CN106323848B - 金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法 - Google Patents

金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法，首先选取实验场所，然后将试样埋设在试验场所内，再按照预定的开挖年限将试样挖出，统计试样表面红色腐蚀区域占试样总表面积的比例S1及试样表面有机涂层剥落后露出锌层区域占试样总表面积的比例S2；测量试样表面腐蚀坑的深度；最后以腐蚀年限为横坐标，复合涂层的当量腐蚀面积为S，S＝S1+0.5S2，以S为纵坐标，计算拟合出涂层腐蚀面积的方程式，确定所测试样的预期使用寿命年限。本发明金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法，用较短时间内的实验结果即可以预测得到金属管道涂层的预期使用寿命，用时短，见效快，满足了实际应用的需要，值得推广应用。

Description

金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法
技术领域
本发明涉及一种管道复合防腐涂层使用寿命的预测方法，具体涉及球墨铸铁管复合防腐涂层的预期使用寿命预测方法。
背景技术
埋地球墨铸铁管道随着使用年限的增加，其外壁涂层及管壁会发生腐蚀现象，轻微的腐蚀对管道使用没有影响，而严重腐蚀对管道影响较大，会引起管道穿孔甚至破裂，导致管道失效；同时，用户需要根据具体的土壤腐蚀环境，选用符合寿命预期的球墨铸铁管级别及外涂层种类，因此，研究球墨铸铁管及各种涂层在不同土壤条件下的耐蚀性能，对球墨铸铁管道外部复合防腐涂层进行预期使用寿命评估就显得尤为重要。
由于影响土壤腐蚀性的因素较多，而球墨铸铁管外壁涂层种类也十分丰富，且外涂层种类随着研发仍然在不断增加，所以球墨铸铁管外涂层在特定土壤环境下的预期使用寿命年限推算借助于复杂的公式，存在理论推导难、实验时间长、工作量大、理论公式及经验公式均难以确立等问题，难度极大。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法，该方法用较短时间内的实验结果即可以预测得到金属管道复合防腐涂层的预期使用寿命，工作量小，见效快。
为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为：一种金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法，该方法包括下述步骤：
(一)选取典型地区的土壤作为金属管道埋设的实验场所，并在选取的典型地区的土壤内挖掘埋设试样的试坑；
(二)将待测的金属管道制成试样埋设在所述试坑内，同一典型地区的土壤内同种试样埋设平行样数量为6个；
(三)按照预定的开挖年限1年、2年、4年、6年将上述试样挖出，并将试样表面的泥土清除；
(四)将试样干燥，然后计算统计试样表面红色腐蚀区域占试样总表面积的比例S1及试样表面有机涂层剥落露出下面锌层区域占试样总表面积的比例S2；
(五)将试样表面的腐蚀产物去除干净，观察试样的金属基体表面有无腐蚀坑，如果有，测量腐蚀坑的深度，当腐蚀坑的深度小于0.3mm时，进行下述步骤；
(六)以腐蚀年限为横坐标，复合涂层的当量腐蚀面积为S，则S＝S1+0.5S2，以S为纵坐标，计算拟合出涂层腐蚀面积的一元二次方程式Y＝aX2+bX+c，确定方程式的各个项的系数，利用方程式预测涂层当量腐蚀面积达到100％时的年限，此处假设为A，确定所测试试样复合防腐涂层的预期使用寿命年限为A。
本发明金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法，其中，在所述步骤(二)中，去掉所述试样的包装，将所述试样立在所述试坑底部并用土壤固定好，相邻两所述试样之间的间隔及所述试样与典型地区的土壤边缘之间的间隔均大于100mm。
本发明金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法，其中，在所述步骤(二)中制备所述试样时，以金属管为材料基体，首先在所述金属管外电弧喷涂锌涂层，锌涂层单位重量为130g/m2～400g/m2，然后在所述锌涂层上喷涂有机终饰涂层，所述有机终饰涂层厚度为70～150微米，然后将所述管道加工成所需的试样尺寸，再对所述试样进行封边处理。
本发明金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法，其中，所述封边处理具体包括：在所述管道裸露的四周区域刷涂含锌量>85％的富锌涂料，富锌涂料的干膜厚度大于60微米，富锌涂料干燥后，在富锌涂料上刷涂有机涂层进行封边，有机涂层的厚度为150～200微米，所述有机涂层和所述有机终饰涂层材料相同。
本发明金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法，其中，所述试样尺寸为100×100mm。
本发明金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法，其中，在所述步骤(三)中，在泥土附着力较强时，用塑料材质的软毛刷沾水涮洗泥土，直至将泥土去除。
本发明金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法，其中，所述预定的开挖年限分别为1年、2年、4年、6年。
本发明金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法，其中，所述典型地区的土壤分别为草甸潮土、酸性红土、滨海盐土及沙漠戈壁土
采用上述方案后，与现有技术相比由于本发明金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法中试件的开挖年限只需1年、2年、4年和6年，试验时间短，并且预期使用寿命年限的推算借助的公式简单，需测量的参数少，试验人员的工作量较小。
附图说明
图1是本发明金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法的拟合曲线图。
具体实施方式
本发明金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法，该方法包括下述步骤：
(一)选取我国四个典型地区的土壤作为球墨铸铁管外涂层埋设实验场所，土壤条件差别较大的四种典型地区土壤分别为草甸潮土、酸性红土、滨海盐土及沙漠戈壁土，在选取的四个典型地区的土壤内分别挖掘埋设试样的试坑，试坑大小为2米长×2米宽×1.2米深，每个实验站试坑数量为4个，即四个周期；
(二)将待测的金属管道制成试样并将试样埋设在上述试坑内，金属管道的材料基体为球墨铸铁管，首先在球墨铸铁管外面电弧喷涂锌涂层，锌涂层单位重量为130g/m2，然后在锌涂层上喷涂有机终饰涂层，有机终饰涂层厚度为70～100微米，在加工车间将上述管道加工成所需的试样尺寸，试样大小为100×100mm，每种涂层每一周期制备平行样数量为6个，对各试样进行封边处理，封边处理方法为在试样加工裸露的四周区域刷涂含锌量>85％的富锌涂料，富锌涂料刷涂两遍，保证其干膜厚度大于60微米，富锌涂料干燥4个小时后，在富锌涂料上刷涂与上述有机终饰涂层同种类的有机涂层进行封边，其厚度为150～200微米，然后将上述试样干燥一周，使涂层完全干燥，然后包装、运输至典型土壤实验场所；去掉试样包装，将试样按照种类顺序立于试坑内，用土壤固定好，并压实，相邻两试样之间的间隔及试样与典型地区的土壤边缘之间的间隔均大于100mm，保证试样周边没有空隙，同一种土壤内同种试样埋设平行样数量为6个，然后将挖掘出的土壤按原来的顺序依次回填；
(三)按照预定的开挖年限依次开挖并检测，开挖年限分别为1年、2年、4年、6年，
在每个试验周期将上述试样挖出后，仔细的清除试样上的泥土，直至完全清除干净，在泥土附着力较强难以擦拭掉时，用塑料材质的软毛刷沾适量水轻轻涮洗泥土，将之完全去除；
(四)将试样放在干燥箱中干燥，试样干燥2小时后取出，利用计算机计算统计试样表面红色腐蚀区域占试样总表面积的比例S1、及试样表面有机涂层剥落露出锌层区域占试样总表面积的比例S2；
(五)将试样表面的腐蚀产物完全去除，但不损伤试样的金属基体，观察金属基体上有无腐蚀坑，并测量腐蚀坑的深度，确认各处发生红色腐蚀锈迹处测量的点蚀坑深度为均小于0.3mm；
(六)以腐蚀年限为横坐标，复合涂层的当量腐蚀面积为S，S＝S1+0.5S2，以S为纵坐标，计算拟合出涂层腐蚀面积的一元二次方程式Y＝aX2+bX+c，确定方程式的各个项的系数，利用方程式预测涂层当量腐蚀面积达到100％时的年限，此处假设为A，确定所测试试样复合防腐涂层的预期使用寿命年限为A。
按照上述方法确定的涂层使用寿命预测方法，仅适用于牺牲阳极金属涂层+有机涂层的复合防腐涂层防腐体系，而这种防腐体系为金属管道系统所普遍采用，用上述方法对牺牲阳极金属涂层+有机涂层的复合防腐涂层的寿命进行预测具有广阔的市场应用空间。
另外，用上述方法预测牺牲阳极金属涂层+有机涂层的复合涂层预期使用寿命具有很好的理论依据，牺牲阳极涂层一般为金属性活泼的金属，电位较所保护的基体为负，容易优先发生腐蚀而保护基体，在阳极涂层腐蚀消耗完毕前，被保护的基体金属腐蚀轻微，一般无点蚀坑的存在。例如在锌层上涂覆封闭有机层，如Zn+沥青涂层，沥青有机涂层屏障在环境温度变化和土壤应力的作用下发生很多微小的裂纹，裂纹处和安装运输造成的局部破损处水分和氧气渗入和锌层反应，生成腐蚀产物ZnO和Zn(OH)2，Zn(OH)2和CO2进一步反应生成ZnCO3，而ZnCO3腐蚀产物较为致密，腐蚀溶解速度较慢，控制锌层以一个较低的腐蚀速率进行腐蚀反应，而且，锌层和球墨铸铁组成电偶对，即使局部锌层腐蚀完毕，其他部位的锌层在电偶对的作用下组成腐蚀原电池，保护了局部裸露的铁，局部裸露的铁的腐蚀速率很低，当球墨铸铁管外壁的锌层几乎腐蚀殆尽的时候，球墨铸铁管外壁金属腐蚀速度才增加，发生明显腐蚀，出现腐蚀坑等。
国外研究表明，单纯的沥青涂层难免会在安装完后有所破损，而破损的涂层对基体保护效果很低，有研究者指出稍微破损的沥青涂层一年后在破损处发生了严重的腐蚀即点蚀，而在有锌涂层的情况下，点蚀就很难发生。
当量腐蚀面积确定的理论依据为，试样表面发现红色锈蚀的地方锌层耗尽，而剥落面积为零星剥落区域面积的叠加，不同剥落区域锌层处于不同程度的腐蚀状态，这是由于不同剥落区域沥青剥落时间随机分布，所以不同剥落区域锌层的腐蚀深度亦随机分布，但是其残余厚度为0～1倍的初始厚度，故沥青涂层剥落范围内锌层消耗为剥落面积的0.5倍，即剥落面积的当量腐蚀面积为剥落面积的0.5倍。用上述发明方法判定牺牲阳极金属涂层+有机涂层的复合防腐涂层的预期寿命具有良好的理论依据。
实施例一
滨海盐土内球墨铸铁管锌+a有机涂层试样腐蚀实验数据如下表：
将上述滨海盐土球墨铸铁管锌+a有机涂层试样的腐蚀数据代入计算软件中进行曲线拟合，得到拟合曲线如图1所示，
拟合曲线方程为Y＝0.16951+1.41706X+0.19264X2
拟合情况：相关系数R-Square(COD)＝0.9975P＝0.003
当Y＝100时，X＝19.4年，即球墨铸铁管锌+a有机涂层试样在滨海盐土土壤环境中的预期服役寿命约为20年。
实施例2
滨海盐土内球墨铸铁管锌+b有机涂层试样腐蚀实验数据如下表：
拟合曲线方程为Y＝0.08426+2.65599X+0.05754X2
拟合情况：相关系数R-Square(COD)＝0.99966P＝0.018
当Y＝100时，X＝24.6年，即球墨铸铁管锌+b有机涂层试样在滨海盐土土壤环境中的预期服役寿命约为25年。
采用上述方法，对各个典型土壤地区的复合涂层预期服役寿命进行计算评估，得到了各涂层在相应腐蚀环境下的使用寿命计算评估值，如下表所示：
以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：
(一)选取典型地区的土壤作为金属管道埋设的实验场所，并在选取的典型地区的土壤内挖掘埋设试样的试坑；
(二)将待测的金属管道制成试样埋设在所述试坑内，同一典型地区的土壤内同种试样埋设平行样数量为6个；
(三)按照预定的开挖年限1年、2年、4年和6年将上述试样挖出，并将试样表面的泥土清除；
(四)将试样干燥，然后计算统计试样表面红色腐蚀区域占试样总表面积的比例S1及试样表面有机涂层剥落露出下面锌层区域占试样总表面积的比例S2；
(五)将试样表面的腐蚀产物去除干净，观察试样的金属基体表面有无腐蚀坑，如果有，测量腐蚀坑的深度，当腐蚀坑的深度小于0.3mm时，进行下述步骤；
(六)以腐蚀年限为横坐标，复合涂层的当量腐蚀面积为S，则S＝S1+0.5S2，以S为纵坐标，计算拟合出涂层腐蚀面积的一元二次方程式Y＝aX2+bX+c，确定方程式的各个项的系数，利用方程式预测涂层当量腐蚀面积达到100％时的年限，此处假设为A，确定所测试试样复合防腐涂层的预期使用寿命年限为A。
2.根据权利要求1所述的金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法，其特征在于：在所述步骤(二)中，去掉所述试样的包装，将所述试样立在所述试坑底部并用土壤固定好，相邻两所述试样之间的间隔及所述试样与典型地区的土壤边缘之间的间隔均大于100mm。
3.根据权利要求2所述的金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法，其特征在于：在所述步骤(二)中制备所述试样时，以金属管为材料基体，首先在所述金属管外电弧喷涂锌涂层，锌涂层单位重量为130g/m2～400g/m2，然后在所述锌涂层上喷涂有机终饰涂层，所述有机终饰涂层厚度为70～150微米，然后将所述管道加工成所需的试样尺寸，再对所述试样进行封边处理。
4.根据权利要求3所述的金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法，其特征在于：所述封边处理具体包括：在所述试样裸露的四周区域刷涂含锌量>85％的富锌涂料，富锌涂料的干膜厚度大于60微米，富锌涂料干燥后，在富锌涂料上刷涂有机涂层进行封边，有机涂层的厚度为150～200微米，所述有机涂层和所述有机终饰涂层材料相同。
5.根据权利要求4所述的金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法，其特征在于：所述试样尺寸为100×100mm。
6.根据权利要求5所述的金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法，其特征在于：在所述步骤(三)中，在泥土附着力较强时，用塑料材质的软毛刷沾水涮洗泥土，直至将泥土去除。
7.根据权利要求6所述的金属管道复合防腐涂层预期使用寿命的预测方法，其特征在于：所述典型地区的土壤分别为草甸潮土、酸性红土、滨海盐土及沙漠戈壁土。
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