المقاومة للتآكل من API 5L خط أنابيب الصلب مع حماية طلاء

نبذة مختصرة

ال تآكل المقاومة المينا-الأنابيب الفولاذية المغلفة في 3.5 تم تقييم٪ بالوزن كلوريد الصوديوم حل ومقارنتها مع تلك الأنابيب المغلفة الايبوكسي باستخدام إمكانيات الدائرة المفتوحة, الخطي ص- المقاومة larization, وspectros مقاومة الكهروكيميائية- اختبارات نسخة. T-001تم رش ج المينا الطين ومسحوق المينا GP2118 لأنابيب الصلب في العمليات الرطبة وكهرباء, على التوالي. تميزت مرحلة تكوين والمجهرية من المينا مع اثنين من حيود الأشعة السينية والمجهر الإلكتروني (SEM). وكانت خشونة سطح المينا وقوة علاقاتهم مع ركائز الصلب quanti فاي إد لفهم نوعية الطلاء. وكشفت الصور SEM أن كلا النوعين من الطلاء بالمينا لديها بنية متينة مع فقاعات معزولة. وأظهرت الاختبارات الكهروكيميائية مقاومة للتآكل عالية من الطلاء بالمينا كما VERI فاي إد في الفحص البصري على العينات المختبرة. خاصه, العينات المغلفة المينا GP2118 تفوق باستمرار العينات المغلفة الايبوكسي.

الكلمات الدالة: تآكل, الكهروكيميائية الطيفي مقاومة, مينا طلاء, خط أنابيب صلب, المجهر الإلكتروني

المقدمة

غاز طبيعي, زيت, وصلت الخطرة السائلة نقل وجمع خطوط الأنابيب 484,000 وتواجه ميل في خطوط الأنابيب U.S.1 الشيخوخة مع انخفاض
خدمة الحياة والموثوقية نتيجة للتآكل. أنها يمكن أن تكون محمية من التآكل بواسطة طلاء واقية, الحماية الكاثودية, واستخدام مثبطات التآكل. طلاء بمثابة حاجز مادي لالمنحل بالكهرباء penetra- نشوئها هي واحدة من الطرق فاي cient الأكثر فعالية وEF في التخفيف من التآكل.
عندما تطبق داخليا لأنابيب الصلب, معطف- جي ديها العديد من المزايا. أول, طلاء داخلي يمكن أن تمنع المرن أو الغاز من التفاعل والتفاعل مع الصلب الأساسي. ثانيا, أنابيب الصلب المطلي يقلل من الودائع والبكتيريا الميكروبيولوجية فاي الحيوي ل م الشكل- ستعقد لخشونة السطح أعلى من الأنابيب غير المصقول يساعد على حماية البكتيريا وتوفير الظروف لنمو بكتيريا colonies.2 الثالث والأخير, ال
طلاء داخلي يمكن أن تقلل من هبوط الضغط على مسافة طويلة من قوة خط أنابيب وبالتالي المطلوبة لنقل النفط والغاز. وقد أظهرت انخفاض الضغط في الأنابيب المغلفة تجريبيا لتكون 35% أقل من ذلك في أنابيب الصلب عارية في عدد رينولدز من
1 × 107.3
اليوم, جزئين المذيبات الطلاء الايبوكسي مقرها, المذيبات الطلاء حرة والانصهار المستعبدين, وتستخدم على نطاق واسع الطلاء مادة البولي أميد في مجال النفط الخام والغاز الطبيعي pipelines.4-6 مستعبدين هذه الطلاءات ضعيفة مع
الركيزة الصلب، وبالتالي عرضة للفاي الناقص ل م corrosion.7
المينا الخزف, كمادة غير العضوية, وكيميائيا إلى الركيزة المعادن عند درجة حرارة 750 ° C إلى C ° ~850. ويمكن أن يكون ليس فقط فاي nished مع سطح أملس والجمالية, ولكن أيضا توفير السابق- الاستقرار الكيميائية cellent, المقاومة للتآكل جيدة, والمتانة في مختلف environments.8 قاسية على خلاف

طلاء الايبوكسي, طلاء المينا لا يوجد لديه الناقص تآكل فاي ل م عندما خرق محليا بسبب الرابطة الكيميائية مع substrates.9 المعادن وقد استخدم على نطاق واسع لحماية الطهي المنزلية إناء أو الصلب حماية الحاويات في الصناعات. في تآكل إعادة- وقد تم التحقيق sistance كما طبقة واقية لحديد التسليح في المنشآت الخرسانية في مرحلة ما قبل- دراسات vious وأظهرت ليكون مرضيا في general.10-11

في هذه الدراسة, سلوك تآكل أنابيب الصلب المغلفة داخليا مع نوعين من المينا (T-001 الطين ومسحوق GP2118) تم بحثها في 3.5 ٪ بالوزن حل كلوريد الصوديوم. تميزت مرحلة تكوين والمجهرية المينا مع حيود الأشعة السينية
(XRD) والمجهر الإلكتروني (SEM), على التوالي. تم تحديد خشونة سطح طلاء المينا وقوة السندات على ركائز أنابيب الصلب. تمت دراسة السلوكيات الكهروكيميائية التي يمكن استخدامها في الدائرة المفتوحة (OCP), الخطي القطبية- المقاومة سعودة (LPR), وimped الكهروكيميائية- تعصب الطيفي (EIS) اختبارات. وقدمت عمليات التفتيش البصرية على عينات لاختبار أي علامات واضحة على تآكل. تتم مقارنة المقاومة للتآكل من الصلب المطلي بالمينا مع أن من الصلب المغلفة الايبوكسي.

إجراءات تجريبية

الصقل والعينات

وAPI 5L أنابيب الصلب X65 (MRC العالمية) مع 323.85 مم في القطر الخارجي و 9.53 وقد استخدم ملم في سمك الجدار كما الركيزة المعدنية في هذه الدراسة. يتم تقديم التركيب الكيميائي للصلب المقدمة من قبل البائع في الجدول 1. وقد أنابيب الصلب قطع rst فاي في 18 25 مم × 50 العينات القسيمة مم. وكانت قطع العينات ثم انتقد الصلب ل 1 دقيقة للتخلص من القشور والصدأ, وفاي نالي تطهير مع
مذيب تطهير المتاحة تجاريا.
تم تطبيق نوعين من المينا على كوبونات الصلب: T-001 الطين ومسحوق GP2118. التراكيب الكيميائية للT-001 تم تحديد فريتس الزجاج ومسحوق GP2118 المينا بواسطة الأشعة السينية فلوريدا uorescence (XRF) كما هو مبين في الجدول 2. تم إعداد الطين المينا التي كتبها فريتس زجاج rst فاي طحن, طين, وبعض الشوارد, ومن ثم خلطها مع الماء حتى كان الخليط في حالة مستقرة تعليق. تم رش الطين المينا يدويا على عينات قسيمة باستخدام بندقية رش, الذي كان يعمل من قبل طائرة من الهواء المضغوط كما إد فاي SPECI في الجدول 3. تم تسخين العينات عند 150 درجة مئوية لمدة 10 دقيقة لابعاد الرطوبة, الأحمر فاي في 815 درجة مئوية لمدة 10 أنا, وفاي نالي تبريده الى درجة حرارة الغرفة. رش كهرباء, مسحوق GP2118 المينا مع متوسط ​​حجم الجسيمات 32.8 كان يستخدم ميكرومتر. تم تشكيل ELD فاي الكهربائي بين القطب فوهة والعينة. الجسيمات المينا, الدفع من بندقية رش من قبل تيار من الهواء, أصبحت سالبة الشحنة, هاجر نحو عينة (القطب الموجب) وكان دي- افترض. بعد الرش السلطة, تم نقل كوبونات الصلب في الفرن وفاي الأحمر في 843 درجة مئوية لمدة 10 أنا, ثم خرجت وتبريده لدرجة حرارة الغرفة. سمك T-001 وتمت السيطرة طلاء بحلول الوقت الرش, في حين كان يسيطر على سمك الطلاء GP2118 من قبل عدد من بنادق الرش. للمقارنة, تم مسبقا عينات الصلب المغلفة الايبوكسي- قلصت واختبارها. في هذه الحالة, 3M Scotchkote 323 † الايبوكسي, والتي تم تطبيقها في صناعة خطوط الأنابيب, وقد استخدم لمعطف العينات. وقد تم طلاء كوبونات الصلب بالفرشاة الايبوكسي في درجة حرارة الغرفة ثم يجفف في الهواء ل 3 د قبل الاختبارات الكهروكيميائية.

توصيف المينا الطلاء

تم قياس سمك الطلاء وخشونة مع مقياس سمك الطلاء MiniTest 6008 † والمجهر الضوئي Hirox †, على التوالي.

تم تحديد قوة الرابطة بين الطلاء والصلب في الركيزة باستخدام PosiTest † ASTM التالية D4541-09.12 تعزيز لحمتها مع طلاء, أ 20 وقد خشن مم دوللي في قاعدة بأوراق جلخ, وتطهيرها بالكحول لإزالة الأكسدة والملوثات. تم التقيد قاعدة دوللي بطبقة موحدة من الغراء على سطح اختبار الطلاء. بعد علاج ل 24 ح, تمت إزالة الطلاء حول دوللي باستخدام 20 مم قطع أداة من أجل عزل دوللي على فاي SPECI ج منطقة الاختبار. دوللي تم فاي نالي اقتلع سطح العينة عموديا بمعدل ضغوط 0.4 باسكال / ثانية. وسجلت القوة القصوى لكل عينة المغلفة.
عند الانتهاء من اختبارات التآكل, تم فحص المراحل في الطلاء مباشرة على سطح عينات من الصلب المطلي بواسطة XRD (فيليب X'Pert †) مع زاوية الحيود (2أنا) تنوعت بين 10 ° و 55 °. تم إعداد المقاطع العرضية من العينات المغلفة المينا لتحليل المجهرية مع SEM (هيتاشي S4700 †). كان كل عينة المغلفة المينا rst فاي البرد التي شنت في راتنجات الايبوكسي (EpoxyMount †, الحلفاء للتكنولوجيا العالية المنتجات, شركة) ويقتطع من 10 مم عبر سميكة القسم باستخدام منشار الماس. ثم, ومتآكل المقطع العرضي مع أوراق كربيد ل 1200 مثابرة, تشطف بالماء منزوع الأيونات, وفاي نالي تجفيفها في الهواء عند درجة حرارة الغرفة قبل الفحص. وقد تم تحليل الصور SEM مع برنامج ImageJ † لتقييم المسامية.

الاختبارات الكهروكيميائية

كان ملحوم كل عينة مع الأسلاك النحاسية لقياسات الكهروكيميائية كما هو موضح في الشكل 1. جميع الاطراف من العينة إلا المينا- أو كانت مغطاة الوجه المغلفة الايبوكسي مع الايبوكسي البحرية.

وكانت المينا أو الايبوكسي منطقة مكشوفة 30 مم × 20 ملم في حجم.
كانت مغمورة جميع العينات في 3.5 ٪ بالوزن حل كلوريد الصوديوم مع درجة حموضة 7 واختبارها في درجة حرارة الغرفة- تلح ل 69 د. وقد أعد الحل بإضافة بوري فاي كلوريد الصوديوم إد (فيشر Scienti فاي ج, شركة) في الماء المقطر.

في وقت ال 1, 3, 6, 13, 27, 41, 55, و 69 د, OCP, LPR, وأجريت الاختبارات EIS لرصد تطور تآكل المينا- وعينات الصلب المغلفة الايبوكسي. تم استخدام نظام ثلاثي الأقطاب القياسية لاختبارات الكهروكيميائية, بما في ذلك 25.4 مم × 25.4 مم × 0.254 ورقة البلاتين ملم والقطب المضاد, قطب كالومل المشبع (SCE) كما القطب المرجعية, والعينة المغلفة باعتباره القطب العمل. تم ربط جميع الأقطاب الثلاثة لGamry 1000E Potentiostat / Galvanostat † للحصول على البيانات.

بعد كل OCP مستقر (الاخير لاجل 1 ح) سجلت, تم إجراء اختبار EIS مع موجة جيبية المحتملة لل 10 بالسيارات في السعة في جميع أنحاء OCP وتردد 100 كيلوهرتز إلى 5 ميغاهيرتز. وقد أجري اختبار LPR عن طريق مسح مجموعة من ± 15 فولت حول OCP بمعدل تفحص 0.167 بالسيارات / ثانية. يتم استخدام منحنيات LPR لتحديد روبية مقاومة الاستقطاب, أي ما يعادل المنحدر من المنطقة خطية من منحنى الاستقطاب حول الصفر الحالية:13

روبية = ΔE = Δi

حيث تمثل ΔE وΔi الجهد والحالية الزيادات, على التوالي, في الجزء الخطي للمنحنى الاستقطاب في الاول = 0. واستخدمت القياسات LPR لحساب الكثافة الحالية تآكل المعادلة ستيرن-جيري:13

icorr = = vavc ½2.303dva + βcThRp (2)

حيث βa وβc تمثيل ثابت انوديك Tafel (0.12) والثابت Tafel الكاثودية (0.12), على التوالي, وicorr هو التآكل الحالي.

النتائج والمناقشة
طلاء توصيف
مراحل في المينا - أنماط XRD على سطح GP2118 وT-001 عينات المغلفة المينا بعد الغمر في 3.5 ٪ بالوزن حل كلوريد الصوديوم ل 69 د وتحديد الهوية إد فاي وعرضها في الشكل 2. الكوارتز SiO2 موجود في كل أنواع من الطلاء بالمينا. وكانت أعلى قمم شدة الكوارتز SiO2 في 26 درجة و 26.5 درجة لGP2118 وT-001 مينا, على التوالي.

وتعرض صور SEM مستعرضة في واجهة الصلب / طلاء مع مختلف الكاتيونات فاي ماغني في الشكل - المجهرية في المينا واجهة / الركيزة 3. الطلاء بالمينا لديها بنية متينة مع الهواء قطع فقاعات من خلال سمك الطلاء (الأرقام 3[A1] و [b1]). تشكلت فقاعات الهواء أثناء الكيميائية ذات درجة الحرارة العالية

رد فعل فريت المينا الزجاج مع الفولاذ خلال حلقة فاي process.14-15 والطلاء بالمينا لها العديد من
مسام صغيرة معزولة باستثناء المينا GP2118 التي لديها عدد قليل من المسامات الكبيرة التي يبلغ قطرها حوالي 105 ميكرومتر. محتوى مسامية T-001 وقد تم قياس المينا أن تكون 4.26%, وهي أقل من 12.72% لمينا GP2118. الأرقام 3(a2) و (B2) تظهر واجهات فاي إد المينا / الصلب ماغني التي تنمو نتوءات صغيرة الحديد في طلاء المينا لتشكيل نقاط الربط المختلفة. هذه الجسيمات الإسبنيل الفوقي تحسين الترابط بين المينا وsubstrate.16 للصلب

سحب أوف القوة - سمك قياس, خشونة السطح, وتتلخص قوة السندات من ثلاثة أنواع من الطلاء في الجدول 4. تم حساب المتوسط ​​والانحراف المعياري للسمك وخشونة السطح من كل طلاء من
27 قياسات مأخوذة من ثلاث عينات مختلفة التي تم صقلها لديهم فلوريدا على سطح لاختبار سحب قبالة. تم حساب المتوسط ​​والانحراف المعياري للقوة السندات من كل طلاء من الاختبارات سحب قبالة الثلاث التي أجريت. ويمكن أن يرى من الجدول 4 أن طلاء الايبوكسي هو سمكا (396 ميكرومتر) و ت-001 المينا هو أنحف (230 ميكرومتر). ال

خشونة من الطلاء ثلاث حوالي 1 ميكرومتر, مشيرا إلى الأسطح الملساء في جميع العينات.

عند الانتهاء من الاختبارات سحب قبالة, وتظهر الأسطح دوللي وكسر الركيزة في الشكل 4. في اختبار السندات سحب قبالة, وتشمل أربعة أنماط الفشل المحتملة: (1) كسر التصاق بين الطلاء والركيزة للصلب, (2) كسر التماسك داخل طبقة الطلاء, (3) كسر الغراء, و (4) استراحة مختلطة أو نقل الركاب والحمولات- أمة فواصل أعلاه في locations.17 متعددة

طلاء المينا لديها وضع فشل المختلط في- volving استراحة داخل طلاء (كسر متماسك) وكسر في الغراء يستخدم لسندات ساندة لعينة. لديها طلاء الايبوكسي أيضا وضع الفشل المختلطة التي تنطوي على كسر داخل طلاء (كسر متماسك), استراحة بين الطلاء والصلب الركيزة (كسر اللصق), وكسر الغراء. لا توجد فواصل لاصقة لطلاء المينا لأن نقاط الربط على واجهة تزيد من الترابط بين طلاء المينا والصلب في الركيزة كما هو مبين في الشكل 3. SPECI أتوماتيكيا فاي, GP2118 مينا طلاء لديها أعلى قوة السندات مع متوسط ​​قيمة 17.89 الآلام والكروب الذهنية, طلاء الايبوكسي لديه أدنى قوة رباط 8.01 الآلام والكروب الذهنية, و ت-001 طلاء المينا لديه قوة السندات 16.85 الآلام والكروب الذهنية.

الأرقام 5(أ) و (ب) تمثل الأشكال التضاريسية سطح فاي إد كسر ماغني كما هو مبين في أرقام 4(a2) و (B2), على التوالي. عندما تم سحب دوللي من العينة المغلفة في الزاوية اليمنى, صدع بدأ ونشر عبر فقاعات الهواء واسعة داخل معطف- جي تحت الأحمال المتزايدة. الأرقام 6(أ) و (ب) عرض الصور SEM على المقاطع العرضية للSPE اختبارها- cIMEnS في مناطق مستطيلة من الشخصيات 4(a2) و (B2), على التوالي. السطوح كسر العينات على نحو سلس عموما مع الحد الأدنى بقي طلاء سمك تقريبا 70 ميكرومتر و
40 ميكرومتر لGP2118 وT-001 يطلي, على التوالي. مقارنة مع الرقم 3, الأرقام 6(أ) و (ب) تشير إلى أن السطوح كسر بعيدون كل البعد عن تلك الطبقات الربط المقابلة في واجهات المينا / الركيزة ويمر عبر أضعف طبقة ربط فقاعات الهواء الكبيرة في طلاء بسبب تمسك المينا على الأسطح المعدنية ويعزز كيميائيا مع نمو جزيئات الفوقي SPINEL في المينا خلال الكيميائية رد الفعل في حلقة فاي ProcESS.16