррозионную защиту по сравнению с применяемыми способами снизятся на 40÷70%. Возможные мелкие промежуточные ремонты будут связаны только с обновлением на отдельных участках протекторных накладок типа «заплат».

Вариант 2. Крупногабаритная железобетонная емкость, дно которой выполнено из стали с двухсторонним протекторным покрытием и одним или

двумя слоями протекторных стальных накладок с двухсторонним протекторным покрытием. Снаружи нижний пояс емкости защищен одним или двумя слоями протекторных накладок с двухсторонним протекторным покрытием. Емкость выполнена без внешней электрохимической защиты от влияния блуждающих токов.

При этом сроки службы стальных участков с покрытием составят от 20 до 50 лет и затраты на их защиту снизятся на 30% и более.

Вариант 3. Стальные цистерны и малые емкости, выполненные при помощи сварки из стали толщиной до 4 мм из заготовок с двухсторонним протекторным покрытием и с перекрытием зоны сварных швов протекторными накладками или без перекрытий, но с локальными утолщениями протекторного покрытия вдоль сварных швов - в зависимости от условий эксплуатации. Кроме того, возможно выполнение декоративного лакокрасочного покрытия наружной поверхности.

Кроме упрощения изготовления и ремонтов участков со снижением затрат на 30% и более, а также повышения сроков эксплуатации появится возможность хранения и перевозок подогретых и горячих (до 90÷95°С) сред.

Таким образом, применение предлагаемой полезной модели обеспечит долговременную надежную защиту емкостей от воздействия агрессивных сред и позволит во многих случаях снизить толщину стенок стальных емкостей. А также существенно облегчит строительство и ремонт стальных и комбинированных емкостей и снизит затраты на их сооружение и обслуживание.

1. Емкость для коррозионно-активных сред, выполненная преимущественно из стали с протекторным жидкофазным металлическим покрытием на основе сплавов цинка и/или алюминия, отличающаяся тем, что по меньшей мере дно и/или корпус емкости выполнены сварными из стальных заготовок с двухсторонним протекторным покрытием.

2. Емкость для коррозионноактивных сред по п.1, отличающаяся тем, что покрытие выполнено на основе алюминий-цинкового сплава с содержанием алюминия от 55 до 98% с микродобавками олова до 0,05%.

3. Емкость по п.1 или 2, отличающаяся тем, что протекторное покрытие стальных заготовок выполнено с локальными регулируемыми утолщениями.

4. Емкость по п.1 или 2, отличающаяся тем, что зоны сварных швов и/или отдельные участки поверхности выполнены с протекторными стальными накладками с двухсторонним протекторным покрытием.

5. Емкость по п.1 или 2, отличающаяся тем, что по меньшей мере отдельные участки поверхности выполнены с дополнительным покрытием из неметаллических или полимерных материалов.