Стандарты гидроструйной подготовки поверхности: WJ-1 – WJ-4

Гидроструйная очистка — при самых высоких давлениях называемая сверхвысоконапорной (UHP, ultrahigh-pressure waterjetting) — широко применяется для подготовки поверхности стальных конструкций при техобслуживании, особенно когда важна проблема загрязнения растворимыми солями или когда абразивоструйная очистка невозможна. В этой статье рассматриваются четыре степени чистоты WJ, их сравнение со степенями струйной очистки, оценка мгновенной ржавчины и проверки после гидроструйной обработки, которые необходимо планировать специалистам по спецификациям на покрытия и инспекторам.

Что такое гидроструйная очистка при подготовке поверхности?

При гидроструйной очистке вода под давлением направляется на стальную поверхность для удаления ржавчины, старых покрытий, солей и других загрязнений. Совместные стандарты SSPC/NACE определяют гидроструйную очистку как очистку при давлении 70 МПа (10 000 psi) и выше: гидроструйная очистка высокого давления (HP WJ) выполняется при 70–210 МПа (10 000–30 000 psi), а сверхвысоконапорная (UHP WJ) — свыше 210 МПа (30 000 psi). В отличие от абразивоструйной очистки, при гидроструйной не используется абразив. Она особенно эффективно удаляет растворимые соли, поскольку вода растворяет хлориды, сульфаты и другие ионные загрязнения, которые сухая абразивоструйная очистка может оставить в питтингах.

Принципиальное отличие гидроструйной очистки от абразивоструйной: гидроструйная очистка не создаёт нового профиля шероховатости. Стандарт прямо указывает, что гидроструйная очистка «не формирует первичный профиль шероховатости». Она вскрывает и очищает уже существующий профиль, оставшийся после предыдущей струйной очистки. Если исходный профиль уничтожен коррозией или никогда не создавался, одной гидроструйной очистки недостаточно, чтобы получить профиль, требуемый большинством высокоэффективных систем покрытий.

Стандарты SSPC/NACE по гидроструйной очистке

Чистота при гидроструйной очистке определена в совместных стандартах SSPC-SP WJ-1 – WJ-4 / NACE WJ-1 – WJ-4 (2012), которые сейчас поддерживает AMPP. Определены четыре степени — от самой высокой чистоты к самой низкой:

WJ-1 — очистка до чистого основания

Поверхность должна иметь матовый (тусклый, пятнистый) вид и быть свободной от всех видимых масел, смазки, грязи, ржавчины и других продуктов коррозии, прежних покрытий, прокатной окалины и посторонних веществ. Допускается изменение цвета поверхности, в том числе серо-коричнево-чёрное окрашивание корродированной стали с питтингом, которое не удаляется дальнейшей гидроструйной очисткой. WJ-1 — самая строгая степень WJ, и её по внешнему виду часто сравнивают с очисткой до белого металла SP 5, хотя они не тождественны: SP 5 не допускает пятен и оставляет профиль.

WJ-1 указывается для погружных условий, футеровки резервуаров и других применений, где требуется самая высокая степень чистоты и известно, что существующий профиль шероховатости достаточен.

WJ-2 — очень тщательная очистка

Беспорядочно рассеянные пятна и прочно сцепленные остатки (ржавчина, прежнее покрытие, посторонние вещества) могут оставаться менее чем на 5% каждой единицы площади. Поверхность в основном представляет собой чистый металл. WJ-2 разделяет предел 5% с очисткой SP 10 до почти белого металла, но SP 10 допускает только пятна, тогда как WJ-2 допускает также прочно сцепленные остатки.

WJ-2 обычно указывается для высокоэффективных ремонтных систем покрытий на шельфовых и промышленных конструкциях, где полная очистка WJ-1 слишком дорога, но требуется чистота, близкая к чистому металлу.

WJ-3 — тщательная очистка

Пятна и прочно сцепленные остатки могут оставаться менее чем на 33% каждой единицы площади. WJ-3 разделяет предел в одну треть с промышленной струйной очисткой SP 6, опять же с тем отличием, что WJ-3 допускает не только пятна, но и прочно сцепленные остатки. Неплотное и разрушенное покрытие, ржавчина и поверхностные загрязнения удаляются.

WJ-3 используется в проектах техобслуживания, где существующее покрытие частично сохранилось, а разрушенные участки необходимо удалить перед ремонтом.

WJ-4 — лёгкая очистка

Удаляются вся неплотная ржавчина, неплотная прокатная окалина и неплотное покрытие; прочно сцепленный материал может оставаться в любом количестве. WJ-4 по смыслу сопоставима с лёгкой струйной очисткой SP 7 (brush-off).

WJ-4 подходит для очистки перед перекрытием ремонтными системами, рассчитанными на нанесение поверх прочно сцепленного старого покрытия, либо как предварительная очистка перед более полной обработкой.

Сводное сравнение стандартов WJ

Степени струйной очистки в этой таблице приведены только для ориентировочного сравнения. Поверхность после гидроструйной очистки указывается и принимается по стандарту WJ, а не по степеням SP или Sa, и нового профиля она не получает.

Мгновенная ржавчина: главная проблема после гидроструйной очистки

Наиболее значимая эксплуатационная проблема гидроструйной очистки — мгновенная ржавчина (flash rust): быстрое окисление поверхности, происходящее, когда очищенная углеродистая сталь смачивается, а затем высыхает. Понимание и контроль мгновенной ржавчины необходимы при составлении спецификаций и приёмке поверхностей после гидроструйной очистки; см. также материал о причинах мгновенной ржавчины и её предотвращении.

Мгновенная ржавчина — не то же самое, что активная коррозия под покрытием. Это тонкий слой ржавчины, образующийся в течение от нескольких минут до нескольких часов после гидроструйной очистки в зависимости от температуры воздуха, влажности и температуры стали. Её необходимо оценить и, при необходимости, устранить до нанесения покрытия.

Стандарты WJ определяют три степени мгновенной ржавчины — лёгкая (Light), умеренная (Moderate) и сильная (Heavy). Поверхность без видимой мгновенной ржавчины фиксируется как «отсутствует»:

Спецификация проекта должна определять максимально допустимую степень мгновенной ржавчины для наносимой системы покрытия. Многие производители высокоэффективных покрытий допускают не более лёгкой мгновенной ржавчины, а умеренную принимают лишь некоторые системы, терпимые к состоянию поверхности. Всегда проверяйте критерий допустимости мгновенной ржавчины в TDS покрытия, прежде чем указывать или принимать поверхность после гидроструйной очистки.

Гидроструйная очистка и профиль шероховатости

Это наиболее часто неправильно понимаемый аспект гидроструйной очистки. Гидроструйная очистка — метод очистки, а не профилирования. Она удаляет загрязнения, покрытия и ржавчину, но не создаёт и не увеличивает профиль шероховатости.

Вывод для проектов техобслуживания: если сталь сильно корродировала и утратила исходный профиль после струйной очистки либо ранее была покрыта без надлежащего профилирования, одна гидроструйная очистка не обеспечит профиль шероховатости, указанный в TDS покрытия. В таких случаях гидроструйную очистку необходимо дополнить методом профилирования — абразивоструйной очисткой или механизированным инструментом ударного типа, — чтобы получить требуемый профиль.

Всегда измеряйте профиль шероховатости после гидроструйной очистки по ASTM D4417 (см. полевое руководство по измерению профиля шероховатости) и сравнивайте его с минимальным требованием системы покрытия. Не исходите из того, что исходный профиль после струйной очистки сохранился.

Когда механическая подготовка может быть предпочтительнее гидроструйной очистки

Гидроструйная очистка эффективна, но требует сложной организации работ. Во многих сценариях техобслуживания механическая подготовка поверхности подходящим механизированным инструментом позволяет добиться нужной чистоты при более простой логистике:

• Не нужно обращаться с водой: на действующих объектах сбор и утилизация воды после очистки вместе с удалённым покрытием, которое она уносит, усложняют логистику. Механизированный инструмент воду не использует.
• Нет смачивания и нет мгновенной ржавчины от самого процесса: механическая подготовка сухой стали не смачивает поверхность, поэтому мгновенной ржавчины от самого процесса не возникает. Подготовленную сталь по-прежнему необходимо покрыть в сроки, допускаемые спецификацией.
• Профиль шероховатости за тот же проход: ударные инструменты, такие как Bristle Blaster®, очищают поверхность и создают профиль шероховатости за одну операцию — 65–85 µm Rz на стандартной стали в документально подтверждённых испытаниях при чистоте, сопоставимой с Sa 2½ / SSPC-SP 10. Результаты зависят от марки стали, степени ржавчины, ленты и техники работы, а профиль проверяется так же, как и любой другой.
• Взрывоопасные среды: Bristle Blaster® Pneumatic прошёл оценку ATEX как оборудование категории 2 для зоны 1 (газ) и зоны 21 (пыль), полностью пневматический, без электрических частей. Любое оборудование для гидроструйной очистки, используемое во взрывоопасной зоне, требует собственной оценки для опасных зон.

Главное преимущество гидроструйной очистки перед сухой механической подготовкой — удаление растворимых солей. Вода растворяет и вымывает хлориды и сульфаты из питтингов и щелей стали, чего сухой инструмент сделать не может. В условиях с известным загрязнением солями распространённое сочетание — гидроструйная очистка (или мокрая абразивоструйная очистка) с последующей механической подготовкой для восстановления профиля.

Проверка соответствия стандарту WJ

Визуальная оценка

Сравните очищенную поверхность с SSPC-VIS 4 / NACE VIS 7 — визуальным руководством с эталонными фотографиями для степеней WJ при разных исходных состояниях. В случае спора приоритет имеет письменный текст стандарта, а не фотографии. Проводите осмотр при достаточном равномерном освещении, как определено в спецификации проекта.

Оценка мгновенной ржавчины

Оцените степень мгновенной ржавчины (отсутствует, лёгкая, умеренная, сильная) по письменным определениям и фотографиям в визуальном руководстве. Проводите осмотр в момент, который требует спецификация, — как правило, непосредственно перед нанесением покрытия, а не сразу после гидроструйной очистки.

Измерение профиля шероховатости

Измеряйте по ASTM D4417, метод C (реплика-лента). Убедитесь, что результат соответствует минимуму из TDS покрытия. Если профиль ниже минимума, решите, можно ли его создать механически или необходима абразивоструйная очистка.

Измерение растворимых солей

Там, где растворимые соли критичны (погружные условия, шельф, агрессивные среды), проверяйте уровень солей после гидроструйной очистки методом пластыря Бресле (ISO 8502-6 / ISO 8502-9) или эквивалентным. Стандарты WJ оставляют предел на усмотрение спецификации, выражая его, например, как максимальную концентрацию хлоридов в µg/cm²; правильное значение зависит от условий эксплуатации и системы покрытия.

Основные выводы

• Гидроструйная очистка (70 МПа / 10 000 psi и выше) нормируется четырьмя степенями: от WJ-1 (очистка до чистого основания) до WJ-4 (лёгкая очистка, прочно сцепленный материал допускается).
• WJ-2 и WJ-3 разделяют пределы 5% и 33% с SP 10 и SP 6, но допускают также прочные остатки — а гидроструйная очистка не создаёт профиль шероховатости.
• Мгновенная ржавчина оценивается как лёгкая, умеренная или сильная. Максимально допустимая степень должна быть определена в спецификации и согласована с TDS покрытия.
• Главное преимущество гидроструйной очистки перед сухой механической подготовкой — удаление растворимых солей. Основные сложности — мгновенная ржавчина, обращение с водой и отсутствие формирования профиля.
• Механическая подготовка ударного типа, такая как Bristle Blaster®, на многих объектах техобслуживания за один проход обеспечивает чистоту, сопоставимую с Sa 2½, и профиль без воды и имеет пневматическую версию, прошедшую оценку ATEX, — но не удаляет соли так, как это делает вода.

Связанные статьи

• Загрязнение растворимыми солями и разрушение покрытий
• SSPC-SP10, очистка до почти белого металла: полное техническое руководство
• SSPC-SP11, очистка механизированным инструментом до чистого металла
• Полное руководство по стандартам подготовки поверхности SSPC

Часто задаваемые вопросы

В чём разница между WJ-1, WJ-2, WJ-3 и WJ-4?

Это четыре степени чистоты в совместных стандартах SSPC/NACE по гидроструйной очистке. WJ-1 удаляет всю видимую ржавчину, покрытия и прокатную окалину (изменение цвета допускается). WJ-2 допускает пятна и прочно сцепленные остатки менее чем на 5% каждой единицы площади, WJ-3 — менее чем на 33%, а WJ-4 удаляет только неплотную ржавчину, покрытие и прокатную окалину.

Равна ли WJ-2 степени SSPC-SP 10?

Не совсем. WJ-2 и SP 10 разделяют предел 5% на единицу площади, поэтому их часто сравнивают, но SP 10 допускает только пятна, а WJ-2 допускает также прочно сцепленные остатки. Кроме того, SP 10 — стандарт струйной очистки, оставляющей профиль шероховатости, тогда как гидроструйная очистка лишь вскрывает профиль, уже имеющийся на стали.

Создаёт ли гидроструйная очистка профиль шероховатости?

Нет. Стандарты WJ указывают, что гидроструйная очистка не формирует первичный профиль шероховатости. Она вскрывает и очищает профиль, оставшийся после предыдущей струйной очистки. Если этот профиль утрачен из-за коррозии или сталь никогда не профилировалась, необходим этап профилирования, например абразивоструйная очистка или bristle blasting, а профиль следует измерить по ASTM D4417.

Какое давление считается UHP-гидроструйной очисткой?

Действующие стандарты WJ определяют гидроструйную очистку как очистку при 70 МПа (10 000 psi) и выше. Гидроструйная очистка высокого давления охватывает диапазон 70–210 МПа (10 000–30 000 psi), а сверхвысоконапорная (UHP) — свыше 210 МПа (30 000 psi). Меньшие давления относятся к очистке водой, а не к гидроструйной очистке.

Какой уровень мгновенной ржавчины допустим после гидроструйной очистки?

Это определяют спецификация и техническое описание покрытия. Стандарты WJ определяют лёгкую, умеренную и сильную мгновенную ржавчину; многие высокоэффективные системы допускают не более лёгкой, а некоторые материалы, терпимые к состоянию поверхности, допускают умеренную. Сильная мгновенная ржавчина, скрывающая сталь и легко стирающаяся, обычно требует повторной очистки перед нанесением покрытия.