Maling, historisk oversikt og erfaringer

Transkript

1 Maling, historisk oversikt og erfaringer Utfordringer, veien videre, framtidas belegg Ole Øystein Knudsen SINTEF Materials and Chemistry 1

2 Innhold Historikk Belegg fra 70 og 80 tallet TSA duplex NORSOK M-501 Hurtigherdende systemer Toppstrøk uten di-isocyanater Veien videre Vedlikeholdsfrie belegg? Nanoteknologi i belegg? Materials and Chemistry 2

3 70-tallet og første halvdel av 80-tallet Valg av belegg basert på erfaringer fra GOM Ekofisk Photo: CoP Beleggsystemer Sink silikat primer Vinyl og polyester Gjerne pigmentert med bly eller blykromat Materials and Chemistry Statfjord A Photo: Statoil 3

4 Andre halvdel av 80-tallet Introduksjon av epoksybaserte systemer Gullfaks Photo: Statoil Sink silikat Epoksymastik Polyuretan Sleipner Photo: Statoil Materials and Chemistry 4

5 Erfaringer med disse beleggsystemene Ganske gode! Sink silikat har gjort en god jobb Høyere vedlikeholdskostnader på mange av de nyere installasjonene Materials and Chemistry 5

6 Tidlig på 90-tallet Beleggsystemer med lang levetid? Konstruksjoner med lang levetid Duplex belegg 1. Metallisering (TSA, TSZ, HDG) 2. Malingsbelegg Sleipner Riser Troll A Kollsnes gassanlegg Troll A Photo: Statoil Materials and Chemistry 6

7 Sleipner Riser Platform Beleggsystem: µm TSA - 50 µm epoxy tiecoat µm epoxymastic - 60 µm polyurethane Installert på feltet i 1992 Sleipner Photo: Statoil Materials and Chemistry 7

8 Materials and Chemistry 8

9 Materials and Chemistry 9

10 Materials and Chemistry 10

11 TSZ duplex coating 1 cm Materials and Chemistry 11

12 TSA duplex coating 1 cm Materials and Chemistry 12

13 Nedbrytningsmekanisme 2 H e- H 2 Organic coating TSA Steel Al Al e - Cl - O H 2 O + 4 e - 4 OH - e - Dannelse av aluminiumsklorid i spalten under malingsbelegget og forsuring av miljøet i spalten Materials and Chemistry 13

14 Forskjellen på TSA og TSZ under korrosjon TSZ Dannelse av sinkklorid ZnCl 2 Løselig i vann til en viss grad Reagerer ikke med vann TSA Dannelse av aluminiumklorid AlCl 3 Reagerer med vann og danner saltsyre 2 AlCl H 2 O = Al 2 O HCl Materials and Chemistry 14

15 TSA med sealer Hvorfor går det så bra? Sealer TSA TSA Steel Materials and Chemistry 15

16 Konklusjon Malt TSA har gitt massive korrosjonsproblemer Nedbrytning av belegget starter gjerne ved innmontert SS En galvanisk korrosjonsmekanisme starter gjerne angrepet Forsuring av miljøet under malingsbelegget Malingsbelegget holder det aggressive miljøet på plass TSA + sealer gir ikke denne nedbrytningen fordi sealeren slipper det aggressive miljøet gjennom vaskes bort TSA skal ikke overmales med tykke belegg I hvert fall ikke konstruksjoner i svært korrosivt miljø Materials and Chemistry 16

17 Andre halvdel av 90-tallet NORSOK M-501 Første utgave 1997 Spesifikasjon av funksjon ikke produkt Belegg som passerer prekvalifiseringstesten kan benyttes Kontraktør er ansvarlig for valg av belegg Hensikt: Styrke norsk sokkels konkurranse situasjon (Få ned kostnadene) Materials and Chemistry 17

18 Hurtige belegg rask produksjon Med NORSOK kom kostnadsreduksjon i fokus Overflatebehandling utgjør ca 15% av kostnadene ved bygging av en overflateinstallasjon Potensielle besparelser først og fremst ved raskere produksjon Hurtigherdende produkter Sinkepoksy Materials and Chemistry 18

19 Hurtigherdende belegg Åsgard og Norne Foto: Statoil Materials and Chemistry 19

20 Indre spenning Epoksyen herdet raskere enn løsemidlet fordampet Når løsemidlet fordamper trekker filmen seg sammen Filmen kan ikke krympe sideveis pga heft Materials and Chemistry 20

21 Innsparinger også i blåserensing Indre spenning + Dårlig forbehandling = Problemer Materials and Chemistry 21

22 Overflateprofil Slyngerensing med shot Blåserensing med gritt Materials and Chemistry 22

23 Betydning av overflateprofil Gritt Shot Materials and Chemistry 23

24 Sinkepoksy vs sinksilikat Sinkepoksy Epoksy bindemiddel vekt% sink Forutsigbar herding Sinksilikat (IOZ) Silikat bindemiddel Ofte omkring 90 vekt% sink Herder ved en reaksjon med fuktighet i lufta Ofte uforutsigbar herdetid Trenger en tie-coat Materials and Chemistry 24

25 Materials and Chemistry 25

26 Materials and Chemistry 26

27 Open circuit potential (mv SCE) Electrochemical properties of primers (1) Manufacturer 1-0,4-0,6-0,8-1 -1,2 zinc epoxy (O1-2c) zinc silicate (P1-2a) shop primer (S1-2a) zinc silicate (R1-2c) zinc epoxy (O1-2a) Time (days) Materials and Chemistry

28 Potensial (V vs SCE) Sinkepoksy produktene har blitt bedre 0 Kapasitet for katodisk beskyttelse -0,1-0,2-0,3-0,4-0,5-0,6-0,7 80 % 84 % 88 % 92 % -0,8-0, Dager Materials and Chemistry

29 Det siste 10-året Problemer med toppstrøk Polyuretan toppstrøk er forbudt på offshore installasjoner i norsk sektor siden slutten av 90- tallet Erstatningene er ikke like robuste Materials and Chemistry 29

30 Akrylbaserte toppstrøk Akryl modifisert epoksy Ikke like god UV bestandighet som PU Problemer med krakilering Materials and Chemistry 30

31 Polysiloksaner Introdusert ca strøksystemer Sinkepoksy 75 µm Polysiloksan 125 µm Massive problemer med flaking på 2-strøk systemer Krav om 3-strøk systemer siden 2005 Foto: Statoil Materials and Chemistry 31

32 Veien videre trender i tiden De nye feltene på norsk sokkel er mindre Lavere levetidskostnader Ubemannede installasjoner? Går mot klimatisk tøffere områder (nordområdene) Strengere miljøkrav Kortere sesong for vedlikehold Offshore vindturbiner Mindre profittmarginer Vanskelig tilkomst Materials and Chemistry 32

33 Life Cycle Cost (MNOK) Vedlikeholdsfrie belegg? TSZ TSZ 85/15 TSA System Years Materials and Chemistry 33

34 Dupleks belegg? Består av Metallbelegg - vanligvis TSA, TSZ eller HDG Et beskyttende malingsbelegg Synergieffekt Levetiden til dupleksbelegget er vanligvis lengre enn summen av levetiden til de enkelte beleggene Brukt i utstrakt grad på norske veibruer siden 1965 Med sukess - bruer i kyststrøk har stått 40 år uten vedlikehold Materials and Chemistry 34

35 Rombaksbrua Foto: Vegdirektoratet TSZ flammesprøytet 100 µm Fosforsyre washprimer 10 µm Alkyd sinkkromat 100 µm Alkyd MIO / Al flak 100 µm Eksponert siden 1969 Ingen korrosjon i 2009 Vedlikeholdsfritt i 40 år Materials and Chemistry 35

36 Nanoteknologi i belegg? Inorganic nanorods Multifunctional Nanosized Particles, coatings and thin films Precursor synthesis Organic/inorganic hybrid particles Inorganic nanosized tubules Inorganic mesoporous hollow capsules Multifunctional nanosized polymer and composite capsules Inorganic nanoparticles Materials and Chemistry 36

37 Micro/nanocapsules Picture from publication of W. Schott Self healing Corrosion protection Materials and Chemistry 37

38 Multifunctional nanoparticles Organic Inorganic Hybrid Polymers N H 2 H 2 N H 2 N N H 2 H 2 N OEt Si OEt OEt NH 2 NH 2 SiO 1.5 NH 2 NH2 NH 2 NH 2 + H 2 O - EtOH + modification H 2 N H 2 N N H 2 H 2 N.... NH 2 NH 2 SiO 1.5 NH 2 NH2.. SiO NH 2 NH 2.. Nanoparticles with amins groups (HAPS) Erosion resistance, Wear resistance Non-stick properties UV resistant epoxies Nanoparticles with modified amine goups (MHAPS) Materials and Chemistry 38

39 Amount of theophylline released [mg] Polymer particles with tailored porosity Encapsulation for release Microparticles from biopolymers Multifunctional Nano and microsized particles and capsules Polystyrene nanoparticles Binders for paint Time [h] Controlled release Magnetic silica particles Encapsulation of fluorescent materials Materials and Chemistry 39

40 Takk for oppmerksomheten Materials and Chemistry 40