Повышение адгезионной прочности и ресурса эпоксифенольных лакокрасочных покрытий нефтегазового оборудования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.01, кандидат технических наук Плугатырь, Валерий Иванович

• Плугатырь, Валерий Иванович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Плугатырь, Валерий Иванович

Введение.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР.

1.1. Адгезионный механизм защитных свойств покрытий.

1.2. Теории адгезии и экспериментальные методы исследования

1.3. Физико-химические основы регулирования адгезионной способности полимерных покрытий.

1:4. Факторы, определяющие адгезионную прочность и ресурс защитного покрытия.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОЧИХ СРЕД, ОБРАЗЦОВ

И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Ф 2.1. Характеристика рабочих сред.

2.2. Обоснование выбора защитного покрытия и характеристика объекта исследования.

2.3. Характеристика компонентов и материалов.

2.4. Экспериментальная установка.

2.5. Методы определения адгезии лакокрасочных покрытий.

2.5.1. Метод отслаивания покрытия от подложки.

2.5.2. Метод «грибков».

2.5.3. Метод решетчатых надрезов.

3. ПОВЫШЕНИЕ АДГЕЗИОННОЙ СПОСОБНОСТИ f СТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ К ЭПОКСИФЕНОЛЬ

НОМУ ПОКРЫТИЮ.

3.1. Анализ состояния стальной поверхности при нанесении лакокрасочных покрытий по общепринятой технологии

3.2. Влияние тепловой обработки стальной поверхности перед нанесением покрытия на адгезионную прочность.

3.3. Опытно-промышленная апробация тепловой подготовки стальной поверхности путем совмещения с термоабразивной

Л очисткой перед нанесением покрытия.

4. ПОВЫШЕНИЕ АДГЕЗИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ЭПОКСИФЕНОЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

К СТАЛЬНОМУ СУБСТРАТУ.

4.1. Изучение влияния модифицирования отвердителя на адгезионную прочность покрытий.

4.2. Влияние дисперсности кварцевого наполнителя на адгезионную прочность эпоксифенольного покрытия; к стальной поверхности.

4.3. Повышение адгезионной прочности эпоксифенольного ф покрытия модифицированием поверхности наполнителя.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕСУРСА ЭПОКСИФЕНОЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ И ПРОМЫШЛЕННАЯ АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1. Выбор методики расчета.

5.2. Результаты расчета и их обсуждение.

5.3. Промышленная апробация эффективности эпоксифеноль-ных покрытий в условиях подготовки и переработки природного газа.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение адгезионной прочности и ресурса эпоксифенольных лакокрасочных покрытий нефтегазового оборудования»

В связи с интенсивным развитием нефтегазовой отрасли, модернизацией устаревших и появлением новых технологических установок, работающих в весьма жестких, условиях, к используемому оборудованию и конструкционным материалам предъявляются высокие требования. Применение оборудования с покрытиями, защищающими его от воздействия рабочих сред является одним из основных направлений повышения ресурса оборудования.

В качестве защитных покрытий оборудования для процессов подготовки газа находят широкое распространение эпоксифенольные полимерные композиции. В некоторых случаях они не имеют альтернативы. Однако, наряду с комплексом ценных свойств, эти покрытия обладают недостаточно высокой сохранностью адгезионной прочности при длительном воздействии воды, водных растворов и эмульсий; присутствующих в составе рабочих сред, что приводит к снижению ресурса защитных покрытий и оборудования.

Процессы конкурентной адсорбции на поверхности металла под покрытием чрезвычайно сложны и зависят от многих факторов, в том числе от характера адгезионного взаимодействия материалов покрытия и стальной поверхности.

Изучению материаловедческих аспектов адгезионного взаимодействия на границе раздела фаз между покрытием и металлом посвятили свои работы А. А. Берлин, В. Е. Басин, В. JI. Вакула, JI. М. Притыкин, А. Д. Яковлевым. И. Карякина, И. JI. Розенфельд, Ф; И. Рубинштейн, Ю. А. Мулин, Ю. А. Паншин, Н. А. Явзина, Н. А. Гафаров, А. А. Гончаров, В. М. Кушнаренко, Л. С. Саакиян,

А. П. Ефремов, И. А. Соболева и др. Накоплен значительный экспериментальный материал, являющийся базой для развития теоретических представлений о механизме взаимодействия различающихся по своей природе материалов адгезива и субстрата. Определились общие подходы к решению проблемы повышения защитных свойств полимерных покрытий. Признано, что величина адгезионной прочности и ее стабилизация в процессе эксплуатации являются важнейшими факторами; определяющими ресурс защитного покрытия.

Таким образом, существует проблема повышения адгезионной прочности покрытий и ее стабилизации при длительном контакте с водой и водосодержащими средами.

Эпоксифенольные лакокрасочные покрытия, применяющиеся для защиты внутренних поверхностей металлического оборудования: и трубопроводов, имеют недостаточно высокие сроки защитного действия, при которых часто не обеспечивается безотказность работы нефтегазовых объектов. Повышение адгезионной прочности эпоксифе-нольных покрытий позволит увеличить сроки эксплуатации и эффективность использования оборудования, что имеет в условиях рыночной экономики первостепенное значение.

Целью диссертационной работы является исследование и повышение адгезионной прочности и ресурса эпоксифенольных лакокрасочных покрытий технологического оборудования на стадии подготовки природного газа с учетом воздействия воды и водосодержащих рабочих сред.

Заключение диссертации по теме «Материаловедение (по отраслям)», Плугатырь, Валерий Иванович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

По результатам диссертационной работы сделаны следующие основные выводы:

1. Использование тепловой обработки поверхности стальных изделий путем применения термоабразивной очистки от ржавчины и загрязнений и сокращение выдержки перед нанесением эпоксифенольных покрытий с 6 до 3 ч способствует удалению физически адсорбированной воды с поверхности изделий, повышению адгезионной прочности с 34 до 92 Н/м в интервале рабочих температур 293.353 К, что увеличивает долговечность покрытия с 10 до 29 мес.

21 Модифицирование полиаминного отвердителя непредельным соединением с тройной связью — фенилацетиленом — позволяет добиться* увеличения адгезионной прочности до 88 Н/м и долговечности до 20 мес. при традиционной технологии нанесения покрытия за счет появления новых адгезионных центров; в покрытии при добавлении свободных валентных связей модификатора;

3. Модифицирование наполнителей на основе кремнеземов органическими соединениями приводит к повышению адгезионной прочности до 62 Н/м и долговечности до 15 мес. при традиционной технологии нанесения покрытия за счет отвлечения из объема* композита и адсорбции на поверхности кремнезема низкомолекулярных фракций, снижающих адгезионную прочность к субстрату.

4. Результаты диссертационной работы апробированы на Оренбургском газоперерабатывающем заводе и показали высокую эффективность. Ресурс защитных покрытий в сероводородсодержащих водных электролитах повысился с 6.8 мес. до 2.2,5 лет.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Плугатырь, Валерий Иванович, 2004 год

1. Васин В. Е. Адгезионная прочность.— М.: Химия, 1981.— 208 с.

2. Белый В. А. и др. Полимерные покрытия.— М.: Наука и техника, 1976.—415 с.

3. Белый В. А., Егоренков Ю. М., Плескачевский Н. А. Адгезия полимеров к металлам.— Минск: Наука и техника, 1970.— 285 с.

4. Белый В. А. и др. Адгезия полимеров к металлам.— М: Химия, 1974.—288 с.

5. Берлин А. А., Басин В. Е. Основы адгезии полимеров.— М: Химия, 1974.— 392 с.

6. Беленький Е. Ф., Рискин И. В. Химия и технология пигментов.— Л.: Химия, 1974.— 656 с.

7. Биккерман А. О. II Успехи химии.— 1972.— Т. 41, вып. 8.— С. 2332.

8. Вакула В. Л., Притыкин Л. М. Физическая химия адгезии полимеров—М: Химия, 1984.—224 с.

9. Воловик Е. Л. Справочник по восстановлению деталей.— М.: Колос, 1981.—351 с.

10. Воронин И. В., Кондратов Э. К. Долговечность адгезионных связей полимерных покрытий // Лакокрасочные материалы и их применение.— 1991.—№ 1.—С. 25.

11. Воюцкий С. С. Аутогезия и адгезия высокополимеров.— М.: Росте-хиздат, 1960.— 244 с.

12. Габараева А. Д., Лексовский А. М., Орлов Л. Г. // Механика композитных материалов.— 1980.— № 1.— С. 16.

13. Гафаров Н. А., Гончаров А. А., Кушнаренко В. М. Коррозия и защита оборудования сероводородсодержащих нефтяных месторождений / Под ред. В. М. Кушнаренко.— М.: ОАО «Издательство «Недра», 1998.—437 с.

14. Гельберг Б. Т., Пекелис Г. Д. Применение пластмасс и клеев при ремонте оборудования.— М.: Химия, 1987.— 344 с.

15. Гершликовж И. Л., Ермилов С. П., Яковлев А. Д. и др. // Эпоксидные олигомеры и лакокрасочные материалы на их основе: Тез. Докл. Всесоюз. совещ. (Котовск).— Черкассы: НИИТЭХИМ, 1980.— С. 49.

16. Гоник А. А., Калимуллин А. А., Сафонов Е. Н. Защита нефтяных резервуаров от коррозии. — Уфа: РИЦ АНК «Башнефть», 1996. — 264 с.

17. Гоник А. А. Комплексная защита от коррозии нефтяных резервуаров по зонам агрессивного воздействия сероводородсодержащей среды // Практика противокоррозионной защиты.— № 5 (50) 2001.— С. 48.

18. Гоник А. А. Коррозия нефтегазопромыслового оборудования и меры ее предупреждения.— М.: Недра, 1976 — 191 с.

19. Горловский И. А. Повышение степени диспергирования—важнейший путь увеличения экономической эффективности производства и применения красок // Лакокрасочные материалы и их применение.— 1981.— № 3.— С. 55.

20. Григорьев В. Ш, Экилик В. В. Химическая структура и защитное действие ингибиторов коррозии.— Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского университета, 1978.—184 с.

21. Гуль В. ^. Структура и прочность полимеров.—М.: Химия, 1978.— 326 с.

22. Дерягин Б. В., Кротова Н. А., Смилга В. П. Адгезия твердых тел.—1. М.: Наука, 1973.— 263 с.

23. Дерягин Б. В. и др. Склеивание полимеров.— М.: Лесная промышленность, 1968.— 267 с.

24. Долгошеин В. В. И Лакокрасочные материалы и их применение.— 1989.—№ 1.—С. 44.

25. Дьяков В. Г., Шрейдер А. В. Защита от сероводородной коррозии оборудования нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.— М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1984.— 35 с.

26. Евтюков Н. 3. Стабилизация адгезии лакокрасочных покрытий в водных средах // Лакокрасочные материалы и их применение.— 1992.—№6.— С. 38.

27. Ермилов П. И. Диспергирование пигментов.— М.: Химия, 1971.— 300 с.

28. Ермилов П. И., Захарычев В. П. // Лакокрасочные материалы и их применение.— 1970.— № 6.— С. 79.

29. Ермилов П. И., Индейкин Е. А. Физическая химия пигментов и пигментированных материалов.— Ярославль: ЯПИ, 1979.— 80 с.

30. Ермилов П. И. Производство и использование пигментов — на новый технический уровень // Лакокрасочные материалы и их применение.— 1980.— № 4.— С. 69.

31. Защитные покрытия и футеровки на основе термопластов / Ю. А. Мулин, Ю. А. Паншин, Н. А. Бугоркова и др.— Л.: Химия, 1984. — 176 с.

32. Заиков Г. Е., Разумовский С. Д. Высокомолекулярные соединения.— 1981.— Сер. А, т. 23, № 3.

33. Звездин О. А., Трегуб В. Д. Контроль качества при производствепротивокоррозионных работ.— Киев: Буд1вельник, 1978.— 138 с.

34. Зимон А. Д. Адгезия пленок и покрытий.— М.: Химия, 1977.— 352 с.

35. Зубов П: И., Сухарев JI. А. Структура и свойства полимерных покрытий.— Mi: Химия, 19831— 256 с.

36. Каверинский В. С., Якунина Г. В., Ермилов П. И. // Лакокрасочные материалы и их применение.—1971.— № 3.— С. 21.

37. Карякина М. И. Механизм защитного действия лакокрасочных покрытий // Лакокрасочные материалы и их применение.— 1991.— № 6.— С. 49.

38. Корягин С. И. // Известия вузов «Машиностроение».— 1986.— №10.—С. 14.

39. Корягин С. И. // Вестник машиностроения.—1986.— № 1.— С. 31.

40. КорсунскийЛ. Ф., Школънинова Э: Н., Горохова Н. А. // Лакокрасочные материалы и их применение.— 1975.— № 5.— С. 10.

41. Кравцов В; В., Плугатырь В. И., Ахматдинов Д. /У. Влияние сорбционных свойств полимерных покрытий на их защитные свойства в сероводородсодержащих средах // Материалы- 54-й науч.-техн. конф.: Тез. докладов.— Уфа: УГНТУ, 2002;

42. Кравцов В. В., Плугатырь В. И., Красиков Д. В. Повышение водостойкости и адгезии лакокрасочных покрытий к стальным поверхностям // Новоселовские чтения: Материалы 2-й Междунар. науч.-техн. конф.— Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004.— С. 77.

43. Кравцов В. В., Плугатырь В: И. Ремонт поверхностных изъянов трубопроводов и оборудования с использованием полимерных композиций // Новоселовские чтения: Материалы-2-й Междунар. науч.-техн. конф.—Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004.— С. 72.

44. Красотина Т. С., Ермилов П. И., Малинина 71 И. Диспергирование неорганических пигментов в водорастворимых пленкообразующих системах // Лакокрасочные материалы и их применение.— 1978.— №6.— С. 16.

45. Кузнецов Ю. Н. II Лакокрасочные материалы и их применение.—1972.—№ 6.—С. 61.

46. Лапин В. С., Вольберг В. В. Контроль окрасочных работ в машиностроении.— М.: Высшая школа, 1984.— 199 с.

47. ЛейбзонЛ. Н., Ермилов П. И. Адсорбция и интенсивность диспергирования // Лакокрасочные материалы и их применение.— 1981.— № 1.— С. 14.

48. Липатов Ю. С., Фабуляк Ф. Г., Горичко В. В. // ДАН УССР, 1981. Сер. Б.— №1.— С. 38.

49. Липатов Ю. С., Шифрин В. В., Василенко О. И. Высокомол. соед.— 1985.— Т. А27, № 11.— С. 2314.

50. Липатов Ю. С., Файнерман А. Е., Анохин О. В. И ДАН СССР,1976.— Т. 231, №3.—С. 596.

51. Липатов Ю. С., Файнерман А. Е., Шифрин В. В. // ДАН СССР,1977.— Т. 234, № 3.— С. 596.

52. Липатов Ю. С. Коллоидная химия полимеров.— Киев: Наукова думка, 1984.

53. Липатов Ю. С. Физикохимия наполненных полимеров.— Киев: Наукова думка, 1968.— 376 с.

54. Липатов Ю. С. Физическая химия полимерных композиций.— М.: Химия, 1977.— 304 с.

55. Липатов Ю. С., Файнерман А. Е., Шифрин В. В.— ДАН СССР, 1977.— Т. 231, № 2.— С. 381.

56. Ли X., Невилл К. U Справочное руководство по эпоксидным смолам / Пер. с англ. / Под ред. Н. В. Александрова.— М.: Энергия, 1973. — 416 с.

57. Миренский Б. Лакокрасочные материалы и их применение.— 1976.—№2.—С. 5; 1981.—№2.—С. 1.

58. Огибалов П. М. и др. Механика полимеров.— М: Наука, 1975.— 528 с.

59. Перминов С. В. и др. Н Механика композитных материалов.— 1989.—№3.—С. 18.

60. Плугатырь В. И. Коррозия металлических конструкций и защитные покрытия в сероводородсодержащих средах.— М.: Химия, 2004.— 128 с.

61. Поверхностные свойстватвердых тел / Пер. с англ. / Под. ред. М. Грина.—М.: Мир, 1972.—456 с.

62. Прокофьева Т. А., Карякина М. П., Майорова Н. В. // Модификация свойств полимеров. — Рига: Зинатне, 1974.— С. 132.

63. Регель В. Р. и др. // Механика композитных материалов.—1987.— № 3.— С. 38.70: Рейбман А. И. Защитные лакокрасочные покрытия.— JL: Химия, 1982. —320 с.

64. Розенфелъд И. Л., Рубинштейн Ф. И. Антикоррозионные грунтовки и ингибированные лакокрасочные покрытия.— М.: Химия, 1980.— 200 с.

65. Саакиян Л. С., Ефремов А. П. Защита нефтегазопромыслового оборудования от коррозии.—М.: Недра, 1982;—227 с.

66. Саакиян Л. С., Ефремов А. П. Соболева И. А. Повышение коррозионной стойкости нефтегазопромыслового оборудования.— М.: Недра, 1988.—211 с.

67. Силебеков С. Е и др. Структура и свойства композиционных материалов.— М.: Машиностроение, 1979.— 255 с.

68. Санжаровский А . Т. Методы определения механических и адгезионных свойств полимерных покрытий.—М.: Наука, 1974.— 114 с.

69. Санжаровский А. Т. Физико-механические свойства полимерных и лакокрасочных покрытий.— М.: Химия, 1978.— 318 с.

70. Соколовская Б. М. и др. Физикохимия композитных материалов.— М.: МГУ, 1978.—265 с.

71. Сухарева Л. А., Иванова С. С., Зубов П. if. Исследование механизма структурообразования при формировании эпоксидных покрытий // Высокомолекулярные соединения.-— 1973.— Т. 15А, № 11.— С. 2506.

72. Сухарева Л. А. Долговечность полимерных материалов.-— М.: Химия, 1982. —256 с.

73. Сухарева Л. А., Иванова С. С., Зубов 77. /^. Влияние условий формирования покрытий на механизм кратерообразования // Коллоидный журнал.— 1973.—Т. 35, № 1.—С. 69.

74. Тишин С. А., Шипилевский Б. А., Тиимн В. А. и др. Адгезионные свойства эпоксидных полимеров в присутствии высокодисперсных кремнеземов с модифицированной поверхностью // Лакокрасочные материалы и их применение- 1991.— № 6.— С. 21.

75. Томашек М., Коутецкий Я. В кн.: Электронные явления в адсорбции и катализе на полупроводниках.— М.: Мир, 1969.— С. 71.

76. Тушинский Л. И., Плохое А. В. Исследование структуры и физикомеханических свойств покрытий.— Новосибирск: Наука, 1986.— 200 с.

77. Файнерман А. Е., Вологина Л. Н., Кулик Н. В. // Коллоидный журнал.— 1970.— Т. 32, № 4.— С. 620.

78. Финкелъштейн М. И. Промышленное применение эпоксидных лакокрасочных материалов.— JL: Химия, 1983. — 120 с.

79. Фрейдин А. С. Прочность и долговечность клеевых соединений.— М.: Химия, 1981.—272 с.

80. Чернин И. 3., Смехов Ф. М., ЖердевЮ. В. Эпоксидные полимерные композиции.— М.: Химия, 1982.— 230 с.

81. Чупеев М. А. и др. // Лакокрасочные материалы и их применение.— 1970.—№5.—G. 47.

82. Шепелевский Б. А., Мокшанов В. Н. //Атмосферостойкие лакокрасочные покрытия и прогнозирование сроков службы покрытий.— М.: МДНТП им. Ф. Э. Дзержинского, 1982.— С. 70.

83. Шигорин В. Г. // Защита металлов.— 1985.— Т. 21, № 1.— С. 80.

84. Шигорин В. Г., Волнистое А. Г., Марченко В. А. // Лакокрасочные материалы и их применение.— 1984.— № 1.— G. 38.

85. Шигорин В. Г., Полуэктова Л. А., Рудич В. И. и др. Водостойкие покрытия адгезионно-ингибирующего защитного действия // Лакокрасочные материалы и их применение.— 1992.— № 2.— С. 50.

86. Шигорин В. Г., Сорокин М. Ф., Оносова Л. А: и др. Адгезионные свойства эпоксидных покрытий, отвержденных модифицированными полиаминами // Лакокрасочные материалы и их применение.— 1992.—№ 5.—С. 32.

87. Якубович С. В. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий.— М.: Госхимиздат, 1962.— 480 с.

88. Яковлев А. Д., Куликов В. С. Влияние различных факторов на стабильность адгезии лакокрасочных покрытий в воде // Лакокрасочные материалы и их применение.— 1980.— № 6.— С. 22.

89. Яковлев А. Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий: Учеб. пособие для вузов.— Л.: Химия, 1981.— 352 с.

90. Якунина Г. В., Ермилов П. И., Говорова Г. Я. // Лакокрасочные материалы и их применение.— 1970.— № 4.— С. 9.

91. Wake W. //Theories of adhesion and use of adhesives polymer.— V. 19, №3.— P. 291.

92. Bikerman J. /. //Adhesion.— 1984.— V. 6, № 4.—P. 331.

93. Fowkes F. M. // Feccut, Advanced, Corden and Breach.— New-York, 1983.—P. 39.

94. Minford J. D. In: Durability of Structural Adhesives / Ed. A. J. Kinloch.— London: Applied Science Pub., 1983.— P. 135.

95. Butt R. /., Cotter J. L. J. Adhesion, 1976, v. 8, p. 11.

96. Brewis D. M., Comyn., Tredhwell S. T. // Int. J. Adhesion Adhesives.-— 1987.—V. 7.—P. 30.

97. Brockmann W. Structural Adhesives in Engineering. — London: Institute of Mechanical Engineering.— 1986.— P. 61.

98. Parker В. M. Proceedings of the International Conference on Jointing in Fibre Reinforced Plastics. — Guildford, Butterworths.— 1978.— P. 95.

99. Bow ditch M. R., Stannard К. U J. Composites — 1982.— V. 13.— P. 298.

100. Fabish T. J., Saltsburh H. M., Hair M.L. И J. Appl. Phys.— 1976.— V. 47, №7.—p. 42.

101. Lewis T. J// Polymer Surfaces. Chichester etc., Wiley.— 1978.—P. 65.

102. Prasad C.V., Sundaram К. I/ Intern. // J. Quantum Chem.— 1981.— V. 20, №3.-613.

103. Lipatov Yu. S. Feinerman A. E. //Adhesion.— 1974.— V. 6, № .— P. 165.