مقاومت در برابر خوردگی خط لوله API 5L فولادی با پوشش حفاظتی

پوشش برنامه لوله در چاه های گاز در دمای بالا
ژانویه 4, 2019
چگونه وزن نظری لوله های فولادی مارپیچ محاسبه شده است?
ژانویه 8, 2019

مقاومت در برابر خوردگی خط لوله API 5L فولادی با پوشش حفاظتی

چکیده

The خوردگی مقاومت مینای دندان-پوشش لوله های فولادی که در 3.5 محلول NaCl٪ وزنی با استفاده از پتانسیل مدار باز مورد بررسی قرار گرفت و در مقایسه با کسانی که از لوله پوشش اپوکسی, PO خطی- مقاومت larization, و spectros امپدانس الکتروشیمیایی- آزمون کپی. T-001ج دوغاب مینای دندان و پودر مینای دندان GP2118 در فرایندهای تر و الکترواستاتیک به لوله های فولادی پاشیده شد, به ترتيب. ترکیب فاز و ریزساختار از دو لعاب با پراش پرتو X و میکروسکوپ الکترونی روبشی مشخص شد (SEM). زبری سطح لعاب و استحکام باند خود را با بسترهای فولاد فی quanti به درک کیفیت پوشش بودند. تصاویر SEM نشان داد که هر دو نوع پوشش مینای دندان یک ساختار جامد با حباب جدا شده. آزمون الکتروشیمیایی مقاومت در برابر خوردگی بالا پوشش مینای دندان به عنوان veri فی اد در بازرسی بصری در نمونه های آزمایش شده نشان داد. به خصوص, نمونه مینا پوشیده شده GP2118 به طور مداوم عملکرد بهتری نسبت به نمونه های اپوکسی پوشش داده شده.

کلید واژه ها: خوردگی, طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی, پوشش مینای دندان, فولاد خط لوله, میکروسکوپ الکترونی روبشی

معرفی

گاز طبیعی, oil, و خطرناک انتقال و جمع آوری مایع خط لوله رسیده اند 484,000 miles in the U.S.1 Aging pipelines are faced with reduced
عمر و قابلیت اطمینان به عنوان یک نتیجه از خوردگی. آنها را می توان از خوردگی توسط پوشش های محافظ محافظت, حفاظت کاتدیک, و استفاده از بازدارنده های خوردگی. پوشش به عنوان یک مانع فیزیکی به الکترولیت penetra- روش یکی از روش های فی کافی موثر ترین و EF در کاهش خوردگی است.
هنگامی که در داخل به خطوط لوله فولاد اعمال, کت- ING دارای چندین مزیت. اولین, پوشش داخلی می تواند سیال یا گاز از تعامل و واکنش با فولاد زمینه جلوگیری از. دومین, پوشش داده شده لوله های فولادی را کاهش می دهد سپرده میکروبیولوژیکی و باکتری فی زیستی LM موقتی- سیاسی به دلیل زبری سطح بالاتر از لوله بدون پوشش کمک می کند تا محافظت از باکتری ها و ارائه شرایط رشد برای colonies.2 باکتریایی سومین و آخرین, the
پوشش داخلی می تواند افت فشار در یک مسافت طولانی از یک قدرت خط لوله و در نتیجه لازم برای انتقال نفت و گاز را کاهش می دهد. افت فشار در لوله پوشش داده شده تجربی نشان داده شده بود به 35% کمتر از لوله های فولادی برهنه در یک عدد رینولدز از
1 × 107.3
امروز, دو بخشی حلال پوشش اپوکسی بر اساس, حلال پوشش رایگان و جوشی باند, و پوشش های پلی آمید به طور گسترده ای در نفت خام و گاز طبیعی pipelines.4-6 این پوشش ها ضعیف با پیوند مورد استفاده قرار
بستر فولاد خود و در نتیجه مستعد ابتلا به فی درک corrosion.7 LM
مینای دندان چینی, به عنوان یک ماده معدنی, از نظر شیمیایی پیوند به سوبسترا فلزات در دمای 750 درجه سانتی گراد به ~850 ° C. می تواند نه تنها اتمام Fi است با یک سطح صاف و زیبایی شناسی, اما سابق نیز ارائه- ثبات شیمیایی cellent, مقاومت به خوردگی خوب, و دوام در environments.8 های مختلف سخت بر خلاف

 

پوشش اپوکسی, enamel coating has no under-film corrosion when locally breached because of its chemical bond with metal substrates.9 It has been widely used for household cooking utensil protection or steel container protection in industries. دوباره خوردگی آن- sistance به عنوان پوشش محافظ برای تقویت فولاد در سازه های بتنی شده است در پیش مورد بررسی قرار- مطالعات مشاهد و نشان داد که در general.10-11 رضایت بخش

در این مطالعه, رفتار خوردگی لوله های فولادی داخلی با دو نوع از مینای دندان پوشش داده شده (T-001 دوغاب و GP2118 پودر) در مورد آزمون قرار گرفت 3.5 وزنی محلول NaCl٪. ترکیب فاز و ریزساختار لعاب با پراش پرتو X مشخص شد
(XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM), به ترتيب. زبری سطح پوشش مینای دندان و استحکام باند آن بیش از فولاد بسترهای لوله تعیین شد. رفتار الکتروشیمیایی با پتانسیل مدار باز مورد بررسی قرار گرفت (OCP), خطی قطبی- مقاومت ization (LPR), و imped الکتروشیمیایی- طیف سنجی ance (EIS) آزمون. بازرسی بصری در نمونه های آزمایش شده برای هر نشانه ای آشکار از خوردگی ساخته شده بودند. مقاومت به خوردگی فولاد مینای دندان پوشش داده شده است که با از فولاد با پوشش اپوکسی در مقایسه.

فرایندهای تجربی

لعاب و نمونه

یک API 5L X65 لوله های فولادی (MRC جهانی) با 323.85 میلی متر قطر بیرونی و 9.53 میلی متر در ضخامت دیواره به عنوان فلز زیر لایه در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفت. ترکیب شیمیایی فولاد ارائه شده توسط فروشنده در جدول ارائه شده 1. لوله های فولادی شد اولین برش را به 18 25 میلی متر × 50 نمونه کوپن میلی متر. سپس نمونه قطع شد فولاد لعنتی برای 1 دقیقه برای خلاص شدن از مقیاس آسیاب و زنگ خلاص, و سرانجام تمیز با
حلال پاک کننده صورت تجاری در دسترس.
دو نوع از مینای دندان در کوپن فولاد به کار گرفته شد: T-001 دوغاب و GP2118 پودر. ترکیبات شیمیایی T-001 glass frits and GP2118 enamel powder were determined by x-ray fluorescence (XRF) همانطور که در جدول ارائه شده 2. دوغاب مینای دندان توسط frits شیشه ای اول فرز آماده شد, خاک رس, و الکترولیت خاص, و سپس مخلوط کردن آن با آب تا زمانی که مخلوط در حالت تعلیق پایدار بود. دوغاب مینای دندان به صورت دستی بر روی نمونه کوپن با استفاده از یک تفنگ اسپری اسپری شد, که توسط یک هواپیمای جت از هوای فشرده به عنوان اد خاص در جدول مجهز شده بود 3. نمونه در دمای 150 درجه سانتیگراد به مدت حرارت داده شدند 10 دقیقه به درایو کردن رطوبت, قرمز Fi در 815 درجه سانتی گراد برای 10 به من, و سرانجام تا دمای اتاق سرد. برق و تجهیزات پاشش, پودر GP2118 لعاب را به اندازه متوسط ​​ذرات 32.8 میکرومتر مورد استفاده قرار گرفت. میدان الکتریکی بین یک الکترود نازل و نمونه تشکیل شد. ذرات مینا, خارج از تفنگ اسپری رو توسط یک جریان هوا, بار منفی شد, مهاجرت به طرف نمونه (الکترود مثبت) و د شد- فرض. پس از پاشش قدرت, کوپن فولاد در کوره و فی قرمز در 843 درجه سانتی گراد برای منتقل شدند 10 به من, و پس از آن نقل مکان کرد و تا دمای اتاق سرد. ضخامت T-001 پوشش در زمان پاشش کنترل شد, در حالی که ضخامت پوشش GP2118 توسط تعدادی از تفنگ اسپری کنترل شد. برای مقایسه, نمونه فولاد پوشش اپوکسی قبل شد- بیهوده پرهیز و تست شده. در این مورد, 3M Scotchkote 323 † اپوکسی, که در صنعت خط لوله به کار گرفته شد, به کت مورد استفاده قرار گرفت نمونه. کوپن های فولادی توسط مسواک زدن اپوکسی در دمای اتاق پوشش داده شد و پس از آن در هوا برای خشک 3 د قبل از آزمون الکتروشیمیایی.

 

خواص مینا پوشش

ضخامت پوشش و زبری با ضخامت سنج پوشش MiniTest 6008 † و میکروسکوپ نوری Hirox † اندازه گیری شد, به ترتيب.

The bond strength between the coating and its substrate steel were determined using PosiTest† following ASTM D4541-09.12 To enhance its bond with the coating, a 20 دالی قطر میلی متر در پایه با مقالات ساینده زبر شد, و تمیز با الکل به حذف اکسیداسیون و آلاینده. پایه دالی با یک لایه یکنواخت از چسب به سطح پوشش آزمون رعایت شد. پس از پخت برای 24 ساعت, پوشش سراسر دالی با استفاده از یک حذف شد 20 میلی متر برش ابزار به منظور منزوی که دالی در ج منطقه تست خاص. دالی بود سرانجام کشیده سطح نمونه عمود در یک نرخ استرس 0.4 مگاپاسکال / S. حداکثر قدرت هر نمونه پوشش داده شده ثبت شد.
در پایان از آزمون خوردگی, مراحل در پوشش مستقیم بر روی سطح نمونه فولاد روکش توسط XRD مورد بررسی قرار گرفت (فیلیپ X'Pert †) با زاویه پراش (2من) متنوع بین 10 درجه و 55 درجه. مقطع نمونه مینا پوشیده شده برای تجزیه و تحلیل ساختار با SEM آماده شدند (هیتاچی S4700 †). هر نمونه مینا پوشش داده شده اول سرد نصب شده بود در رزین های اپوکسی (EpoxyMount †, متفقین محصولات با تکنولوژی بالا, شرکت) و قطع به 10 مقطع ضخامت میلی متر با استفاده از یک اره الماس. سپس, سطح مقطع با مدارک کاربید به ساییده شد 1200 شن, شستشو با آب مقطر, و سرانجام در هوا در دمای اتاق قبل از معاینه خشک. تصاویر SEM با نرم افزار ImageJ † برای ارزیابی تخلخل مورد بررسی قرار گرفت.

تست الکتروشیمیایی

نمونه ها با یک سیم مسی برای اندازه گیری الکتروشیمیایی لحیم شد همانطور که در شکل نشان داده شده است 1. همه طرف از نمونه به جز مینای دندان- و یا چهره های اپوکسی پوشش داده شده با اپوکسی دریایی تحت پوشش قرار گرفتند.

مینای دندان و یا اپوکسی منطقه در معرض 30 میلی متر × 20 میلی متر در اندازه.
همه نمونه ها در غوطه ور شدند 3.5 درصد وزنی محلول NaCl با pH برابر با 7 و تست شده در دمای اتاق- TURE برای 69 d. راه حل با اضافه کردن پوری فی کلرید سدیم اد آماده شد (فیشر علمی, شرکت) در آب مقطر.

در زمان 1, 3, 6, 13, 27, 41, 55, و 69 d, OCP, LPR, و آزمون EIS برای نظارت بر تکامل خوردگی مینای دندان انجام شد- و نمونه های فولاد پوشش اپوکسی. یک سیستم سه الکترود استاندارد برای آزمایش الکتروشیمیایی مورد استفاده قرار گرفت, از جمله 25.4 میلی متر × 25.4 میلی متر × 0.254 ورق پلاتین میلی متر به عنوان الکترود شمارنده, saturated calomel electrode (SCE) به عنوان یک الکترود مرجع, و نمونه پوشش داده شده به عنوان یک الکترود کار. همه سه الکترود برای اکتساب داده ها به یک Gamry 1000E پتانسیواستات / گالوانواستات † متصل شدند.

بعد از هر OCP پایدار (به مدت 1 ساعت) ضبط شده بود, آزمون EIS با موج سینوسی بالقوه انجام شد 10 میلی ولت در دامنه سراسر OCP و فرکانس 100 کیلوهرتز تا 5 مگاهرتز. آزمون LPR با اسکن طیف وسیعی از ± 15 میلی ولت سراسر OCP در یک نرخ اسکن انجام شد 0.167 ولت / بازدید کنندگان. منحنی های LPR برای تعیین Rp در مقاومت قطبی استفاده می شود, به شیب منطقه خطی از یک منحنی قطبی در اطراف فعلی صفر برابر باشد:13

RP = ΔE = Δi

که در آن ΔE و Δi نشان دهنده ولتاژ و جریان افزایش, به ترتيب, در بخش خطی از یک منحنی قطبی در من = 0. اندازه گیری LPR برای محاسبه چگالی جریان خوردگی با استفاده از معادله استرن-منصب مورد استفاده قرار گرفت:13

icorr = vavc = ½2.303dva + βcThRp (2)

که در آن βa و βc ثابت آندی تافل نشان (0.12) و ثابت تافل کاتدیک (0.12), به ترتيب, و icorr فعلی خوردگی است.

نتایج و بحث
خواص پوشش
فاز در مینا - الگوهای XRD بر روی سطح GP2118 و T-001 نمونه مینا پوشش داده شده پس از غوطه ور در 3.5 درصد وزنی محلول NaCl برای 69 د اد هستند شناسایی شده و نمایش داده شده در شکل 2. کوارتز به SiO2 در هر دو نوع از پوشش مینای دندان است. The highest intensity peaks of quartz SiO2 were at 26° and 26.5° for GP2118 and T-001 لعاب, به ترتيب.

Microstructure at Enamel/Substrate Interface — Cross-sectional SEM images at the steel/coating interface with different magnifications are presented in Figure 3. پوشش مینای دندان یک ساختار جامد با هوا قطع حباب از طریق ضخامت پوشش (آمار و ارقام 3[A1] و [B1]). حباب های هوا در طول شیمیایی با درجه حرارت بالا تشکیل شد

واکنش هراسان شیشه ای مینای دندان با فولاد در طول حلقه فی process.14-15 پوشش مینای دندان دارند متعدد
منافذ کوچک جدا شده به استثنای مینای دندان GP2118 است که چند منافذ بزرگ با قطر حدود 105 ميکرومولار. محتوای تخلخل T-001 مینای دندان به اندازه گیری شد 4.26%, که کمتر از است 12.72% برای مینای دندان GP2118. آمار و ارقام 3(A2) و (B2) نشان دادن رابط فی اد مینای دندان / فولاد مگنی که در آن برآمدگی های کوچک آهن رشد را به پوشش مینای دندان به شکل نقاط مختلف لنگر. این ذرات اسپینل همبافته بهبود پیوند بین مینا و substrate.16 فولاد

نگه دار، خاموش قدرت - ضخامت اندازه گیری شده, زبری سطح, و استحکام باند سه نوع پوشش در جدول خلاصه 4. متوسط ​​و انحراف استاندارد ضخامت و سطح زبری هر پوشش از محاسبه شد
27 اندازه گیری گرفته شده از سه نمونه مختلف است که پرداخت شد به یک FL در سطح برای تست کشش خاموش. متوسط ​​و انحراف معیار استحکام باند هر یک از پوشش از سه آزمون کشش کردن انجام شده محاسبه شد. می توان آن را از جدول دیده می شود 4 که پوشش اپوکسی ضخیم است (396 ميکرومولار) و T-001 مینای دندان باریکترین است (230 ميکرومولار). The

 

خشونت از سه پوشش در حدود 1 ميکرومولار, نشان می دهد سطوح صاف در همه نمونه ها.

در پایان از آزمون کشش خاموش, دالی و شکستگی بستر سطوح در شکل نشان داده شده است 4. در یک آزمایش باند کشش خاموش, چهار حالت شکست احتمالی شامل: (1) استراحت چسبندگی بین پوشش و بستر فولاد, (2) استراحت انسجام درون لایه پوشش, (3) استراحت چسب, و (4) استراحت مخلوط یا معاملات ملکی- ملت از معافیت فوق در locations.17 چند

پوشش مینا یک شکست Mixed در- volving یک استراحت در داخل پوشش (استراحت منسجم) و استراحت در چسب برای اتصال دالی به نمونه. پوشش اپوکسی همچنین دارای یک شکست Mixed شامل یک استراحت در داخل پوشش (استراحت منسجم), یک استراحت بین پوشش و فولاد بستر (استراحت چسب), و یک استراحت چسب. هیچ معافیت چسب برای پوشش مینای دندان وجود دارد چرا که نقاط لنگر در رابط افزایش اتصال بین یک پوشش مینای دندان و فولاد بستر آن همانطور که در شکل نشان داده شده است 3. به طور خاص, پوشش مینای دندان GP2118 دارای بالاترین استحکام باند با مقدار متوسط 17.89 MPa, پوشش اپوکسی کمترین استحکام باند 8.01 MPa, و T-001 پوشش مینای دندان است استحکام باند 16.85 MPa.

آمار و ارقام 5(a) و (ب) نشان دهنده مگنی مورفولوژی سطحی فی شکستگی اد طور که در شکل نشان داده شده است 4(A2) و (B2), به ترتيب. وقتی که دالی کردن کشیده شد نمونه پوشش داده شده در زاویه سمت راست, a crack initiated and ProPaGaTEd acroSS larGE aIr bubblES wIThIn ThE coaT- ING تحت بارهای افزایش. آمار و ارقام 6(a) و (ب) تصاویر نشان می دهد SEM برای سطح مقطع از SPE تست شده- cIMEnS در مناطق مستطیل شکل از چهره های 4(A2) و (B2), به ترتیب. سطح شکست نمونه به طور کلی صاف با حداقل باقی مانده پوشش ضخامت حدود 70 میکرومتر و
40 میکرومولار برای GP2118 و T-001 مینا کاری, به ترتیب. در مقایسه با شکل 3, آمار و ارقام 6(a) و (ب) نشان می دهد که سطوح شکست دور از لایه پیوند مربوط به خود را در فصل مشترک مینا / بستر و عبور از ضعیف ترین لایه اتصال حباب های هوای بزرگ در پوشش به دلیل پایبندی مینا بر روی سطوح فولاد است شیمیایی با رشد ذرات همبافته اسپینل تقویت در مینای دندان در طول شیمیایی واکنش در ProcESS.16 فی حلقه

دیدگاه ها بسته شده است