Открытое акционерное общество "Уралкалий" Лаборатория испытания калия (ЛИК)
618419, г. Березники, Пермской обл. тел. (34242) 95-660, факс 95-347

Оборудование галлургического производства эксплуатируется в условиях среднеагрессивных сред, когда скорость коррозии металла превышает 0,5 мм/год (данные 1992 г, представленные ВНИИГом г. Перми). Ограниченное применение легированных сталей приводит к увеличению объемов изготовления из углеродистой стали с последующей защитой его химически стойкими неметаллическими материалами. Наиболее эффективным и доступным способом борьбы с коррозией металла является нанесение на его поверхность лакокрасочных покрытий.

1. Цель работы

Проведение данной работы вызвано необходимостью подбора антикоррозийных покрытий для защиты внутренней поверхности резервуаров, заполняемых горячими растворами солей хлоридов K и Na. Таковыми являются резервные баки на фабрике БПКРУ-4 поз. Б-517-8 и поз. 4.2-2F01.

2. Техническое описание

a) Технические характеристики бака Б-517-8

• Объем – 320 м²
• Диаметр – 7580 мм
• Высота – 7450 мм
• Толщина металла 8 мм
• Материал – углеродистая сталь
• Температура эксплуатации до 80°С
• Рабочая среда – маточный щелок

ПРИМЕЧАНИЕ: На момент пуска в эксплуатацию вертикального резервуара поз. Б-517-8 была выполнена следующая защита. (91-92 гг.)

По днищу – футеровка кислотоупорным кирпичом по стеклоткани на эпоксидно-бакелитовым связующем; по стенке – футеровка кислотоупорным кирпичом по стекло-ткани на высоту 30 см; остальная вертикальная поверхность 4 стеклоткань на эпоксидно-бакелитовом связующем.

b) При обследовании состояния внутренней поверхности бака поз. Б-517-8 в сентябре 2002 г. установлено, что защита сохранялась в удовлетворительном состоянии только по днищу, на стенах защита отсутствует, металл покрыт толстым слоем пластовой ржавчины.

3. Подготовка к испытаниям

3.1. Краткая характеристика полимерных материалов выбранных для испытаний.

а) Эпоксидные смолы обладают твердостью, водонепроницаемостью, химстойкостью и другими ценными защитными свойствами. Однако в чистом виде они не применяются по ряду технологических и экономических причин, поскольку имеют повышенную вязкость, высокий коэффициент температурного расширения, низкие деформации; неудовлетворительную адгезию, хрупкость и высокую стоимость. Для снижения стоимости и придания эпоксидным смолам необходимых свойств (повышение термостойкости и уменьшения хрупкости) их модифицируют, т.е. вводят пластификаторы, отвердители, наполнители, пигменты или совмещают с другими пленкообразующими, что еще более расширяет возможности их применения.

В данной работе нами были подобраны две схемы защитных покрытий на основе эпоксидной смолы ЭД-20, модифицированной термостойкими материалами:

• ОС-12-03 (завод изготовитель им. Морозова, Ленинградской области) температурный диапазон эксплуатации от –60 до +300°С (схема 1);
• Бакелитовым лаком – температура эксплуатации более 100°С с добавкой алюминиевой пудры для придания композиции тиксотропных свойств (схема 2).

ПРИМЕЧАНИЕ: Соотношение компонентов указано в п.3.2.

б) В антикоррозийную группу "ЛИК" ОАО "Уралкалий" поступила опытная партия лакокрасочного материала "Унипол", производитель ООО "НПК "Коррзащита" г. Москва. Грунт-эмаль СБЭ-111 "Унипол" "марки "Б" (схема 3) предназначена для защиты от коррозии металлоконструкций и оборудования из низкоуглеродистой, оцинкованной и нержавеющей сталей, алюминия и его сплавов, работающих в агрессивных средах (складских помещениях, транспорта для перевозки минеральных удобрений, трубопроводов, контейнеров, водосточных желобов, резервуаров и крыш) при температуре от минус 10°C до плюс 100°С.

3.2. Схема защитных покрытий

Схема № 1:

• ОС-12-03 + ЭД-20 – 2 слоя
• В соотношении 70 в.ч. : 30 в.ч.

Схема № 2:

• Эпоксидно-бакелитовая композиция – 1 слой
• Эпоксидная смола и бакелитовый лак в соотношении 1:1
• Отвердитель ПЭПА – 6% к весу смолы
• Уротропин – 4% к весу бакелитовому лаку

Схема № 3:

• Грунт-эмаль СБЭ-111 "Унипол" - 2 слоя

3.3. В качестве подложки были использованы металлические пластины из стали Ст.3, размером 70х20х2 мм. Поверхность опескоструена до степени "2" ГОСТ 9.402-80. Нанесение покрытий производилось при t=20±2°C с последующей сушкой в течение 7 суток в тех же условиях.

4. Проведение испытаний

Проведение лабораторных испытаний по ГОСТ 9.083-78 "Покрытия лакокрасочные. Метод ускоренных испытаний на долговечность в жидких агрессивных средах". Метод испытаний заключается в выдерживании образцов в агрессивных средах калийного производства: насыщенном растворе солей KCl и NaCl, серной кислоте 25%, воде с последующей визуальной оценкой стойкости покрытия по изменению декоративных и защитных свойств. При этом сравниваются внешний вид покрытия до и после испытаний: изменение цвета, появление пузырей, сыпи, трещин; адгезия защитной пленки к металлической подножке, состояние металла под покрытием. Результаты визуального осмотра занесены в таблицу 1.

Определение адгезии: Адгезию определяли по методу решетчатых надрезов в соответствии с ГОСТ 15140-78. Сущность метода заключается в нанесении на лакокрасочное покрытие решетчатых надрезов и оценке по четырех бальной шкале (1 балл – отслаивание не наблюдается; 4 балла – отслаивание более 35%).

5. Результаты испытаний

5.1. В результате осмотра образцов после испытаний в воде при t=80°С отмечается:

• Схема №1 – незначительное изменение цвета, адгезия 3 балла (отслоение покрытия менее 35% от площади решетки) неудовлетворительная адгезия из-за хрупкости покрытия.
• Схема №2 – изменение цвета, появление пузырей, адгезия 4 балла (полное отслаивание от металла) аналогично предыдущему, хрупкость покрытия.
• Схема №3 – изменение цвета, углубление кратеров, но не до металла, адгезия 1 балл (отслоение отсутствует).

5.2. Состояние покрытий после испытаний в кислоте H₂SO₄ 25% при t=+60°С

• Схема №1 –значительное изменение цвета, выпадение пигмента у поверхностного слоя – меление, адгезия 2 балла (отслоение менее 5% площади решетки).
• Схема №2 – незначительное изменение цвета, адгезия 4 балла.
• Схема №3 – незначительное изменение цвета, адгезия 1 балла.

5.3. Состояние покрытий после испытаний в растворе солей при t=+80°С.

• Схема №1 – изменение не наблюдается, адгезия 2 балла.
• Схема №2 и №3 – незначительное изменение цвета, адгезия 1 балл.

По состоянию металла под защитными пленками можно сделать вывод, что все три покрытия являются непроницаемыми для воды, кислоты, щелока, т.к. металл под пленками после испытаний светлосерого – серебристого цвета без продуктов коррозии.

6. Выводы

На основании полученных результатов можно сделать вывод, что покрытия на основе эпоксидной смолы ЭД-20 являются химстойкими и достаточно термостойкими в растворе солей (до 80°С). Модифицирование органно-силикатной краской или бакелитовым лаком не в полной мере способствует повышению эластичности смолы и соответственно не улучшает адгезию эпоксидных композиций к металлической поверхности.

Представляет интерес испытать данные покрытия после введения в них пластификатора из ряда дибутилфталатов. Новое покрытие грунт-эмаль "Унипол" отличается от эпоксидных материалов эластичностью, удовлетворительной адгезией, недостатком является наличие на поверхности покрытия кратеров, которые увеличиваются в воде при t= +80°С. Для того чтобы избежать нарушения сплошности покрытия, его необходимо наносить за несколько слоев, до толщины 400 мкм (рекомендация производителя).

Считаем возможным применение в опытно-промышленном порядке грунта-эмали "Унипол" для защиты резервуара на фабрике БПКРУ-4 поз. Б-517-8 толщина покрытия не менее 400 мкм.

Начальник антикоррозийной группы "ЛИК" Т.В. Вербицкая

Результаты лабораторных испытаний лакокрасочных материалов ОС-12-03+ЭД-20, эпоксидно-бакелитовая композиция, грунт-эмаль СБЭ-111 "Унипол"

Условия испытания:
Среда: вода
Температура, С°: 80±2
Продолжительность, ч: 96 (288)

Условия испытания:
Среда: Кислота H₂SO₄ 25%
Температура, С°: 60±2
Продолжительность, ч: 80 (16)

Условия испытания:
Среда: Маточный щелок
Температура, С°: 80±2
Продолжительность, ч: 80 (256)