Corrosiebestendigheid van API 5L Pipeline staal met coating Protection

ABSTRACT

The corrosion resistances of enamel-coated steel pipe in 3.5 wt% NaCl-oplossing werd geëvalueerd en vergeleken met die van met epoxy beklede leiding met nullastpotentiaal, lineaire po- larization weerstand, en elektrochemische impedantie Spectros- exemplaar testen. T-001c emaille slurry en GP2118 emaille poeder gesproeid stalen pijp in natte en elektrostatische processen, respectievelijk. De fase samenstelling en microstructuur van beide lakken werden gekenmerkt met röntgenstraaldiffractie en scanning elektronenmicroscopie (SEM). De oppervlakteruwheid van email en hun hechtsterkte met stalen substraten werden gekwantificeerd om coating kwaliteit te begrijpen. SEM-beelden bleek dat beide soorten emaillebekledingen een stevige structuur met belletjes. Elektrochemische tests toonden een hoge corrosieweerstand van de emailbekledingen als veri fi ceerd visuele inspectie van de geteste monsters. Met name, de GP2118 geëmailleerde stalen steeds beter dan de met epoxy beklede monsters.

KEY WORDS: corrosie, elektrochemische impedantie spectroscopie, emaillaag, pijpleiding van staal, scanning elektronenmicroscopie

INVOERING

aardgas, olie, en gevaarlijke transmissie en het verzamelen van pijpleidingen vloeibaar hebben bereikt 484,000 mijl in de U.S.1 Aging pijpleidingen worden geconfronteerd met een verminderde
levensduur en betrouwbaarheid als gevolg van corrosie. Ze kunnen worden beschermd tegen corrosie door beschermlaag, kathodische bescherming, en het gebruik van corrosieremmers. Bekleding een fysieke barrière voor Penetra elektrolyt- tie is één van de meest effectieve en ef fi ciënt methoden in corrosie mitigatie.
Wanneer intern toegepast op staal pijpleidingen, jas- ING heeft een aantal voordelen. Eerste, de inwendige bekleding kan voorkomen dat fluïdum of gas interageren en reageren met onderliggende staal. Tweede, beklede stalen buis vermindert microbiologische afzettingen en bacteriën bio folie forma- ties omdat de hogere oppervlakteruwheid van onbeklede buizen helpt beschermen de bacteriën en zorgen groeiomstandigheden voor bacteriële colonies.2 derde en laatste, de
inwendige bekleding kan drukval verminderen over een grote afstand van een pijpleiding en dus energie nodig om olie en gas te zenden. De drukval in beklede pijp werd experimenteel aangetoond in 35% lager dan in kale staalpijp met een Reynoldsgetal van
1 × 107.3
Vandaag, tweedelige oplosmiddelhoudende epoxy coatings, oplosmiddelvrij en smeltgebonden coatings, en polyamide coatings worden veel gebruikt in aardolie en aardgas pipelines.4-6 Deze coatings zwak gebonden met
hun stalen ondergrond en dus vatbaar voor onder- fi lm corrosion.7
porseleinemail, als anorganisch materiaal, chemisch gebonden aan metalen substraat bij een temperatuur van 750 ° C tot ~850 ° C. Het kan niet alleen fi afgewerkt met een glad en esthetisch oppervlak, maar ook ex- cellent chemische stabiliteit, goede weerstand tegen corrosie, en duurzaamheid in diverse harde environments.8 In tegenstelling tot

expoxy laag, emaillaag heeft geen onder- folie corrosie bij lokaal geschonden vanwege de chemische binding met metalen substrates.9 Het is wijd gebruikt voor de bescherming huishoudelijke keukengerei of stalen houder bescherming industrie. De corrosie re- sistance als beschermende coating voor staal versterkte betonconstructies is onderzocht in pre- vious studies en aangetoond dat zij bevredigend general.10-11 zijn

in dit onderzoek, het corrosiegedrag van de stalen buis inwendig bekleed met twee soorten emaille (T-001 suspensie en GP2118 poeder) is in het onderzochte 3.5 wt% NaCl-oplossing. De fase samenstelling en microstructuur van email werden gekarakteriseerd met röntgen diffractie
(XRD) en scanning elektronenmicroscopie (SEM), respectievelijk. De oppervlakteruwheid van emaille coating heeft hechtsterkte via pijp substraten werden vastgesteld. De elektrochemische gedrag werden bestudeerd met nullastpotentiaal (OCP), lineaire polaire- isering weerstand (LPR), en elektrochemische imped- ance spectroscopie (EIS) testen. Visuele inspecties werden uitgevoerd op geteste monsters voor een duidelijke tekenen van corrosie. De corrosiebestendigheid van geëmailleerd staal wordt vergeleken met die van met epoxy gecoate stalen.

EXPERIMENTELE PROCEDURES

Emailleren en Monsters

Een API 5L X65 staalpijp (MRC Global) met 323.85 mm buitendiameter en 9.53 mm wanddikte werd gebruikt als substraat metaal in deze studie. De chemische samenstelling van het staal door de leverancier wordt weergegeven in Tabel 1. De stalen pijp werd eerst gesneden in 18 25 mm × 50 mm coupon specimens. De gesneden monsters werden vervolgens gestraald staal voor 1 min om zich te ontdoen van walshuid en roest, en ten slotte gereinigd met
een standaard reini- oplosmiddel.
Twee soorten glazuur werden aangebracht op de stalen coupons: T-001 suspensie en GP2118 poeder. De chemische samenstellingen van T-001 glasfritten en GP2118 emailleerpoeder werd bepaald door x-ray fluorescentie (XRF) zoals aangegeven in Tabel 2. Het glazuur werd bereid door eerst malen glasfritten, klei, en sommige elektrolyten, en vervolgens mengen met water tot het mengsel in een stabiele suspensie state. De emaille suspensie werd handmatig gespoten coupon monsters met een sproeipistool, die werd aangedreven door een straal perslucht genoemd in Tabel 3. De monsters werden verhit bij 150 ° C gedurende 10 min voor vertrek vocht, fi rood bij 815 ° C 10 min, en tenslotte afgekoeld tot kamertemperatuur. Voor elektrostatisch spuiten, de GP2118 glazuur poeder met een gemiddelde deeltjesgrootte van 32.8 urn werd gebruikt. Een elektrisch veld gevormd tussen een mondstuk electrode en het monster. Enamel deeltjes, voortbewogen uit het spuitpistool door een luchtstroom, werd negatief geladen, migreerden naar het monster (positieve elektrode) en waren Dè- geponeerd. Na het inschakelen spuiten, de stalen coupons werden verplaatst naar een oven en fi rood bij 843 ° C 10 min, en dan verhuisd en afgekoeld tot kamertemperatuur. De dikte van de T-001 bekleding werd beheerst door de sproeitijd, terwijl de dikte van de GP2118 bekleding werd beheerst door het aantal pistolen. Ter vergelijking, -Epoxy gecoate stalen werden pre- vergeleken en getest. In dit geval, 3M Scotchkote 323 † epoxy, die werd toegepast pijpleidingindustrie, werd gebruikt voor het bekleden van de monsters. Stalen coupons werden bekleed door borstelen epoxy bij kamertemperatuur en vervolgens gedroogd in lucht 3 d vóór elektrochemische testen.

Karakterisering van Enamel Coatings

De bekledingsdikte en ruwheid werd gemeten met een laagdiktemeter MiniTest 6008 † en optische microscoop Hirox †, respectievelijk.

De bindingssterkte tussen de bekleding en het substraat staal werden bepaald met PosiTest † volgens ASTM D4541-09.12 Om de hechting te verbeteren van de coating, een 20 mm diameter dolly aan de basis werd opgeruwd met schuurpapier, en gereinigd met alcohol om oxidatie en verontreinigingen. De basis van de dolly werd gehecht met een gelijkmatige lijmlaag op de proef bekledingsoppervlak. Na uitharden gedurende 24 h, de coating rondom de dolly werd verwijderd met een 20 mm snijwerktuig om de dolly isoleren op een specifieke testgebied. De dolly was eindelijk stopte het monsteroppervlak loodrecht bij een spanning percentage 0.4 MPa / s. De maximale sterkte van elke beklede monster werd geregistreerd.
Bij de voltooiing van corrosieproeven, de fasen bekleding rechtstreeks op het oppervlak van gecoat staal monsters met XRD onderzocht (Philip X'Pert †) met diffractiehoek (2ik) varieerde tussen 10 ° en 55 °. Dwarsdoorsneden van de geëmailleerde stalen werden bereid voor de structuur analyse met SEM (Hitachi S4700 †). Elke geëmailleerde monster werd eerst koud aangebracht in epoxyhars (EpoxyMount †, Allied High Tech producten, Inc.) en gesneden tot een 10 mm doorsnede met behulp van een diamantzaag. Dan, de doorsnede werd afgeschuurd met carbide papieren 1200 gruis, gespoeld met gedeïoniseerd water, en tenslotte gedroogd in lucht bij kamertemperatuur voorafgaand aan het onderzoek. SEM-beelden werden geanalyseerd met ImageJ † software voor porositeit evaluatie.

elektrochemische Tests

Elk monster werd gesoldeerd met koperdraad voor elektrochemische metingen zie figuur 1. Alle kanten van het monster, behalve het glazuur- of met epoxyhars beklede vlak waren bedekt met epoxy Marine.

De belichte lak of epoxy was 30 mm × 20 mm groot.
Alle monsters werden ondergedompeld in 3.5 wt% NaCl oplossing met een pH van 7 en getest bij kamertemperatuur tempera- tuur voor 69 d. De oplossing werd bereid door toevoeging van gezuiverde natriumchloride (Fisher Wetenschappelijk, Inc.) in gedistilleerd water.

Ten tijde van 1, 3, 6, 13, 27, 41, 55, en 69 d, OCP, LPR, en EIS tests werden uitgevoerd om de corrosie evolutie van het glazuur te bewaken- en epoxy beklede staalmonsters. Een standaard drie elektroden werd gebruikt voor elektrochemische testen, met inbegrip van een 25.4 mm × 25.4 mm × 0.254 mm platina plaat als tegenelektrode, verzadigde calomel elektrode (SCE) als referentie-elektrode, en het gecoate staal als werkelektrode. Alle drie elektroden werden verbonden met een Gamry 1000E potentiostaat / galvanostaat † voor data-acquisitie.

Na elke stabiele OCP (voor de duur van 1 h) was opgenomen, een EIS test werd uitgevoerd met een sinusvormige golf van potentiële 10 mV amplitude rond de OCP en een frequentie van 100 kHz 5 mHz. De LPR test werd uitgevoerd door het scannen van een gebied van ± 15 mV rond de OCP bij een scansnelheid van 0.167 mV / s. De LPR curven worden gebruikt om de polarisatieweerstand Rp bepalen, die gelijk is aan de helling van het lineaire gebied van een polarisatiecurve rond nulstroom:13

Rp = AE = Ai

waarbij AE en Ai vertegenwoordigen incrementen spanning en stroom, respectievelijk, in het lineaire gedeelte van een polarisatiecurve bij i = 0. LPR metingen werden gebruikt om de corrosie stroomdichtheid berekenen door de Stern-Geary vergelijking:13

Icorr = vavc = ½2.303dva + βcThRp (2)

waarbij pA en p c de anodische Tafel constante representeren (0.12) en de kathodische Tafel constante (0.12), respectievelijk, en Icorr de corrosiestroom.

RESULTATEN EN DISCUSSIE
coating Karakterisering
Fasen Enamel - XRD patronen op het oppervlak van GP2118 en T-001 Geëmailleerde monsters na onderdompeling in 3.5 wt% NaCl oplossing 69 d zijn geïdentificeerd en weergegeven in figuur 2. Kwarts SiO2 aanwezig in beide typen emailbekledingen. De hoogste intensiteit toppen van kwarts SiO2 werden bij 26 ° en 26,5 ° voor GP2118 en T-001 emaille, respectievelijk.

Microstructuur bij email / substraatgrensvlak - Transversaal SEM opnamen worden aan de steel / coating tussenvlak met verschillende magni fi caties zijn weergegeven in figuur 3. De emailbekledingen een stevige structuur met ontkoppelde luchtbellen door de bekledingsdikte (Figuren 3[a1] en [b1]). De luchtbellen werden gevormd tijdens de hoge temperatuur chemisch

omzetting van het glazuur glasfrit met de stalen ring tijdens fi process.14-15 De emailbekledingen hebben talrijke
geïsoleerde kleine poriën behalve GP2118 email dat een klein aantal grote poriën heeft met een diameter van ongeveer 105 Μm. De porositeit inhoud van T-001 emaille werd gemeten als zijnde 4.26%, die lager is dan 12.72% voor de GP2118 glazuur. Figuren 3(a2) en (b2) tonen de magni fi ceerde email / staal interfaces waarbij kleine-Fe uitsteeksels uitgroeien tot de emaillaag verschillende vormen ankerpunten. Deze epitaxiale spinel deeltjes betere hechting tussen het glazuur en de stalen substrate.16

Hechtsterkte - De gemeten dikte, oppervlakteruwheid, en bindingssterkte van drie soorten coatings worden samengevat in Tabel 4. De gemiddelde en de standaardafwijking van de dikte en de oppervlakteruwheid van elke bekleding werd berekend uit
27 metingen van drie monsters die werden gepolijst tot een platte oppervlak van de trekproef. De gemiddelde en de standaarddeviatie van de bindingssterkte van elke bekleding werd berekend uit de drie pull-off tests. Blijkt uit Tabel 4 dat epoxy coating is het dikst (396 Μm) en T-001 glazuur is de dunste (230 Μm). De

ruwheid van de drie bekledingen rond 1 Μm, aangeeft gladde oppervlakken in alle specimens.

Bij de voltooiing van aftrekbare testen, de dolly en substraat breukvlakken worden getoond in figuur 4. In een aftrekbare beschermingsleidingtest, vier potentiële storingen omvatten: (1) adhesie breuk tussen de bekleding en de stalen substraat, (2) cohesie onderbreking binnen de bekledingslaag, (3) lijm break, en (4) gemengde vakantie of een combi- natie van de bovengenoemde pauzes op meerdere locations.17

Emailbekledingen een gemengde storingstoestand- volving een breuk in de bekleding (samenhangend break) en een breuk in lijm toegepast om de dolly met het model hechten. Epoxycoating heeft ook een gemengd falingswijze met een onderbreking in de coating (samenhangend break), een pauze tussen de bekleding en het substraat stalen (lijm break), en een lijm break. Er zijn geen hechtmiddel pauzes voor emaillebekledingen omdat de ankerpunten op de interface verhoging van de hechting tussen een emaille coating en het substraat staal zoals getoond in fig 3. Speci fi ek, GP2118 emaillaag de hoogste hechtsterkte met een gemiddelde waarde van 17.89 MPa, epoxy coating heeft de laagste bindingssterkte van 8.01 MPa, en T-001 verniscoating een bindingssterkte van 16.85 MPa.

Figuren 5(een) en (b) vertegenwoordigen de magni fi ceerde breukvlak morfologieën zoals getoond in figuren 4(a2) en (b2), respectievelijk. Wanneer de dolly werd afgetrokken van het beklede monster loodrecht, een scheur geïnitieerd en gepropageerd in grote luchtbellen binnen Coat- ING onder toenemende belasting. Figuren 6(een) en (b) Toon SEM Beelden voor de dwarsdoorsneden van de geteste SPE- cIMEnS In rechthoekige gebieden van de cijfers 4(a2) en (b2), respectievelijk. De breuk oppervlakken van de monsters worden algemeen soepel met een minimum bleef coatingdiktes van ongeveer 70 urn en
40 uM Voor GP2118 en T-001 emaille, respectievelijk. In vergelijking met figuur 3, Figuren 6(een) en (b) Geven aan dat de breukvlakken zijn ver weg van de bijbehorende bonding lagen aan de email / substraat interfaces en passeren de zwakste laag het verbinden van grote luchtbellen in de coating, omdat de hechting van email op stalen oppervlakken is chemisch versterkt met de groei van epitaxiale Spinel deeltjes in het glazuur tijdens de chemische reactie in de fi ring ProcESS.16