Kakisan Rintangan API 5L Pipeline karat dengan Perlindungan Coating

ABSTRAK

yang kakisan rintangan enamel-paip keluli bersalut dalam 3.5 wt% penyelesaian NaCl telah dinilai dan dibandingkan dengan paip epoksi bersalut menggunakan potensi litar terbuka, linear po- rintangan larization, dan spectros impedans elektrokimia- ujian salinan. T-001c buburan enamel dan serbuk enamel GP2118 disembur kepada paip keluli dalam proses basah dan elektrostatik, masing-masing. Fasa komposisi dan struktur mikro kedua-dua enamel telah disifatkan dengan x-ray pembelauan dan imbasan mikroskop elektron (SEM). Kekasaran permukaan enamel dan kekuatan ikatan mereka dengan substrat keluli adalah quanti fi ed untuk memahami kualiti salutan. imej SEM mendedahkan bahawa kedua-dua jenis lapisan enamel mempunyai struktur yang kukuh dengan buih terpencil. ujian elektrokimia menunjukkan ketahanan kakisan yang tinggi daripada lapisan enamel sebagai veri fi ed dalam pemeriksaan visual pada sampel yang diuji. khususnya, GP2118 sampel enamel bersalut konsisten mengatasi sampel epoksi bersalut.

Kata-kata kunci: kakisan, elektrokimia impedans spektroskopi, lapisan enamel, talian paip keluli, imbasan mikroskop elektron

PENGENALAN

gas asli, minyak, dan berbahaya cecair penghantaran dan perhimpunan saluran paip telah mencapai 484,000 batu dalam saluran paip U.S.1 Penuaan berhadapan dengan dikurangkan
hayat perkhidmatan dan kebolehpercayaan akibat hakisan. Mereka boleh dilindungi daripada kakisan oleh lapisan pelindung, perlindungan katodik, dan penggunaan perencat kakisan. Coating sebagai penghalang fizikal elektrolit penetra- tion adalah salah satu yang paling berkesan dan ef kaedah fi mencukupi dalam pengurangan hakisan.
Apabila dalaman digunakan untuk paip keluli, kot- ing mempunyai beberapa kelebihan. pertama, lapisan dalaman boleh menghalang uid fl atau gas daripada berinteraksi dan bertindak balas dengan keluli asas. kedua, paip keluli bersalut mengurangkan deposit mikrobiologi dan bakteria fi bio lm forma- tions kerana kekasaran permukaan yang lebih tinggi daripada paip tidak bersalut membantu melindungi bakteria dan menyediakan keadaan pertumbuhan colonies.2 bakteria Ketiga dan terakhir, dalam
lapisan dalaman boleh mengurangkan kejatuhan tekanan dari suatu jarak panjang saluran paip dan dengan itu kuasa yang diperlukan untuk menghantar minyak dan gas. Kejatuhan tekanan di dalam paip bersalut telah uji kaji menunjukkan untuk menjadi 35% lebih rendah daripada dalam paip keluli yang terdedah di beberapa Reynolds
1 × 107.3
hari ini, dua bahagian pelarut salutan epoksi berasaskan, pelarut salutan percuma dan fusion terikat, dan salutan poliamida digunakan secara meluas dalam minyak mentah dan gas asli pipelines.4-6 ini lapisan yang lemah terikat dengan
substrat keluli mereka dan dengan itu terdedah kepada fi bawah- lm corrosion.7
enamel porselin, sebagai bahan bukan organik, adalah berikat kimia substrat logam pada suhu 750 ° C untuk ~850 ° C. Ia bukan sahaja boleh menjadi fi nished dengan permukaan yang licin dan aesthetical, tetapi juga menyediakan bekas- cellent kestabilan kimia, ketahanan kakisan yang baik, dan ketahanan dalam pelbagai environments.8 keras Tidak seperti

salutan epoxy, lapisan enamel mempunyai bawah- kakisan fi lm apabila negara dilanggar kerana ikatan kimia dengan substrates.9 logam Ia telah digunakan secara meluas untuk perlindungan memasak rumah perkakas atau perlindungan bekas keluli dalam industri. Its semula kakisan- sistance sebagai lapisan pelindung untuk tetulang keluli dalam struktur konkrit telah disiasat dalam pra- kajian vious dan dibuktikan memuaskan dalam general.10-11

Dalam kajian ini, kelakuan kakisan paip keluli dalaman bersalut dengan dua jenis enamel (T-001 buburan dan GP2118 serbuk) telah diperiksa dalam 3.5 wt% penyelesaian NaCl. Fasa komposisi dan mikrostruktur enamel telah disifatkan dengan x-ray pembelauan
(XRD) dan mikroskop elektron pengimbas (SEM), masing-masing. Kekasaran permukaan lapisan enamel dan kekuatan ikatan ke atas paip keluli substrat telah ditentukan. Tingkah laku elektrokimia telah dikaji dengan potensi litar terbuka (OCP), linear kutub- rintangan ization (LPR), dan imped elektrokimia- Kepatuhan spektroskopi (EIS) ujian. pemeriksaan Visual telah dibuat pada sampel yang diuji bagi apa-apa tanda-tanda hakisan. Rintangan kakisan keluli enamel bersalut dibandingkan dengan keluli bersalut epoxy.

PROSEDUR UJIKAJI

Enameling dan Spesimen

An 5L X65 paip keluli API (MRC Global) dengan 323.85 mm diameter luar dan 9.53 mm tebal dinding telah digunakan sebagai substrat logam dalam kajian ini. Komposisi kimia keluli yang disediakan oleh vendor yang ditunjukkan dalam Jadual 1. Paip keluli telah fi rst potong 18 25 mm × 50 mm spesimen kupon. Spesimen dipotong kemudiannya keluli diletupkan untuk 1 min untuk menghilangkan skala kilang dan berkarat, dan fi nally dibersihkan dengan
pelarut pembersihan boleh didapati secara komersial.
Dua jenis enamel telah digunakan pada kupon keluli: T-001 buburan dan GP2118 serbuk. Komposisi kimia T-001 frits kaca dan serbuk GP2118 enamel ditentukan oleh x-ray fl uorescence (XRF) seperti yang dinyatakan dalam Jadual 2. Buburan enamel telah disediakan oleh frits kaca fi rst pengilangan, tanah liat, dan elektrolit tertentu, dan kemudian mencampurkan mereka dengan air sehingga campuran berada dalam keadaan stabil penggantungan. Buburan enamel disembur secara manual pada spesimen kupon menggunakan pistol semburan, yang dikuasakan oleh jet udara termampat sebagaimana yang dinyatakan dalam Jadual 3. Spesimen telah dipanaskan pada suhu 150 ° C selama 10 min untuk menghalau kelembapan, fi merah pada 815 ° C untuk 10 min, dan fi nally disejukkan ke suhu bilik. Untuk semburan elektrostatik, serbuk GP2118 enamel dengan saiz zarah purata 32.8 mikron digunakan. An fi waktu tua elektrik telah ditubuhkan antara elektrod muncung dan sampel. zarah enamel, digerakkan daripada pistol semburan oleh aliran udara, menjadi bercas negatif, berhijrah ke arah sampel (elektrod positif) dan telah de- dikemukakan. Selepas kuasa menyembur, kupon keluli dipindahkan ke dalam perapian dan fi merah pada 843 ° C untuk 10 min, dan kemudian berpindah keluar dan disejukkan ke suhu bilik. Ketebalan T-001 salutan dikuasai oleh masa yang menyembur, manakala ketebalan lapisan GP2118 itu dikawal dengan jumlah semburan senjata. Sebagai perbandingan, sampel keluli epoksi bersalut telah pra- pared dan diuji. Dalam kes ini, 3M Scotchkote 323 † epoxy, yang digunakan dalam industri talian paip, telah digunakan untuk kot sampel. kupon keluli telah bersalut dengan memberus epoxy pada suhu bilik dan kemudian dikeringkan di udara untuk 3 d sebelum ujian elektrokimia.

Pencirian Enamel Coatings

Ketebalan salutan dan kekasaran diukur dengan ketebalan salutan tolok MiniTest 6008 † dan mikroskop optik Hirox †, masing-masing.

Kekuatan ikatan antara lapisan dan keluli substrat telah ditentukan menggunakan PosiTest † ASTM berikut D4541-09.12 Untuk meningkatkan ikatan dengan lapisan, yang 20 mm diameter dolly di pangkalan itu roughened dengan kertas kasar, dan dibersihkan dengan alkohol untuk membuang pengoksidaan dan bahan cemar. Pangkal dolly itu dipatuhi dengan lapisan seragam gam ke permukaan salutan ujian. Selepas menyembuhkan untuk 24 h, lapisan sekitar dolly telah dibuang menggunakan 20 mm memotong alat untuk mengasingkan dolly pada fi speci c kawasan ujian. dolly itu fi nally ditarik dari permukaan sampel tegak lurus pada kadar tekanan 0.4 MPa / s. Kekuatan maksimum setiap sampel bersalut dicatatkan.
Pada selesai ujian kakisan, fasa dalam salutan telah diperiksa secara langsung di permukaan sampel keluli bersalut oleh XRD (Philip X'Pert †) dengan sudut pembelauan (2i) yang berbeza-beza antara 10 ° dan 55 °. keratan rentas sampel enamel bersalut telah disediakan untuk analisis mikrostruktur dengan SEM (Hitachi S4700 †). Setiap sampel enamel bersalut telah fi rst sejuk dipasang dalam resin epoksi (EpoxyMount †, Allied High Tech Produk, Inc.) dan dipotong kepada 10 mm salib tebal seksyen menggunakan gergaji berlian. kemudian, keratan rentas telah abraded dengan kertas karbida 1200 kersik, dicuci dengan air ternyahion, dan fi nally kering di udara pada suhu bilik sebelum peperiksaan. imej SEM dianalisis dengan perisian ImageJ † untuk penilaian keliangan.

Ujian elektrokimia

Setiap sampel telah dipateri dengan wayar tembaga untuk ukuran elektrokimia seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1. Semua pihak sampel kecuali enamel- atau muka epoksi bersalut ditutup dengan epoxy Marine.

enamel atau epoksi kawasan yang terdedah adalah 30 mm × 20 mm dalam saiz.
Semua sampel telah tenggelam dalam 3.5 wt% penyelesaian NaCl dengan pH 7 dan diuji di tempera bilik- ture untuk 69 d. penyelesaian yang telah disediakan dengan menambah puri fi ed natrium klorida (Fisher sainti fi k, Inc.) ke dalam air suling.

Pada masa 1, 3, 6, 13, 27, 41, 55, dan 69 d, OCP, LPR, dan ujian EIS telah dijalankan untuk memantau evolusi hakisan enamel- dan sampel keluli bersalut epoxy. Sistem tiga elektrod standard telah digunakan untuk ujian elektrokimia, termasuk 25.4 mm × 25.4 mm × 0.254 mm lembaran platinum sebagai elektrod kaunter, tepu elektrod calomel (SCE) sebagai elektrod rujukan, dan sampel bersalut sebagai elektrod kerja. Ketiga-tiga elektrod yang disambungkan kepada Gamry 1000E Potentiostat / Galvanostat † bagi perolehan data.

Selepas setiap stabil OCP (yang berlanjutan bagi 1 h) dicatatkan, ujian EIS dilakukan dengan gelombang potensi sinus 10 mV dalam amplitud sekitar OCP dan kekerapan 100 kHz untuk 5 MHZ. Ujian LPR telah dijalankan dengan mengimbas pelbagai ± 15 mV sekitar OCP pada kadar imbasan 0.167 mV / s. Lengkung LPR digunakan untuk menentukan Rp rintangan polarisasi, yang sama dengan kecerunan kawasan linear keluk polarisasi sekitar sifar semasa:13

Rp = ΔE = Δi

mana ΔE dan Δi mewakili voltan dan arus kenaikan, masing-masing, di bahagian linear keluk polarisasi di i = 0. ukuran LPR telah digunakan untuk mengira ketumpatan kakisan semasa dengan persamaan Stern-Geary:13

icorr = vavc = ½2.303dva + βcThRp (2)

mana βa dan βc mewakili berterusan anodik Tafel (0.12) dan Tafel pemalar katod (0.12), masing-masing, dan icorr adalah terkini kakisan.

KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN
Coating Pencirian
Fasa dalam Enamel - pola XRD pada permukaan GP2118 dan T-001 sampel enamel bersalut selepas rendaman dalam 3.5 wt% penyelesaian NaCl untuk 69 d yang dikenal pasti dan dipaparkan dalam Rajah 2. Kuarza SiO2 hadir dalam kedua-dua jenis lapisan enamel. Keamatan puncak tertinggi kuarza SiO2 berada pada 26 ° dan 26.5 ° untuk GP2118 dan T-001 enamel, masing-masing.

Mikrostruktur di Enamel / Substrat Interface - Cross rentas imej SEM pada antara muka keluli / salutan dengan spesi fi Magni berbeza dibentangkan dalam Rajah 3. Lapisan enamel mempunyai struktur yang kukuh dengan udara terputus buih melalui ketebalan lapisan (angka 3[a1] dan [b1]). Gelembung udara terbentuk semasa kimia suhu tinggi

reaksi frit kaca enamel dengan keluli semasa fi cincin process.14-15 Lapisan enamel mempunyai banyak
liang kecil terpencil kecuali GP2118 enamel yang mempunyai beberapa liang besar dengan diameter kira-kira 105 Μm. Kandungan keliangan T-001 enamel diukur sebagai 4.26%, yang lebih rendah daripada 12.72% untuk enamel GP2118 yang. angka 3(a2) dan (b2) menunjukkan Magni muka fi ed enamel / keluli di mana kecil-Fe protrusions tumbuh menjadi lapisan enamel untuk membentuk pelbagai mata anchor. Zarah-zarah spinel epitaxial meningkatkan ikatan di antara enamel dan substrate.16 kelulinya

Tarik-Off Kekuatan - Ketebalan diukur, kekasaran permukaan, dan kekuatan ikatan tiga jenis lapisan diringkaskan dalam Jadual 4. purata dan sisihan piawai bagi ketebalan dan kekasaran permukaan setiap lapisan dikira dari
27 ukuran diambil dari tiga sampel yang berbeza yang telah digilap mempunyai fl di permukaan untuk ujian pull-off. purata dan sisihan piawai bagi kekuatan ikatan setiap lapisan dikira dari tiga ujian tarik-off dijalankan. Ia boleh dilihat dari Jadual 4 bahawa lapisan epoxy adalah tebal (396 Μm) dan T-001 enamel adalah nipis (230 Μm). yang

kekasaran daripada tiga lapisan sekeliling 1 Μm, menunjukkan permukaan licin dalam semua spesimen.

Pada selesai ujian tarik-off, dolly dan substrat patah permukaan ditunjukkan dalam Rajah 4. Dalam satu ujian bon pull-off, empat mod kegagalan yang mungkin termasuk: (1) rehat lekatan antara lapisan dan substrat keluli yang, (2) menikmati perpaduan dalam lapisan lapisan, (3) menikmati gam, dan (4) rehat campuran atau combi yang- bangsa dan rehat di atas di pelbagai locations.17

lapisan enamel mempunyai mod kegagalan bercampur di- volving seketika dalam lapisan (rehat yang padu) dan berehat di gam digunakan untuk bon dolly untuk spesimen. salutan epoksi juga mempunyai mod kegagalan campuran melibatkan seketika dalam lapisan (rehat yang padu), berehat di antara lapisan dan keluli substrat (rehat pelekat), dan seketika gam. Tiada rehat pelekat untuk lapisan enamel kerana mata anchor pada antara muka meningkatkan ikatan antara lapisan enamel dan keluli substrat seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3. Secara khusus, lapisan enamel GP2118 mempunyai kekuatan ikatan yang paling tinggi dengan nilai purata 17.89 MPa, salutan epoxy mempunyai kekuatan ikatan yang paling rendah 8.01 MPa, dan T-001 lapisan enamel mempunyai kekuatan ikatan 16.85 MPa.

angka 5(yang) dan (b) mewakili Magni morfologi permukaan fi ed patah seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4(a2) dan (b2), masing-masing. Apabila dolly itu ditarik dari spesimen bersalut pada sudut kanan, retak dimulakan dan disebarkan Luas gelembung udara dalam masa kot- ING di bawah beban yang semakin meningkat. angka 6(yang) dan (b) Tunjukkan imej SEM Untuk keratan rentas ThE SPE diuji- cIMEnS Dalam kawasan segi empat tepat RAJAH 4(a2) dan (b2), masing-masing. Permukaan patah daripada spesimen biasanya licin dengan minimum kekal lapisan ketebalan kira-kira 70 mikron dan
40 mikron Untuk GP2118 dan T-001 enamel, masing-masing. Berbanding dengan angka 3, angka 6(yang) dan (b) Menunjukkan bahawa permukaan patah berada jauh daripada mereka lapisan ikatan sama pada antara muka enamel / substrat dan melalui Lapisan paling lemah bersambung gelembung udara besar dalam salutan kerana kepatuhan enamel pada permukaan keluli adalah kimia diperkukuhkan dengan pertumbuhan zarah Epitaxial Spinel dalam enamel semasa tindak balas kimia dalam ThE ProcESS.16 fi cincin