PROTECTIVE COATINGS
INNOVATIONS
EVALUATION OF COATING AGEING TESTS IN RELATION TO CATHODIC DISBONDMENT RESULTS FOR UNDERGROUND PIPELINES. Valutazione di prove di invecchiamento del rivestimento in relazione ai risultati di distacco catodico per tubazioni interrate
Abstract:
Abstract
Damage to pipe coating is almost unavoidable during transportation and construction and breaks or holidays in pipe coatings may expose the pipe to possible corrosion. Cathodic protection systems are installed to act as a back-up for coating imperfections. However, cathodic protection systems interact with the coating by chemical and physical phenomenons, leading to cathodic disbondment of the coating. Corrosion may occur underneath the disbonded coating, which is a risk for pipeline owners. Testing of cathodic disbondment of all types of “conventional coatings” often reveal disbondment to a certain extent. Contrary to this, Stopaq coating systems do not show any disbondment at all, due to the unique self-healing effect of small defects. Testing of cathodic disbondment is always done on new applied coatings and are tested for a short period of time, e.g. 30 days. Lifetime expectancy of pipelines however are much longer, typically
Danni al rivestimento di una tubazione sono quasi inevitabili durante il suo trasporto e la messa in opera, e rotture o discontinuità nel suo rivestimento possono esporre la tubazione stessa a una possibile corrosione. I sistemi di protezione catodica sono installati per agire come supporto alternativo alle imperfezioni del rivestimento. Tuttavia, i sistemi di protezione catodica interagiscono con il rivestimento attraverso fenomeni chimici e fisici, portando al distacco catodico del rivestimento. La corrosione può verificarsi al di sotto del rivestimento distaccato, il che rappresenta un rischio per i proprietari di condotte. Le misurazioni del distacco catodico di qualsiasi tipo di “rivestimento convenzionale” spesso rivelano un distacco parziale. Contrariamente a questo, I sistemi di rivestimento Stopaq non mostrano alcun distacco, grazie al proprio effetto autoriparante dei piccoli difetti. Le misurazioni del distacco catodico vengono sempre rilevate su rivestimenti appena applicati e sono misurati per un breve periodo di tempo, ad es. 30 giorni. Le aspettative di vita utile delle tubazioni, tuttavia, sono mol-
32 APRIL 2012
Erik Broesder, Stopaq b.v., Stadskanaal, the Netherlands
30 years or more. During its lifetime, a coating will age and loose essential properties such as adhesive strength. This can be simulated by Hot Water Immersion testing followed by peel-testing. Results obtained with cathodic disbondment testing do not make much sense if over time the coating spontaneously disbonds by ageing processes. Stopaq coating systems have proved not to be vulnerable to ageing in Hot Water Immersion tests; values obtained with peel testing after Hot Water Immersion at Tmax + 20°C for 100 days were similar to values obtained with non-aged test specimens and the self-healing effect - a typical property of Stopaq coating systems - still completed within the expected period of time.
to più lunghe, tipicamente 30 anni o più. Durante la loro vita utile, un rivestimento invecchierà e perderà proprietà essenziali come la forza adesiva. Questo può essere simulato con il test dell’immersione in acqua bollente seguita da peel test. I risultati ottenuti con la misurazione del distacco catodico non hanno un grande significato se nel tempo il rivestimento si distacca spontaneamente a causa dei processi di invecchiamento. I sistemi di rivestimento Stopaq hanno dimostrato di essere invulnerabili all’invecchiamento nei test di immersione in acqua bollente; i valori ottenuti con il peel test dopo immersione in acqua bollente a Tmax + 20°C per 100 giorni erano simili ai valori ottenuti con campioni non invecchiati e l’effetto autoriparante – una caratteristica tipica dei sistemi di rivestimento Stopaq – era ancora completo all’interno del periodo di tempo previsto.
Introduction Oil and gas transport pipelines are mostly constructed of carbon steel, which mainly consists of iron. This is by far the favourite material for these kind of pipelines, because it has many advantages over other types of materials. However, carbon steel is vulnerable to several types corrosion, caused by all kind of influences from the environment.
Introduzione
Steel pipelines - Prevention of corrosion
Tubazioni in acciaio – Prevenzione della corrosione
The most common type of iron corrosion is atmospheric corrosion. This is an electrochemical process in which a few dozens of chemical reactions have been identified (1). In these reactions two other molecules are involved: water and oxygen. To prevent corrosion, different types of measures can be taken. The two most used measures are: 1) Coating of the steel substrate and 2) Cathodic protection (with underground pipelines); these are often used in combination with each other. But how does this all work? The function of the coating is preventing water and oxygen from reaching the steel substrate. When these molecules are not present, corrosion of iron cannot happen. To achieve this the coatings should be impermeable for water and oxygen. Special attention should also be given to application of the coating; improper application may leave parts of the steel surface uncovered and when water and oxygen can reach the steel, e.g. through voids in the coating, corrosion will occur. Cathodic protection is a method in which the potential of a system is forced towards less corrosive values, thereby preventing the electrochemical corrosion reactions to occur. This is often accomplished by applying current from an external electrical power source (impressed current)or sometimes by using a sacrificial anode.
Il tipo più comune di corrosione ferrosa è quella atmosferica. Si tratta di un processo elettrochimico di cui sono state identificate poche dozzine di reazioni chimiche(1). Queste reazioni includono altre due molecole: acqua e ossigeno. Per prevenire la corrosione, si possono adottare metodi diversi. I due metodi più utilizzati sono: 1) rivestimento del substrato in acciaio e 2) protezione catodica (con le tubazioni interrate); questi due metodi sono spesso utilizzati insieme. Ma come funziona tutto questo? La funzione del rivestimento è quella di prevenire che acqua e ossigeno raggiungano il substrato di acciaio. Quando queste molecole non sono presenti, la corrosione del ferro non si verifica. Per ottenere ciò è necessario che il rivestimento sia impermeabile all’acqua e all’ossigeno. Si deve inoltre prestare particolare attenzione all’applicazione del rivestimento; un’applicazione impropria può lasciare parti della superficie in acciaio non ricoperte e quando acqua e ossigeno raggiungono l’acciaio, ad es. attraverso parti prive di rivestimento, si verifica la corrosione. La protezione catodica è una tecnica in cui il potenziale di un sistema è forzato verso valori meno corrosivi, prevenendo così il verificarsi delle reazioni di corrosione elettrochimica. Solitamente ciò si ottiene applicando corrente da una sorgente di energia elettrica esterna (corrente impressa) o talvolta utilizzando un anodo sacrificale.
Coating defects and CP
Difetti del rivestimento e PC
Damage to pipe coating is almost unavoidable during transportation and construction (2) due to the often heavy loads involved, machinery and equipment used, and - sometimes - bad practices in the field. Some of the coating defects encountered are poor surface cleaning, inclusions in the coating, poor application, mechanical damages,
Danneggiamenti al rivestimento di una conduttura sono praticamente inevitabili durante il trasporto e la costruzione(2) a causa dei pesanti carichi coinvolti, dei macchinari e delle apparecchiature impiegate, e talvolta – a causa di procedure scorrette in cantiere. Alcuni dei difetti riscontrati nel rivestimento sono una scarsa pulizia superficiale, inclusi-
Gli oleodotti e i gasdotti sono costruiti principalmente con acciaio al carbonio, ossia ferro. Questo è di gran lunga il materiale preferito per questo tipologia di condutture, poiché ha molti vantaggi rispetto ad altre tipologie di materiali. Tuttavia, l’acciaio al carbonio è vulnerabile a diversi tipi di corrosione, causata da ogni tipo di influenza ambientale.
33 APRIL 2012
PROTECTIVE COATINGS
INNOVATIONS
damages caused by soil loading, and loss of adhesion over time (3). Breaks or holidays in pipe coatings may expose the pipe to possible corrosion, since after a pipe has been installed underground, the surrounding earth will be more or less moisture-bearing and it constitutes an effective electrolyte. This is where the cathodic protection systems comes into action; it acts like a back-up for coating imperfections.
oni nel rivestimento, un’applicazione scadente, danni meccanici, danni causati dal carico di terra, e perdita di adesione nel tempo (3). Rotture o vuoti nei rivestimenti delle tubazioni possono esporrle a una possibile corrosione, dal momento che dopo l’installazione sottoterra, la terra circostante sarà più o meno umida e costituirà quindi un efficace elettrolita. È qui che entra in gioco il sistema di protezione catodica; agisce come un supporto alle imperfezioni del rivestimento.
Interaction of coatings and CP
Interazione di rivestimenti e PC
The CP-current causes several chemical reactions to occur at the bare steel. These chemical reactions can affect the properties of the coating surrounding the coating defect. The major chemical reaction is: 2 H2O + 2 e- → 2 OH- + H2(g) This chemical reaction causes interaction with the coating: 1) Formation of hydrogen gas bubbles near or under the edge of the coating causing lifting of the coating, and 2) formation of hydroxyl-ions causing leaching of the coating and/or adhesive of the coating, thereby changing properties of the coating that are essential for proper adhesion to steel. Over time this will lead to disbondment of the coating to a certain extent, which is called cathodic disbondment. The disbonded coating will act as an electrically insulating shield on top of the steel underneath and this part of the steel surface is not protected by the CP-current because the current cannot reach the steel; this is called cathodic shielding. Soils and electrolytes can enter the void between the disbonded coating and the steel and may cause corrosion underneath the disbonded coating. Corrosion is a risk for pipeline owners; they like to minimize risks and, if any, like to have the risks “in control”. Therefore it is of major importance that they know to what extent a coating is resistant to cathodic disbondment.
La corrente di PC innesca alcune reazioni chimiche sull’acciaio nudo. Queste reazioni chimiche possono influenzare le proprietà del rivestimento che circonda il difetto nel rivestimento. La reazione chimica principale è: 2 H2O + 2 e- → 2 OH- + H2(g) Questa reazione chimica comporta delle interazioni con il rivestimento: 1) Formazione di bolle di gas idrogeno vicino o sotto il bordo del rivestimento che ne causa il sollevamento, e 2) Formazione di ioni idrossile che causano la separazione e/o l’adesione del rivestimento, cambiandone quindi le proprietà essenziali per una adesione appropriata all’acciaio. Col tempo questo porterà a un distacco parziale del rivestimento, chiamato distacco catodico. Il rivestimento distaccato agirà come scudo isolante elettrico sulla superficie sottostante di acciaio e questa parte della superficie di acciaio non è protetto dalla corrente di PC perché la corrente non può raggiungere l’acciaio; questo si chiama schermatura catodica. Terriccio ed elettroliti possono penetrare il vuoto tra il rivestimento distaccato e l’acciaio e ciò può causare corrosione sotto al rivestimento distaccato. La corrosione è un rischio per i proprietari di tubazioni; sono inclini a minimizzare il rischio e, nel caso, amano avere il rischio “sotto controllo”. Quindi è di grandissima importanza che essi sappiano fino a che punto un rivestimento è resistente al distacco catodico.
34 APRIL 2012
Erik Broesder, Stopaq b.v., Stadskanaal, the Netherlands
Testing of cathodic disbondment
Misurazione del distacco catodico
For testing of resistance to cathodic disbondment, a few dozen different standards are available, see e.g. NACE paper no. 07022. They are published by several institutes all over the world, e.g. ASTM (2), (4), (5), (6), CEN (Europe) (7), CSA (8), ISO (9), (10), and many others. Furthermore, several standards are modified by oil and gas companies for specific applications. Selecting an appropriate standard depends on a lot of variables. They mainly differ in applied potential, temperature, electrolyte used, dimension of the artificial damage, test duration, and - of course – specific circumstances in the field. Besides that, many of the standards available are used to compare coatings mutually but do not state requirements on maximum allowed cathodic disbondment. In contrary to this, ISO 21809-3 and EN 12068 list requirements for several types of coatings. Furthermore, selecting an appropriate standard implies considerations about several aspects, e.g.: − most of the standards have a test duration varying between 28 and 90 days. However, life expectancy of most pipelines in operation is longer than that; 30 years is rather short, examples of 50 years or even 70 years are known. − ASTM-G8 quote: “the test methods are intended for use with samples of coated pipe taken from commercial production.” Laboratory tests should thus be done on pipes as used at construction site and not on laboratory samples like plat panels of steel − ASTM-G8 quote: “Apparently loosened coating and cathodic holidays may not result in corrosion.” What are we testing for then... Corrosion is a risk, disbondment is not… − ASTM-G8 quote: “all dielectric type coatings now in common use will disbond to some degree.” Choosing an alternative coating may not solve the problem then. However, Stopaq is different... Tests are carried out according to the selected test method, which prescribes 1) the scope, 2) significance and use, 3) apparatus used, 4)type of reagents, 5) materials used, 6) test specimen including dimensions and preparation, 7) the test method and 8) reporting. In all tests an artificial damage is made in the coating all the way to the bare steel; the dimension of this defect depends on the standard used. The bare steel in the damage is brought into contact with the electrolyte, either by immersing the test specimen into the electrolyte or by attaching a cell containing the electrolyte over the damaged spot. An inert counter electrode (anode) and a reference electrode are also immersed in the electrolyte. The test specimen and the counter electrode are connected to an adjustable power supply. The power supply is switched on and adjusted until the potential measured between the reference electrode and the test specimen reaches the required value. Adjusting of the applied potential must be done frequently and the current must be recorded also. Remark: ISO 21809-3 recommends the use of a potentiostat,
Per la misurazione della resistenza al distacco catodico, sono disponibili alcune dozzine di normative diverse, ad es. documento NACE n°. 07022. Sono stati pubblicati da diversi istituti in tutto il mondo, ad es. ASTM (2), (4), (5), (6), CEN (Europa) (7), CSA (8), ISO (9), (10), e molti altri. Inoltre, alcune normative sono state modificate dalle aziende del petrolio e del gas per applicazioni specifiche. Selezionare la normativa appropriata dipende da molte variabili. Principalmente differiscono per il potenziale applicato, la temperatura, l’elettrolita utilizzato, la dimensione del danno artificiale, la durata del test, e - naturalmente – da specifiche circostanze in cantiere. Oltre a questo, molte delle normative disponibili sono usate per comparare reciprocamente i rivestimenti ma non indicano requisiti sul distacco catodico massimo consentito. Al contrario, ISO 21809-3 ed EN 12068 elencano requisiti per svariate tipologie di rivestimenti. Inoltre, selezionare la normativa adeguata implica fare delle considerazioni su svariati aspetti, ad es.: − La maggior parte delle normative prevede una durata della prova variabile fra 28 e 90 giorni. Tuttavia, l’aspettativa di vita della maggior parte delle tubazioni in opera è ben più lunga; 30 anni è piuttosto breve, si conoscono esempi di 50 o anche 70 anni. − ASTM-G8 cita: “le metodologie di prova sono da intendere con l’utilizzo di campioni di tubazione rivestita presi dalla produzione commerciale.” Le prove di laboratorio dovrebbero quindi essere condotte su tubazioni così come sono impiegate presso i siti costruttivi e non su campioni di laboratorio come lamierini di acciaio… − ASTM-G8 cita: “rivestimenti apparentemente allentati e vuoti catodici possono anche non risultare in una corrosione.” Perché stiamo conducendo delle prove, allora... La corrosione è un rischio, il distacco no … − ASTM-G8 cita: “tutte le tipologie di rivestimenti dielettrici attualmente di uso comune si distaccheranno parzialmente”. Scegliere un rivestimento alternativo può non risolvere il problema, allora. Tuttavia, Stopaq è diverso... Le prove sono condotte secondo il metodo di prova selezionato, che prevede 1) lo scopo, 2) significato ed utilizzo, 3) apparati utilizzati, 4) tipo di reagenti, 5) materiali utilizzati, 6) campioni di prova incluso dimensioni e preparazione, 7) metodologie di prova e 8) reporting. In tutti i test viene provocato un danno artificiale nel rivestimento fino all’acciaio nudo; la dimensione di questo difetto dipende dalla normativa utilizzata. L’acciaio nudo nel danno è portato a contatto dell’elettrolita, sia immergendo il campione di prova nell’elettrolita sia attaccando una cella contenente l’elettrolita sul punto danneggiato. Un controelettrodo inerte (anodo) e un elettrodo di riferimento sono immersi nell’elettrolita. Il campione di prova e il controelettrodo sono connessi a una sorgente di elettricità regolabile. L’alimentatore è acceso e regolato finché il potenziale misurato tra l’elettrodo di riferimento e il campione di prova raggiunge il valore richiesto. La regolazione del potenziale applicato deve essere frequente e si deve registrare anche la corrente. Nota: ISO 21809-3 raccomanda l’utilizzo di un potenziostato, dal mo-
35 APRIL 2012
PROTECTIVE COATINGS
INNOVATIONS
such equipment being able of controlling the applied voltage continuously and recording the current at specified intervals. Immediately after switching on the power supply, chemical reactions will occur. At the damaged spot of the test specimen, the same reaction takes place as in cathodic protection: 2 H2O + 2 e- → 2 OH- + H2(g) At the anode two counter reactions will occur: 2 H2O + → 4 e- + 4 H+ + O2(g) 2 Cl- → 2 e- + Cl2(aq) The aqueous chlorine molecules will diffuse towards the cathode, where another chemical reaction will occur: 2 OH- + Cl2(aq) → ClO-+ Cl- + H2O Chlorine and hypochlorite-ions are known for their oxidative properties towards various kinds of organic materials. Most coating materials contain a significant percentage of organic materials and contact with these oxidizing agents may lead to deterioration and loss of essential properties of the coating, thereby worsening the results of cathodic disbondment testing. In real practice, the anode of a cathodic protection system is placed far away from the object to be protected, often at least a few hundreds of meters. It is therefore very unlikely that the generated chlorine molecules will diffuse towards damaged spots on the pipe; deterioration of the coating by chlorine/hypochlorite is also unlikely to happen in real practice. Nevertheless, it can be assumed that results obtained with test methods using chloride salt solutions differ from situations with cathodic disbondment in practice. The test is terminated after the prescribed period of time. The test specimen is then disconnected and disbondment of the coating is visually inspected by making radial cuts in the coating surrounding the damaged spot, followed by gentle lifting of the coating. The area of disbondment is measured and recorded. Requirements for maximum allowed disbondment as stated in e.g. ISO 21809-3 varies per type of coating, e.g. hot applied bituminous tapes and petrolatum tapes ≤ 20 mm, polymeric tapes ≤ 15 mm, PEbacked heat shrinkable coating without primer (type 2A-1) ≤ 10 mm, , liquid epoxy ≤ 8 mm, liquid polyurethanes ≤ 8 mm, and elastomeric coatings ≤ 7 mm.
mento che l’apparecchiatura è in grado di controllare continuamente il voltaggio applicato e registrare la corrente a intervalli specifici. Immediatamente dopo l’accensione dell’alimentatore elettrico, si verificheranno le reazioni chimiche. Presso il punto danneggiato del campione di prova, la stessa reazione ha luogo come nella protezione catodica: 2 H2O + 2 e- → 2 OH- + H2(g) Presso l’anodo si verificano due contro reazioni: 2 H2O + → 4 e- + 4 H+ + O2(g) 2 Cl- → 2 e- + Cl2(aq) Le molecole acquose di cloro si diffondono verso il catodo, dove si verifica un’ulteriore reazione chimica: 2 OH- + Cl2(aq) → ClO-+ Cl- + H2O Ioni di cloro e di ipoclorito sono conosciuti per le loro proprietà ossidative verso vari tipi di materiali organici. La maggior parte dei materiali di rivestimento contengono una percentuale significativa di materiali organici e il contatto con questi agenti ossidanti possono condurre al deterioramento e alla perdita di proprietà essenziali del rivestimento, di conseguenza peggiorando i risultati della prova di distacco catodico. Nella pratica reale, l’anodo di un sistema di protezione catodica è posizionato lontano dall’oggetto da proteggere, spesso ad almeno alcune centinaia di metri. È quindi molto improbabile che le molecole di cloro generate si diffonderanno verso i punti danneggiati sulla tubazione; nella pratica reale è improbabile che si verifichi anche il deterioramento del rivestimento a causa di cloro/ipoclorito. Nonostante ciò, si può presumere che i risultati ottenuti con le metodologie di prova utilizzando la soluzione di sali di cloro differisce con il distacco catodico nella pratica. La prova termina dopo il periodo di tempo prescritto. Il campione di prova è poi disconnesso e il distacco del rivestimento è controllato visivamente con tagli radiali nel rivestimento circostante al punto danneggiato, seguito da un leggero sollevamento del rivestimento. L’area di distacco è misurata e registrata. I requisiti di distacco massimo consentito come indicato ad es. da ISO 21809-3 variano per tipologia di rivestimento, ad es. nastri bituminosi applicati a caldo e nastri di petrolato ≤ 20 mm, nastri polimerici ≤ 15 mm, rivestimenti PE restringibili a caldo senza primer (tipo 2A-1) ≤ 10 mm, rivestimenti epossidici liquidi ≤ 8 mm, poliuretanici liquidi ≤ 8 mm, ed elastomerici ≤ 7 mm.
Stopaq Coating Systems
I sistemi di rivestimento Stopaq
Stopaq coating systems comprise of at least two layers with different functions. The first layer is a corrosion preventing material that is applied directly onto the bare steel of the object to be coated, e.g. Stopaq Wrappingband (various types). The second layer is a flexible mechanical protective material applied on top of Stopaq Wrappingband, e.g. Stopaq High Impact Shield or Stopaq Outerwrap (various types). This material is applied with tension, thereby generating some pressure on the layer of Stopaq Wrappingband. Stopaq Wrappingband is based on pure polyisobutene, which has
I sistemi di rivestimento Stopaq consistono di almeno due strati con funzioni diverse. Il primo strato è un materiale che previene la corrosione applicato direttamente sull’acciaio nudo del manufatto da rivestire, ad es. Stopaq Wrappingband (varie tipologie). Il secondo strato è un materiale flessibile di protezione meccanica applicato sopra allo Stopaq Wrappingband, ad es. Stopaq High Impact Shield o Stopaq Outerwrap (varie tipologie). Questo materiale è applicato in tensione, di conseguenza genera pressione sullo strato di Stopaq Wrappingband. Quest’ultimo è basato su poliisobutene puro, che possiede proprietà vantaggiose se utilizzato come rivestimento:
36 APRIL 2012
Erik Broesder, Stopaq b.v., Stadskanaal, the Netherlands
properties that are beneficial in coating applications: − Polyisobutene (and the Wrappingband compound made thereof) is a liquid with high viscosity and glass transition temperature of -67°C, giving it cold-flow properties, beneficial for 100% coverage of bare steel surfaces. − Very low permeability for water and oxygen; beneficial for preventing corrosion reactions of iron. − No reactive chemical groups; resulting in excellent chemical resistance and supreme resistance to ageing and weathering. − Adhesion by vanderWaals-forces; resulting in excellent adhesion to various types of substrates like steel, PE, PP, FBE and others. Due to this, surface preparation is less critical than with all types of other coatings. Results in cathodic disbondment testing of Stopaq coating systems as described above differ significantly from “conventional coatings”. In execution of the test, an artificial defect is made in the coating system. Due to the liquid nature of the Stopaq Wrappingband compound and the compressing action of the flexible mechanical protective layer on top of it, self-healing of the defect will occur. The liquidlike compound of Wrappingband is pushed towards the defect, thereby sealing the opening within a short period of time. Completion of the self-healing effect depends on temperature; at a temperature of 20°C self-healing of a coating system comprising Wrappingband CZH and Outerwrap PVC takes less than a day, but at 70°C it is completed within an hour. After completion, the current consumed in the cathodic disbondment test will drop to zero, the chemical reactions will stop and the cathodic disbondment process is ceased also. Inspection after termination of the test shows cathodic disbondment is 0 mm or - actually - a negative figure since the compound has covered the area of the initial defect also. Therefore, Stopaq coating systems distinguish in a positive way from “conventional coatings”. The result of cathodic disbondment testing is 0 mm, caused by occurrence of self-healing effect.
− Poliisobutene (e il composto Wrappingband di cui è costituito) è un liquido con elevate viscosità e temperatura di transizione vetrosa di -67°C, che gli attribuisce proprietà di fluidità a freddo, positivo per una copertura al 100% delle superfici di acciaio nudo. − Permeabilità molto bassa ad acqua e ossigeno; positivo per prevenire le reazioni corrosive del ferro. − Nessun gruppo chimico reattivo che dà luogo a un’eccellente resistenza chimica e a una suprema resistenza all’invecchiamento e al deterioramento in esterno. − Adesione grazie ai legami di vanderWaals che dà luogo ad un’eccellente adesione a vari tipi di substrato come acciaio, PE, PP, FBE e altri. Grazie a ciò, la preparazione superficiale è meno critica rispetto a quella con tutti gli altri tipi di rivestimento. I risultati delle prove di distacco catodico dei sistemi protettivi Stopaq come descritti sopra differiscono significativamente dai “rivestimenti tradizionali”. Nell’esecuzione dei test, un difetto artificiale viene provocato nel sistema di rivestimento. Grazie alla natura liquida del composto Stopaq Wrappingband e all’azione di compressione dello strato protettivo meccanico sopra ad esso, si verifica un’autoriparazione del difetto. Il composto simile al liquido del Wrappingband viene spinto verso il difetto, e sigilla in questo modo l’apertura in breve tempo. Il completamento dell’effetto autoriparante dipende dalla temperatura; ad una temperatura di 20°C l’autoriparazione di un sistema di rivestimento che comprende Wrappingband CZH e Outerwrap PVC impiega meno di un giorno, ma a 70°C si completa entro un’ora. Dopo il completamento, la corrente consumata nella prova di distacco catodico precipiterà a zero, le reazioni chimiche si interromperanno e il processo di distacco catodico cesserà. Il controllo dopo la fine della prova mostra che il distacco catodico è di 0 mm è - di fatto- un valore negativo dal momento che il composto ha coperto anche l’area della difettosità iniziale. Di conseguenza, il sistema di rivestimento Stopaq si distingue in modo positivo dai “rivestimenti tradizionali”. Il risultato della misurazione del distacco catodico è 0 mm, grazie al verificarsi dell’effetto autoriparante.
37 APRIL 2012
PROTECTIVE COATINGS
INNOVATIONS
Ageing of coatings
Invecchiamento dei rivestimenti
All coatings are vulnerable to ageing, caused by a variety of influences such as thermal stress (fluctuations in operational temperatures), mechanical stress (vibrations), exposure to ambient conditions (wet / dry cycles, freeze / thaw cycles). The effects caused are changes in compositions and loss of essential properties. Standards are available for evaluation of coating properties after ageing (9). An often used method is adhesion testing after Hot Water Immersion. A test specimen is placed in water for a determined period of time at an elevated temperature, often at or above maximum service temperature of the coating. After this ageing period the adhesion is tested using an appropriate method. It is a well-known fact known that with testing of several types of coating, adhesion properties will have deteriorated significantly after Hot Water Immersion testing (11). Below are some examples of peel test values, compared to initial values of non-aged samples (100%): − FBE coating (unknown type) tested @ 95°C: after 60 days only 40% of adhesion / peel force was left and after 120 days only 29% of adhesion / peel force was left. − 3 layer Heat Shrinkable Sleeve (unknown type) tested @ 80°C: after 60 days adhesion / peel force had increased to 124% was left, but after 120 days only 56% of adhesion / peel force was left. − 2LPE pipeline coating (unknown type) tested @ 60°C: after 60 days the coating had fallen off (0% left) and same result was found after 120 days. − PE tape with pressure sensitive adhesive (unknown type) tested @ 60°C: after 60 days 80% of adhesion / peel force was left and after 120 days only 40% of adhesion / peel force was left. A test specimen coated with a Stopaq coating system comprising Wrappingband CZH and Outerwrap PVC was also subjected to Hot Water Immersion testing. It was aged for 100 days @ 90°C (=Tmax + 20°C) and subsequently adhesion / peel force was tested. The obtained value was the same as found with non-aged samples: 100%! Furthermore, occurrence of self-healing was tested also after Hot Water Immersion 100 days @ 90°C. This was completed within the expected period of time for this coating system.
Tutti i rivestimenti sono vulnerabili all’invecchiamento, a causa di una varietà di influenze quail lo stress termico (le fluttuazioni nelle temperature operative), gli stress meccanici (vibrazioni), l’esposizione a condizioni ambientali (cicli caldo/ freddo, ciclo gelo/disgelo). Gli effetti causati sono I cambiamenti nelle composizioni e la perdita di proprietà essenziali. Sono disponibili normative per la valutazione delle proprietà del rivestimento dopo l’invecchiamento (9). Un metodo usato frequentemente è il test di adesione dopo immersione in acqua bollente. Un campione di prova viene posizionato in acqua per un determinato periodo di tempo ad una temperature elevata, spesso corrispondente alla o maggiore della temperatura di servizio del rivestimento. Dopo questo periodo di invecchiamento si testa l’adesione utilizzando un metodo appropriato. È risaputo, grazie alle misurazioni di svariate tipologie di rivestimenti, che le proprietà di adesione si deteriorano significativamente dopo la prova di immersione in acqua bollente (11). Seguono alcuni esempi di valori di peel test, paragonati ai valori iniziali dei campioni non invecchiati (100%): − Rivestimento FBE (tipo sconosciuto) testato a 95°C: dopo 60 giorni rimaneva solo il 40% della forza di adesione e dopo 120 giorni solo il 29%. − Guaina a tre strati 3 restringibile a caldo (tipologia sconosciuta) testate a 80°C: dopo 60 giorni la forza di adesione è aumentata del 124%, ma dopo 120 giorni rimaneva solo il 56% della forza di adesione. − Rivestimento 2LPE per tubazioni (tipo sconosciuto) testato a 60°C: dopo 60 giorni il rivestimento è caduto (avanzato 0%) e lo stesso risultato è stato trovato dopo 120 giorni. − Nastro PE adesivo sensibile alla pressione (tipologia sconosciuta) testato a 60°C: dopo 60 giorni avanzava l’80% della forza di adesione e dopo 120 giorni solo il 40%. Un campione di prova rivestito con il sistema Stopaq comprendente Wrappingband CZH e Outerwrap PVC è stato sottoposto alla prova di immersione in acqua bollente. È stato invecchiato per 100 giorni a 90°C (=Tmax + 20°C) ed è stata misurata la forza di adesione rimasta. Il valore ottenuto era il medesimo trovato sui campioni non invecchiati: 100%! Inoltre, è stato testato il verificarsi dell’autoriparazione dopo immersione in acqua bollente per 100 giorni a 90°C. questa si è completata entro il periodo di tempo previsto per questo sistema di rivestimento.
Conclusioni: invecchiamento del rivestimento in relazione al distacco catodico
Conclusion: coating ageing related to cathodic disbondment Coatings are subjected to Cathodic Disbondment tests to evaluate the risks for pipeline owners. These tests are often conducted with new applied coatings and the duration of such tests is far less than the life expectancy of a pipeline. All coatings are vulnerable to ageing and Hot Water Immersion testing is a way to simulate the behavior of coatings over time. However, results obtained with cathodic disbondment testing do not make much sense if over time the coating spontaneously disbonds by ageing processes.
I ivestimenti sono sottoposti a prove di distacco catodico per valutare i rischi per i proprietari di gasdotti e oleodotti. Queste prove sono spesso condotte su rivestimenti appena applicati e la durata di tali test è di molto inferiore alle aspettative di vita di una conduttura. Tutti i rivestimenti sono vulnerabili all’invecchiamento e il test di immersione in acqua bollente è un modo per simulare il comportamento dei rivestimenti nel tempo. Tuttavia, I risultati ottenuti con le misurazioni del distacco catodico non hanno molto senso se nel tempo il rivestimento si distacca spontaneamente a causa dei processi di invecchiamento.
38 APRIL 2012
Erik Broesder, Stopaq b.v., Stadskanaal, the Netherlands
Stopaq coating systems comprising Wrappingband and a flexible mechanical protective layer distinguish in a positive way from conventional types of coating. Cathodic disbondment of such coating systems is 0 mm, caused by the self-healing effect. After Hot Water Immersion test of 100 days at 90°C the adhesion properties are not influenced and the self-healing effect is still present.
I sistemi di rivestimento Stopaq che comprendono Wrappingband e uno strato protettivo meccanico si distinguono in modo positivo dagli altri tipi di rivestimento convenzionali. Il distacco catodico di tali sistemi di rivestimento è 0 mm, grazie al loro effetto autoriparante. Dopo test di immersione in acqua bollente per 100 giorni a 90°C le proprietà di adesione non sono influenzate e l’effetto di autoriparazione è ancora presente.
Literature 1. Roberge, Pierre R. Corrosion Basics - An Introduction (2nd ed.). Houston, Texas, USA : NACE International, 2006. 2. ASTM G8 - 96. Standard Test Methods for Cathodic Disbondment of Pipeline Coatings. West Conshohocken, PA, USA: ASTM International, 2003. 3. Argent, Dr. Colin, et al., et al. Macaw’s Pipeline defects. Newcastle upon Tyne, UK: Yellow Pencil Marketing Co. Ltd., 2003. ISBN 0-9544295-0-8. 4. ASTM G42 - 96. Standard Test Method for Cathodic Disbonding of Pipeline Coatings Subjected to Elevated Temperatures. West Conshohocken, PA, USA: 2003. 5. ASTM G80 - 07. Standard Test Method for Specific Cathodic Disbonding of Pipeline Coatings. West Conshohocken, PA, USA: ASTM International, 2007. 6. ASTM G95 - 07. Standard Test Method for Cathodic Disbondment Test of Pipeline Coatings (Attached Cell Method). West Conshohocken, PA, USA: 2007.
7. CEN - European Committee for Standardization. EN 12068. Cathodic protection - External organic coatings for the protection of buried or immersed steel pipelines used in conjunction with cathodic protection - Tapes and shrinkable materials. Brussels, Belgium: 1998. 8. CSA - Canadian Standards Association. CSA 245.20 - 06. External fusion bond epoxy coating for steel pipe / External polyethylene coating for pipe. Mississauga, ON, Canada: 2006. 9. ISO 21809-3. Petroleum and natural gas industries - External coatings for buried or submerged pipelines used in pipeline transportation systems - Part 3: Field joint coatings. Geneva, Switzerland: 2008. 10. ISO 15711. Paints and varnishes - Determination of resistance to cathodic disbonding of coatings exposed to sea water. Geneva, Switzerland: 2005. 11. 11. Totte, D. Hot water immersion – predicting long term coating performance. Vienna pipeline coatings conference 2010. [Presentation]. 2010.
World Leaders
Have Responsibilities Too!
• Surface Preparation
A
N
R
L
E
V
C
E
• Water Based Coatings • P RO
R TECT • P
E ES
• Concrete Reinforcement Protection
à t i c i l b b pu • Equipment Preservation CORTEC
Cortec ® provides environmentally safe corrosion protection solutions.
A QU
LI TY
RE TE SYST EM REGIS
EN
SY ©
Cortec Corporation 2011
D
www.CortecVCI.com
ST
VIRO
NMENT
AL
EM REGISTER
ED
39 APRIL 2012
4119 White Bear Parkway St. Paul, MN 55110 651-429-1100 • 800-426-7832 info@cortecvci.com