Антикоррозийная защита наземных стальных резервуаров

• Виды коррозии и факторы её развития

• Коррозия стальных РВС. Необходимость защиты

• Установленные нормы антикоррозионной защиты РВС

• Методы защиты стальных резервуаров

• Защита от коррозии на этапах проектирования, монтажа и эксплуатации

• Каким должно быть антикоррозионное покрытие

• Сроки службы антикоррозионных покрытий резервуаров

• Почему антикоррозионная защита резервуаров FLAMAX особенная

Виды коррозии и факторы её развития

Металлы вступают в реакцию со средой, в результате чего происходит окисление. На поверхности материала образуется оксидная плёнка. Если при окислении металл покрывается плотной плёнкой, то она защищает материал от последующего распространения коррозии. Например, такой результат достигается при контакте кислорода с алюминием и цинком. Если образуется пористая плёнка, например, как на железе, то окисление продолжается и постепенно разрушает металл.

Защитная плёнка должна быть: сплошной, инертной к внешней среде, твёрдой, износостойкой, без пор, иметь плотное сцепление с поверхностью металла.

Коррозию разделяют по:

• типу агрессивных сред,

• условиям протекания,

• по характеру разрушения,

• по виду,

• по механизму процесса коррозии: химическая и электрохимическая.

Химическая коррозия проходит без участия электрического тока. Коррозионная среда окисляет поверхность металла и одновременно восстанавливается.

Химическую коррозию, в свою очередь, делят на:

• газовую, которая происходит при влажности не более 0,1 % и высоких температурах;

• протекающую при контакте с жидкостями-неэлектролитами.

Растворы неэлектролитов в чистом виде инертны с металлами. Попадание примесей в состав запускает активный коррозионный процесс, а увеличение температуры усиливает разрушение материала.

Присутствие влаги превращает химическую коррозию в электрохимическую.

Электрохимическая коррозия — процесс разрушения металлов под влиянием электролитической среды, то есть любой среды, проводящей ток: почва, вода, атмосферное воздействие.

При контакте с электролитом начинается постепенное разрушение атомных связей металла. Процесс проявляется как ржавчина. Она возникает на поверхности и распространяется по всей площади изделия, например, стального резервуара.

Если не предотвратить дальнейшее разрушение, то распад атомных соединений продолжится. Это приведёт к выходу металлического оборудования из строя и аварийным ситуациям.

Как и в случае с химической коррозией, электрохимическая усиливается при влиянии примесей, поэтому ржавчина активно развивается в загрязнённых электролитических растворах и газовой среде.

Коррозия стальных РВС. Необходимость защиты

Коррозия поражает корпус резервуара как изнутри, так и снаружи. На интенсивность распространения ржавчины влияет ряд факторов, в том числе атмосфера. Например, в промышленных районах и возле морской воды процесс коррозии протекает активнее.

Климатические условия эксплуатации ёмкости зависят от региона, в котором она установлена. Даже в засушливом климате резервуары подвержены влиянию влаги. Вода в виде осадков, воздух и его агрессивные частицы становятся причиной коррозии внешних поверхностей конструкции.

Ржавление внутри резервуара образуется из-за конденсата, а также контакта хранимого вещества с металлом. В случае с нефтепродуктами повышенная коррозийная активность возникает из-за подтоварной воды и примесей в составе нефти.

Резервуары в большей мере подвержены электрохимической коррозии. Выделим её внешние и внутренние факторы развития.

Внешние:

1. Химический состав среды влияет на степень разрушения.

2. Высокая температура способствует ускоренному окислению.

3. Наличие свободного тока влияет на сопротивляемость металла.

Внутренние:

1. От состояния поверхности металла зависит вероятность развития коррозии. Шлифованные гладкие поверхности в меньшей степени подвержены ржавлению, так как на них не скапливается грязь и осадки.

2. Показатель термодинамической устойчивости определяет вероятность появления ржавчины и скорость её распространения.

3. Дефекты кристаллической структуры металла уменьшают его коррозионную стойкость.

4. Металлы с гетерогенной структурой и разной величиной зерна, то есть с неоднородным строением и разными объёмами кристаллов, менее устойчивы к коррозии.

Разрушение материала, вызванное химической и электрохимической средой в совокупности с механическим напряжением, называют механохимической коррозией.

Учитывая эти факторы, металлические конструкции, в том числе пожарные стальные резервуары, нуждаются в антикоррозионной защите.

Установленные нормы антикоррозионной защиты РВС

Резервуары должны быть защищены от коррозии согласно:

• СП 72.13330.2016 Защита строительных конструкций и сооружений от коррозии. СНиП 3.04.03-85 (с Изменением N 1),

• СТО 0048-2005 Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для хранения жидких продуктов. Правила проектирования, 

• СП 28.13330.2017 Антикоррозийная защита строительных конструкций. Актуализированная редакция СНиП 2.03.11-85 (с Изменениями №1).

• Правила антикоррозионной защиты резервуаров РД-05.00-45.21.30-КТН-005-1-05.

Устойчивость к коррозии достигается благодаря внутренней и внешней защите корпуса и сварных соединений согласно ГОСТ 3242-79 «Соединения сварные. Методы контроля качества».

Методы защиты стальных резервуаров

Защита металлоконструкций базируется на:

• повышении стойкости металла к коррозии;

• влиянии на агрессивную среду;

• исключения прямого контакта поверхности резервуара со средой;

• регулировании электродного потенциала ёмкости.

Выделяют три основных метода защиты от коррозии: конструкционный, активный и пассивный.

Защитные покрытия, в зависимости от способа выполнения, относятся к конструктивному или пассивному методу. Они производятся с помощью металлического или неметаллического состава.

Металлическая обработка делится на два вида:

1. Горячедиффузионное покрытие наносится механо-физическими способами с использованием паров солей или расплавленного металла. К этому виду обработки относят диффузионное, горячее, плакировочное, металлизационное покрытия.

2. Гальваническое покрытие наносится электрохимическим методом. При этом важно учитывать совместимость металлов. Основной способ защиты стали от коррозии — цинкование, который придаёт металлу высокую стойкость к ржавлению и отличается небольшой ценой.

Неметаллическая обработка изделий делится на два вида покрытий:

1. Неорганические покрытия, которые наносятся химическим и электролитическим методами — оксидные, фосфатные, эмалевые.

2. Органические — лакокрасочные, битумные, полимерные.

Таким образом, покрытия могут повышать стойкость к коррозии и изолировать металлоконструкцию от агрессивной среды.

Чтобы повысить стойкость, сплав подвергают температурной обработке и легированию. Оба способа относятся к конструкционному методу, они направлены на изменение свойств металла.

Термообработка делает структуру металла однородной. При легировании в состав материала добавляют элементы, повышающие его коррозионную стойкость. Например, для получения нержавеющей стали используют хром. Его содержание в сплаве — свыше 12 %.

Антикоррозионные свойства металла повышают с помощью добавок, выполняющих одну из трёх функций:

1. Образование защитной плёнки на поверхности сплава.

2. Уменьшение катодной активности сплава.

3. Уменьшение анодной активности сплава.

Чтобы добиться антикоррозионных свойств, используют поверхностное легирование: на защищаемый металл наносят коррозионностойкий материал. Также применяется удаление из сплава вредных примесей пирометаллургическим, электролитическим, химическим способами.

Конструкционный метод включает в себя не только работу с металлом, но и применение прокладок, клея, герметика во время монтаж конструкции.

Электрохимическая коррозия — основной вид самопроизвольного разрушения наземных резервуаров, поэтому требует специальных мер защиты. Применяют катодный, протекторный, анодный способы борьбы с коррозией. Они относятся к активному электрохимическому методу защиты.

При катодной защите к резервуару подключают внешний источник тока. Его отрицательный заряд подсоединяется к ёмкости, а положительный — к анодному электроду, расположенному в почве. Сдвиг потенциала в отрицательную сторону ослабляет аноды, ответственные за коррозионный процесс. На катодных участках происходит восстановление окислителя. Это замедляет коррозию внешней поверхности резервуара. Катодная защита используется для металлов, не склонных к пассивации — переходу в неактивное состояние.

Чтобы выполнить протекторную защиту, которую также называют гальванической, к резервуару присоединяют более электроотрицательный металл. Он выступит в роли анода и будет подвергаться постепенному коррозионному разрушению. Способ используется при отсутствии внешнего источника тока.

Анодная защита применяется для металлов, склонных к пассивации. Как и в случае с катодной защитой, может использоваться внешний источник тока. К ёмкости, выступающей в роли анода, подсоединяют положительный заряд, отрицательный подключают к вспомогательному катодному электроду. Потенциал металлоконструкции смещается в положительную сторону. На поверхности образуется защитная плёнка, сдерживающая коррозию.

Анодная защита, как и катодная, может выполняться без внешнего источника тока. В этом случае к ёмкости в качестве вспомогательного электрода подсоединяется благородный металл.

Пассивный метод — развитию коррозии препятствуют нанесённые на поверхность металла покрытия.

Пассивный метод защиты выполняется несколькими способами:

1. На поверхность металлоконструкции наносят жидкое диэлектрическое вещество: краски, лаки и т.д., образующие защитные плёнки.

2. Применение окислителей, которые также называют пассиваторами. Вещества образуют защитную плёнку на поверхности металла. Она обеспечивает высокую адгезию лакокрасочным покрытиям, поэтому первый и второй способ можно использовать совместно. Применение окислителей неэффективно для высоколегированных сталей.

Эмалевые покрытия образуются при напылении стёкла на металлическую поверхность. Для этого способа коррозионной защиты используется фритта — стекловидные гранулы, получаемые при плавлении двуокиси кремния, титана, натрия, калия и других элементов, которые быстро охлаждаются после получения однородного расплава. Фритту вместе с суспензирующими добавками и водой перемалывают до образования пастообразной массы.

Эмаль наносят, в основном, мокрым методом: распыляют на поверхность металла или окунают в состав, после чего подсушивают и обжигают в печи при 750–850 °С.

Полученное покрытие устойчиво к химическим веществам, устойчива к износу, но не предназначено для перепада температур и не выдерживает ударных нагрузок.

Лакокрасочные материалы изолируют металл от коррозионной среды и снижают интенсивность электрохимической коррозии. Могут быть пассивирующими, изолирующими и с ингибиторами коррозии в составе. ЛКМ делятся на:

1. Основные — краски, лаки, эмалевые краски, шпаклёвки, грунтовки.

2. Промежуточные — растворители, разбавители, сиккативы, олифы.

3. Вспомогательные материалы — мастики, пасты, смывки, отвердители.

Грунтовка используется для предварительной обработки поверхности: обеспечивает высокую адгезию, усиливает защиту ЛКМ.

Краски состоят из связующего и суспензии минеральных пигментов. После высыхания образуется непрозрачное покрытие.

Лаки содержат растворитель и смолы, которые после высыхания образуют упругую плёнку. Материал, кроме битумного лака, создаёт прозрачное покрытие. Не содержит пигментов.

Эмалевые краски, состоящие из пигментов, лаковой плёнкообразующей основы, промежуточных и вспомогательных наполнителей. После высыхания образуют более прочное, чем у красок, покрытие.

Шпаклёвка применяется для удаления дефектов. Это пастообразный состав, придающий поверхности равномерную фактуру.

В зависимости от вида связующего ЛКМ используют масляные, алкидные, эпоксидные, акриловые и полиуретановые составы. В качестве пигментов используют искусственные минеральные вещества, металлические порошки, нерастворимые органические вещества.

Масляные составы выполняются на основе олифы или других масел. ЛКМ теряет защитные свойства при перепадах температур и выцветает под ультрафиолетом. Образованное покрытие имеет низкую коррозионную стойкость: металл может ржаветь под покрытием.

Алкидные ЛКМ образуют эмалевый слой, устойчивый к температурным перепадам и осадкам. Они создавались для обработки металла. Однако состав горючий и токсичный, трескается под действием солнечных лучей.

Акриловые краски разводятся водой, которая приводит к ржавлению. Чтобы предотвратить этот процесс, в составе ЛКМ есть нейтрализующие вещества. В результате образованное покрытие показывает высокую коррозионную стойкость. Акриловые составы быстро высыхают и относятся к нетоксичным. Полученная плёнка устойчива к температурным перепадам и способно прослужить до 10 лет. Однако покрытие не рассчитано на температуры свыше 80 °C.

Эпоксидные составы обладают высокой адгезией к стали, стойкостью к химическим веществам, выдерживают температуры до -60 °C. Краска может прослужить 10–15 лет. К недостаткам относят двухкомпонентный состав, токсичность и неустойчивость к ультрафиолету. Для внутренней поверхности резервуаров могут применяться эпоксидные составы, усиленные стекловолокном.

Полиуретановые краски синтезируются на основе алкидных ЛКМ. Как и эпоксидные, отличаются хорошей адгезией, устойчивостью к кислотам и щелочам. Водно-дисперсионные полиуретановые краски безопасны для здоровья. Отличаются высокой стоимостью.

Способы комбинируют для достижения максимальной защиты от коррозии. Например, неорганические покрытия могут применяться для повышения защитных свойств гальванических покрытий. 

Выбор покрытия будет зависеть от назначения резервуара, марки стали, хранимого вещества и климатических условий.

Защита от коррозии на этапах проектирования, монтажа и эксплуатации

На стадии проектирования ёмкости подбираются методы защиты от коррозии. Принятое решение зависит от типа хранимого продукта, условий и сроков эксплуатации резервуара.

Ёмкость проектируется таким образом, чтобы:

1. отсутствовали застойные зоны — участки металлоконструкции, в которых скапливается влага;

2. обеспечить доступ внутрь резервуара и к защищаемой от коррозии поверхности;

3. обеспечить безопасность технических и ремонтных работ.

Для подверженных ржавлению мест, недоступных по окончанию монтажа, применяются долгосрочная защита или прибавка толщины металла для компенсации коррозии.

Конструкция и её элементы должны соответствовать требованиям РД16.01-60.30.00-КТН-026-1-04 и ПБ-03-605-03.

Ремонт и строительство пожарных ёмкостей проводятся в соответствии с проектом при помощи указанного оборудования и инструментов. Крепление и установку монтажно-ремонтных приспособлений выполняют так, чтобы не повредить покрытие металлических деталей ёмкости.

Перед устройством защиты РВС от коррозии должны быть выполнены требования, указанные в «Акте о готовности резервуара к проведению работ по антикоррозионной защите», в том числе проведены гидравлические испытания согласно РД16.01-60.30.00-КТН-026-1-04.

Внешнее и внутреннее покрытия, препятствующие ржавлению, не должны быть повреждены во время эксплуатации ёмкости, чтобы сохранить коррозионную стойкость РВС.

Резервуарам для хранения воды питьевого запаса, согласно санитарным нормам, требуется периодическая очистка. Со стенок ёмкости удаляют налёт, избавляются от осадка на дне. Очистка может понадобиться при появлении бактерий, грибка, токсинов. Она проводится в два этапа:

1. Механический

2. Дезинфекционный.

Чтобы не нарушить антикоррозионный слой, обработку внутренней поверхности проводят моющими составами на основе хлора. По завершению работ ёмкость промывают водой под давлением.

Для очистки нефтяных РВС используют агрессивные растворители. При работе с подобными составами необходимо соблюдать безопасность.

После очистительных мероприятий из наполненного питьевой водой резервуара берут 2–3 пробы на анализ для контроля согласно правилам СанПиН 2.1.4.1074-01 и СанПиН 2.2.4-171-10.

Кроме растворов, в зависимости от типа хранимого вещества, для очистки применяется:

1. Горячий водяной пар — с его помощью разжижают осадок. Пар подаётся в закрытый резервуар через люк, расположенный на крыше. На стенках и днище образуется конденсат, температура которого не должна превышать 60 °C согласно РД-05.00-45.21.30-КТН-005-1-05. Для эффективного удаления загрязнений нижнюю часть РВС подогревают. 

2. Струя воды под давлением, которая разрушат налёт и вымывает его из ёмкости. Очистка проводится с помощью ручных или автоматизированных головок, помещённых в резервуар. Используют в основном для топливных ёмкостей.

3. Размытие горячей нефтью происходит в закрытых резервуарах. Углеводородная жидкость подаётся под давлением, растворяя отложения, после чего её откачивают. На следующем этапе нефть очищают от примесей и повторяют процесс ещё раз. 

Каким должно быть антикоррозионное покрытие

Необходимый уровень защиты стального резервуара от коррозии достигается благодаря характеристикам покрытия.

Свойства внутренней защиты:

• Устойчивость к хранимому продукту.

• Высокая адгезия к металлу, грунтовке.

• Инертность к содержимому в резервуаре веществу.

• Стойкость к растрескиванию

• Покрытие не должно влиять на консистенцию и состав продукта.

• Совместимость деформаций с корпусом резервуара при заполнении и опорожнении. 

• Покрытие ёмкостей с понтонами и плавающими крышами должно быть долговечным, износостойким на истирание.

• Сохранять указанные свойства в расчётном диапазоне температур, 

• Совместимость с электрохимической защитой, технологичность.

• Соответствие требованиям электростатической искробезопасности. 

Свойства наружной защиты

В качестве покрытия используют лакокрасочные материалы. Составы, нанесённые на внутреннюю часть резервуара, должны быть инертны по отношению к хранимому продукту. К внешним покрытиям применяют требования, указанные в ГОСТ 896-69: ЛКМ должны быть светлого тона и обладать светоотражательной способностью более 98%.

Условия применения покрытий на конструкциях из стали и алюминия указаны в приложении 15 СНиП 2.03.11-85. Выбор покрытия будет зависеть от агрессивности среды и срока эксплуатации металлоконструкции.

Сроки службы антикоррозионных покрытий резервуаров

Долговечность покрытия определяется временем, которое прослужит защита до её первого капремонта.

Срок службы ЛКМ от коррозии зависит от:

• Системы окраски;

• Конструктивного решения;

• Состояния поверхности;

• Подготовки поверхности;

• Стандарта работы нанесения;

• Условий нанесения покрытия;

• Уровня воздействий среды после нанесения.

Согласно ISO 12944, первые ремонтные работы по окрашиванию проводятся, когда степень ржавления достигает значения Ri 3 по стандарту ISO 4628. Ri — сквозная или видимая подплёночная коррозия. При значении Ri 3 ржавчиной покрыт 1% поверхности.

Используемые наружные ЛКМ для резервуаров рассчитаны на срок службы 10–20 лет. Чтобы выбрать лакокрасочный материал, нужно учесть остаточный ресурс эксплуатации, то есть срок безопасной работы РВС и его элементов в соответствии с РД-08-95-95.

Внутренние покрытия рассчитаны на срок службы более 20 лет. Например, такой долговечность отличается защита, армированная стекломатами. Выбор ЛКМ также основывается на остаточном ресурсе эксплуатации. Для его определения проводят диагностику.

Внутренние и наружные ЛКМ, прошедшие испытания, приведены в РД-05.00-45.21.30-КТН-005-1-05 «Приложении И». В руководящем документе также указаны технические требования к покрытиям резервуаров.

Корректный выбор лакокрасочных материалов и соблюдение правил нанесения покрытия позволяет достичь продолжительного срока службы и требуемого уровня защиты.

Необходимо контролировать состояние антикоррозионных покрытий. Наружное осматривают не реже чем 1 раз за 5 лет, внутреннее — 1 или более раз за 10 лет.

Несоблюдение правил подготовки металла к покрытию и неправильное нанесение состава приводит к дефектам и коррозии. Например:

• Если не очистить поверхность от конденсата или частиц другого металла, образуется вспышечная ржавчина. Она отличается молниеносным появлением.

• Также поверхность резервуара должна быть очищена от солей, жиров и пыли, которые приводят к образованию пузырей, дефекта «рыбий глаз» на покрытии, а также ухудшают адгезию ЛКМ к металлу.

• Несоблюдение климатических условий нанесения приводит к пористой структуре покрытия, в результате чего ЛКМ теряет свою эффективность.

• К пузырению и растрескиванию может привести несоблюдение времени межслойной сушки.

Почему антикоррозионная защита резервуаров FLAMAX особенная

Сборные стальные резервуары FLAMAX, в отличие от стандартных РВС, монтируются без сварки. Чтобы обеспечить герметичность конструкции, используется прочная ПВХ-мембрана. Применение этого материала — первое техническое решение, которое обеспечивает антикоррозионную защиту.

Мембрана крепится к верхнему поясу стенки ёмкости, удерживая воду, как в мешке. ПВХ-материал исключает контакт металла с жидкостью, поэтому стальной сплав не окисляется под влиянием влаги.

Резервуар монтируется из стальных листов горячеоцинкованного проката. Детали предварительно очищают и обрабатывают, после чего погружают в расплавленный цинк при температуре 460 °C. Цинк проникает в кристаллическую решётку стали, в результате диффузии образуется металлический сплав. Внешний слой покрытая остаётся чистым цинковым. Когда деталь вынимают, происходит реакция окисления, в результате которой образуется плёнка карбоната цинка.

Описанный метод — второе техническое решение, предотвращающее образование коррозии под действием влаги и кислорода. Горячее цинкование увеличивает стойкость металла к ржавлению в 5–7 раз, обеспечивает электрохимическую защиту, полученное покрытие может прослужить до 60 лет.

Покрытие способно восстанавливаться. При повреждении оксидной плёнки металл окисляется, образуя новый защитный слой. Этот же процесс происходит, если было удалено верхнее цинковое покрытие. Полученный в ходе диффузии сплав содержит достаточно цинка для восстановления защитного слоя.

Оцинковку проходят узлы резервуара, контактирующие с хранимой водой противопожарного запаса. В ёмкостях для питьевой воды узлы изготавливают из нержавеющей стали.

Благодаря конструкции резервуаров FLAMAX и антикоррозионным мерам срок эксплуатации ёмкостей составит более 25 лет при своевременном обслуживании и правильном использовании.

Заключение

Коррозионная защита продлит срок службы, позволит избежать аварийных ситуаций и финансовых потерь. Кроме выхода оборудования из строя, несоблюдение требований к коррозионной защите может стать причиной негативного воздействия на людей, а также экологических катастроф. Например, при развитии ржавчины в резервуарах питьевого запаса или нефтяных ёмкостях.

Высокий уровень коррозионной стойкости достигается при использовании нескольких методов защиты. Они подбираются согласно РД-05.00-45.21.30-КТН-005-1-05, с учётом факторов образования ржавчины, характерных для:

• выбранной конструкции резервуара,

• климатической зоны расположения ёмкости,

• уровня агрессивности среды,

• типа хранимого вещества. 

Распространённое комбинированное решение — совместное применение пассивной и электрохимической защиты. Тем не менее покрытие требует ремонта, также нужна замена вспомогательного электрода или протектора при его разрушении.

Альтернативными методом борьбы с коррозией является внутренняя изоляция с помощью полимерных тканей. Они исключают контакт поверхности резервуара с хранимым продуктом. Этот способ стал частью инновационного решения FLAMAX: сборно-разборных резервуаров с ПВХ-мембраной. Конструкционные особенности ёмкостей помогли достичь высокой коррозионной стойкости и длительного срока службы.