金屬管道複合防腐塗層預期使用壽命的預測方法與流程
2023-05-01 02:29:11 1
本發明涉及一種管道複合防腐塗層使用壽命的預測方法，具體涉及球墨鑄鐵管複合防腐塗層的預期使用壽命預測方法。
背景技術：
埋地球墨鑄鐵管道隨著使用年限的增加，其外壁塗層及管壁會發生腐蝕現象，輕微的腐蝕對管道使用沒有影響，而嚴重腐蝕對管道影響較大，會引起管道穿孔甚至破裂，導致管道失效；同時，用戶需要根據具體的土壤腐蝕環境，選用符合壽命預期的球墨鑄鐵管級別及外塗層種類，因此，研究球墨鑄鐵管及各種塗層在不同土壤條件下的耐蝕性能，對球墨鑄鐵管道外部複合防腐塗層進行預期使用壽命評估就顯得尤為重要。
由於影響土壤腐蝕性的因素較多，而球墨鑄鐵管外壁塗層種類也十分豐富，且外塗層種類隨著研發仍然在不斷增加，所以球墨鑄鐵管外塗層在特定土壤環境下的預期使用壽命年限推算藉助於複雜的公式，存在理論推導難、實驗時間長、工作量大、理論公式及經驗公式均難以確立等問題，難度極大。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種金屬管道複合防腐塗層預期使用壽命的預測方法，該方法用較短時間內的實驗結果即可以預測得到金屬管道複合防腐塗層的預期使用壽命，工作量小，見效快。
為了實現上述目的，本發明的技術解決方案為：一種金屬管道複合防腐塗層預期使用壽命的預測方法，該方法包括下述步驟：
(一)選取典型地區的土壤做為金屬管道埋設的實驗場所，並在選取的典型地區的土壤內挖掘埋設試樣的試坑；
(二)將待測的金屬管道製成試樣埋設在所述試坑內，同一典型地區的土壤內同種試樣埋設平行樣數量為6個；
(三)按照預定的開挖年限1年、2年、4年、6年將上述試樣挖出，並將試樣表面的泥土清除；
(四)將試樣乾燥，然後計算統計試樣表面紅色腐蝕區域佔試樣總表面積的比例S1及試樣表面有機塗層剝落露出下面鋅層區域佔試樣總表面積的比例S2；
(五)將試樣表面的腐蝕產物去除乾淨，觀察試樣的金屬基體表面有無腐蝕坑，如果有，測量腐蝕坑的深度，當腐蝕坑的深度小於0.3時，進行下述步驟；
(六)以腐蝕年限為橫坐標，複合塗層的當量腐蝕面積為S，則S＝S1+0.5S2，以S為縱坐標，計算擬合出塗層腐蝕面積的一元二次方程式Y＝aX2+bX+c，確定方程式的各個項的係數，利用方程式預測塗層當量腐蝕面積達到100％時的年限，此處假設為a，確定所測試試樣複合防腐塗層的預期使用壽命年限為a。
本發明金屬管道複合防腐塗層預期使用壽命的預測方法，其中，在所述步驟(二)中，去掉所述試樣的包裝，將所述試樣立在所述試坑底部並用土壤固定好，相鄰兩所述試樣之間的間隔及所述試樣與典型地區的土壤邊緣之間的間隔均大於100mm。
本發明金屬管道複合防腐塗層預期使用壽命的預測方法，其中，在所述步驟(二)中製備所述試樣時，以金屬管為材料基體，首先在所述金屬管外電弧噴塗鋅塗層，鋅塗層單位重量為130g/m2～400g/m2，然後在所述鋅塗層上噴塗有機終飾塗層，所述有機終飾塗層厚度為70～150微米，然後將所述管道加工成所需的試樣尺寸，再對所述試樣進行封邊處理。
本發明金屬管道複合防腐塗層預期使用壽命的預測方法，其中，所述封邊處理具體包括：在所述管道裸露的四周區域刷塗含鋅量>85％的富鋅塗料，富鋅塗料的幹膜厚度大於60微米，富鋅塗料乾燥後，在富鋅塗料上刷塗有機塗層進行封邊，有機塗層的厚度為150～200微米，所述有機塗層和所述有機終飾塗層材料相同。
本發明金屬管道複合防腐塗層預期使用壽命的預測方法，其中，所述試樣尺寸為100×100mm。
本發明金屬管道複合防腐塗層預期使用壽命的預測方法，其中，在所述步驟(三)中，在泥土附著力較強時，用塑料材質的軟毛刷沾水涮洗泥土，直至將泥土去除。
本發明金屬管道複合防腐塗層預期使用壽命的預測方法，其中，所述預定的開挖年限分別為1年、2年、4年、6年。
本發明金屬管道複合防腐塗層預期使用壽命的預測方法，其中，所述典型地區的土壤分別為草甸潮土、酸性紅土、濱海鹽土及沙漠戈壁土
採用上述方案後，與現有技術相比由於本發明金屬管道複合防腐塗層預期使用壽命的預測方法中試件的開挖年限只需1年、2年、4年和6年，試驗時間短，並且預期使用壽命年限的推算藉助的公式簡單，需測量的參數少，試驗人員的工作量較小。
附圖說明
圖1是本發明金屬管道複合防腐塗層預期使用壽命的預測方法的擬合曲線圖。
具體實施方式
本發明金屬管道複合防腐塗層預期使用壽命的預測方法，該方法包括下述步驟：
(一)選取我國四個典型地區的土壤作為球墨鑄鐵管外塗層埋設實驗場所，土壤條件差別較大的四種典型地區土壤分別為草甸潮土、酸性紅土、濱海鹽土及沙漠戈壁土，在選取的四個典型地區的土壤內分別挖掘埋設試樣的試坑，試坑大小為2米長×2米寬×1.2米深，每個實驗站試坑數量為4個，即四個周期；
(二)將待測的金屬管道製成試樣並將試樣埋設在上述試坑內，金屬管道的材料基體為球墨鑄鐵管，首先在球墨鑄鐵管外面電弧噴塗鋅塗層，鋅塗層單位重量為130g/m2，然後在鋅塗層上噴塗有機終飾塗層，有機終飾塗層厚度為70～100微米，在加工車間將上述管道加工成所需的試樣尺寸，試樣大小為100×100mm，每種塗層每一周期製備平行樣數量為6個，對各試樣進行封邊處理，封邊處理方法為在試樣加工裸露的四周區域刷塗含鋅量>85％的富鋅塗料，富鋅塗料刷塗兩遍，保證其幹膜厚度大於60微米，富鋅塗料乾燥4個小時後，在富鋅塗料上刷塗與上述有機終飾塗層同種類的有機塗層進行封邊，其厚度為150～200微米，然後將上述試樣乾燥一周，使塗層完全乾燥，然後包裝、運輸至典型土壤實驗場所；去掉試樣包裝，將試樣按照種類順序立於試坑內，用土壤固定好，並壓實，相鄰兩試樣之間的間隔及試樣與典型地區的土壤邊緣之間的間隔均大於100mm，保證試樣周邊沒有空隙，同一種土壤內同種試樣埋設平行樣數量為6個，然後將挖掘出的土壤按原來的順序依次回填；
(三)按照預定的開挖年限依次開挖並檢測，開挖年限分別為1年、2年、4年、6年，
在每個試驗周期將上述試樣挖出後，仔細的清除試樣上的泥土，直至完全清除乾淨，在泥土附著力較強難以擦拭掉時，用塑料材質的軟毛刷沾適量水輕輕涮洗泥土，將之完全去除；
(四)將試樣放在乾燥箱中乾燥，試樣乾燥2小時後取出，利用計算機計算統計試樣表面紅色腐蝕區域佔試樣總表面積的比例S1、及試樣表面有機塗層剝落露出鋅層區域佔試樣總表面積的比例S2；
(五)將試樣表面的腐蝕產物完全去除，但不損傷試樣的金屬基體，觀察金屬基體上有無腐蝕坑，並測量腐蝕坑的深度，確認各處發生紅色腐蝕鏽跡處測量的點蝕坑深度為均小於0.3mm；
(六)以腐蝕年限為橫坐標，複合塗層的當量腐蝕面積為S，S＝S1+0.5S2，以S為縱坐標，計算擬合出塗層腐蝕面積的一元二次方程式Y＝aX2+bX+c，確定方程式的各個項的係數，利用方程式預測塗層當量腐蝕面積達到100％時的年限，此處假設為a，確定所測試試樣複合防腐塗層的預期使用壽命年限為a。
按照上述方法確定的塗層使用壽命預測方法，僅適用於犧牲陽極金屬塗層+有機塗層的複合防腐塗層防腐體系，而這種防腐體系為金屬管道系統所普遍採用，用上述方法對犧牲陽極金屬塗層+有機塗層的複合防腐塗層的壽命進行預測具有廣闊的市場應用空間。
另外，用上述方法預測犧牲陽極金屬塗層+有機塗層的複合塗層預期使用壽命具有很好的理論依據，犧牲陽極塗層一般為金屬性活潑的金屬，電位較所保護的基體為負，容易優先發生腐蝕而保護基體，在陽極塗層腐蝕消耗完畢前，被保護的基體金屬腐蝕輕微，一般無點蝕坑的存在。例如在鋅層上塗覆封閉有機層，如Zn+瀝青塗層，瀝青有機塗層屏障在環境溫度變化和土壤應力的作用下發生很多微小的裂紋，裂紋處和安裝運輸造成的局部破損處水分和氧氣滲入和鋅層反應，生成腐蝕產物ZnO和Zn(OH)2，Zn(OH)2和CO2進一步反應生成ZnCO3，而ZnCO3腐蝕產物較為緻密，腐蝕溶解速度較慢，控制鋅層以一個較低的腐蝕速率進行腐蝕反應，而且，鋅層和球墨鑄鐵組成電偶對，即使局部鋅層腐蝕完畢，其他部位的鋅層在電偶對的作用下組成腐蝕原電池，保護了局部裸露的鐵，局部裸露的鐵的腐蝕速率很低，當球墨鑄鐵管外壁的鋅層幾乎腐蝕殆盡的時候，球墨鑄鐵管外壁金屬腐蝕速度才增加，發生明顯腐蝕，出現腐蝕坑等。
國外研究表明，單純的瀝青塗層難免會在安裝完後有所破損，而破損的塗層對基體保護效果很低，有研究者指出稍微破損的瀝青塗層一年後在破損處發生了嚴重的腐蝕即點蝕，而在有鋅塗層的情況下，點蝕就很難發生。
當量腐蝕面積確定的理論依據為，試樣表面發現紅色鏽蝕的地方鋅層耗盡，而剝落面積為零星剝落區域面積的疊加，不同剝落區域鋅層處於不同程度的腐蝕狀態，這是由於不同剝落區域瀝青剝落時間隨機分布，所以不同剝落區域鋅層的腐蝕深度亦隨機分布，但是其殘餘厚度為0～1倍的初始厚度，故瀝青塗層剝落範圍內鋅層消耗為剝落面積的0.5倍，即剝落面積的當量腐蝕面積為剝落面積的0.5倍。用上述發明方法判定犧牲陽極金屬塗層+有機塗層的複合防腐塗層的預期壽命具有良好的理論依據。
實施例一
濱海鹽土內球墨鑄鐵管鋅+a有機塗層試樣腐蝕實驗數據如下表：
將上述濱海鹽土球墨鑄鐵管鋅+a有機塗層試樣的腐蝕數據代入計算軟體中進行曲線擬合，得到擬合曲線如圖1所示，
擬合曲線方程為Y＝0.16951+1.41706X+0.19264X2
擬合情況：相關係數R-Square(COD)＝0.9975P＝0.003
當Y＝100時，X＝19.4年，即球墨鑄鐵管鋅+a有機塗層試樣在濱海鹽土土壤環境中的預期服役壽命約為20年。
實施例2
濱海鹽土內球墨鑄鐵管鋅+b有機塗層試樣腐蝕實驗數據如下表：
擬合曲線方程為Y＝0.08426+2.65599X+0.05754X2
擬合情況：相關係數R-Square(COD)＝0.99966P＝0.018
當Y＝100時，X＝24.6年，即球墨鑄鐵管鋅+b有機塗層試樣在濱海鹽土土壤環境中的預期服役壽命約為25年。
採用上述方法，對各個典型土壤地區的複合塗層預期服役壽命進行計算評估，得到了各塗層在相應腐蝕環境下的使用壽命計算評估值，如下表所示：
以上所述實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明的權利要求書確定的保護範圍內。