Защита трубопроводов от коррозии с использованием...

Эксплуатационная надежность и долговечность трубопроводов во многом зависит от эффективности их противокоррозионной защиты, от качества и надежности используемых изоляционных покрытий. На протяжении многих лет в качестве противокоррозионных покрытий магистральных и промысловых трубопроводов применялись преимущественно покрытия на основе битумных мастик и липких полимерных лент. Битумно-мастичные покрытия характеризуются достаточно высокими защитными свойствами и при качественном выполнении изоляционных работ способны обеспечить защиту трубопроводов от коррозии на протяжении 20-30 лет эксплуатации. Вместе с тем, битумно-мастичные покрытия имеют и целый ряд существенных недостатков. Эти недостатки связаны, прежде всего, с крайне узким температурным диапазоном их применения. В зимнее время, при отрица-тельных температурах воздуха, битумные покрытия охрупчиваются и разрушаются при незначительных механических нагрузках и деформациях. В летний же период, а также при температурах эксплуатации трубопроводов выше плюс 30⁰С, битумно-мастичные покрытия размягчаются, переходят в вязко-текучее состояние и могут оплывать и продавливаться как под воздействием грунта, так и под весом трубопровода. Кроме того, битумные покрытия обладают высоким водопоглощением. Это приводит к ухудшению их диэлектрических характеристик, к снижению переходного сопротивления покрытия, в результате чего со временем в значительной степени возрастают расходы на катодную защиту трубопроводов. Начиная с 1999г., в соответствии с ГОСТ Р 51164 "Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии" применение битумных покрытий ограничено диаметрами трубопроводов до 820 мм включительно. На протяжении последних 30 лет для изоляции трубопроводов подземной прокладки широко применяются полимерные ленточные покрытия. По сравнению с битумно-мастичными покрытиями полимерные ленточные покрытия технологичны при нанесении, обладают более широким температурным диапазоном применения (от минус 20⁰С до плюс 40⁰С), незначительным водопоглощением, крайне низкой влаго-кислородопроницаемостью, высокими диэлектрическими характеристиками, переходным сопротивлением, повышенной стойкостью к катодному отслаиванию. При использовании в качестве защитных покрытий на трубопроводах малых и средних диаметров ленточные покрытия способны обеспечить их эффективную и долговременную защиту от коррозии. В то же время, накопленный практический опыт применения полимерных ленточных покрытий на трубопроводах больших диаметров (1020-1420 мм) показал, что из-за пониженной адгезии покрытия к стали (1,5-2,0 кг/см ширины) и естественной ползучести бутилкаучукового клеевого подслоя полимерной ленты под воздействием оседающего в траншее грунта происходит сдвиг покрытия по поверхности трубопровода. При этом, в зависимости от вида грунта и погодных условий, осадка грунта в траншеях с трубами большого диаметра может длиться 2-3 года. В течение всего этого времени на верхнюю образующую трубопровода действует активная тангенциальная нагрузка, под воздействием которой покрытие сдвигается (сползает), растягиваясь в верхней части трубы. Это приводит к растрескиванию покрытия под напряжением или даже к его полному механическому разрушению. В то же время на боковых образующих и в нижней части трубопровода, напротив, появляются гофры и складки покрытия, которые заполняются воздухом и почвенным электролитом, что создает благоприятные условия для ускоренного развития коррозионных процессов. Многочисленные обследования действующих трубопроводов показали, что, чем больше диаметр труб, тем большие интегральные нагрузки воздействуют на покрытие, тем большие повреждения ленточного покрытия происходят в процессе строительства и эксплуатации трубопроводов. При уменьшении диаметров трубопроводов до 530 мм и ниже, время осадки грунта и величина интегральных касательных нагрузок снижаются до такой степени, что заметного сдвига ленточного покрытия уже не происходит. В этом случае, при условии хорошей очистки поверхности трубопровода, качественном праймировании и достаточно высоком усилии натяжения ленточных материалов, изоляционное покрытие характеризуется высокими защитными свойствами. Все необходимые технологические параметры достаточно легко обеспечить при заводском способе нанесения полимерных ленточных покрытий. По сравнению с изоляцией трубопроводов в трассовых условиях при изоляции труб на заводе или трубоизоляционной базе производится более качественная подготовка поверхности труб (очистка иглофрезерным, дробеструйным или дробемётным методами), для нанесения полимерного ленточного покрытия используется современное технологическое оборудование, обеспечивающее качественное нанесение и сушку праймера, намотку рулонных ленточных материалов с заданным усилием натяжения и величиной нахлеста. Кроме того, в процессе выполнения работ в заводских (базовых) условиях осуществляется постоянный и последовательный пооперационный технологический контроль на всех стадиях предварительной подготовки и изоляции труб, а после нанесения покрытия - выходной контроль готовой продукции - изолированных труб, что гарантирует высокое качество защитного покрытия. Конструктивно полимерное ленточное покрытие трассового нанесения состоит из слоя адгезионной грунтовки, 1 слоя полимерной липкой ленты толщиной 0,6 мм и 1 слоя защитной полимерной обертки толщиной 0,6 мм. Общая толщина покрытия при этом составляет не менее 1,2 мм. В случае изоляции труб в заводских (базовых) условиях с целью повышения ударной прочности покрытия, необходимой для транспортировки изолированных труб от завода к месту строительства трубопроводов, наносятся дополнительные слои полимерной ленты и обертки. При этом, в зависимости от диаметров изолируемых труб, общая толщина ленточного покрытия в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51164 должна составлять не менее 1,8-2,4 мм. Повышенный расход изоляционных материалов существенно увеличивает стоимость покрытия. С целью снижения стоимости заводских ленточных покрытий, а также для повышения устойчивости покрытий к продавливанию и к воздействию ударных нагрузок в АО "ВНИИСТ" было разработано комбинированное ленточно-полиэтиленовое покрытие, в конструкции которого вместо дополнительных слоев полимерной ленты и защитной обертки используется ударопрочный слой на основе экструдированного полиэтилена. Замена в конструкции ленточного покрытия 2-3 слоев ленты и защитной обертки на слой экструдированного полиэтилена позволяют при общем увеличении толщины и механической прочности покрытия уменьшить стоимость 1 м² покрытия. Конструкция ленточно-полиэтиленового покрытия включает три последовательно наносимых слоя: - праймирующий слой на основе битумно-полимерной грунтовки (расход праймера - 80-100 г/м²); - изоляционный слой (полиэтиленовая лента с бутилкаучуковым подслоем толщиной 0,45-0,63 мм); - наружный защитный слой из экструдированного полиэтилена толщиной от 1,6 мм до 2,5 мм. Общая толщина комбинированного ленточно-полиэтиленового покрытия в зависимости от диаметров труб и типа покрытия (усиленный, весьма усиленный) составляет 2,2-3,0 мм. В конструкции комбинированного покрытия полиэтиленовая изоляционная лента, нанесенная по адгезионной грунтовке, обеспечивает устойчивую адгезию покрытия к стали, стойкость покрытия к катодному отслаиванию, в то время как наружный полиэтиленовый слой отвечает за механические характеристики покрытия, обеспечивая покрытию повышенную ударную прочность, устойчивость к продавливанию и световому старению. Комбинированное ленточно-полиэтиленовое покрытие отвечает современным техническим требованиям (ГОСТ Р 51164, ГОСТ 9.602), принято Госгортехнадзором РФ и может применяться в качестве наружного антикоррозионного покрытия труб, используемых при строительстве магистральных, промысловых трубопроводов и отводов от них, при прокладке межпоселковых газопроводов низкого давления, городских газовых, водопроводных сетей, трубопроводов коммунального назначения. По основным показателям физико-механических, защитных и эксплуатационных свойств комбинированное ленточно-полиэтиленовое покрытие в значительной степени превосходит традиционные битумно-мастичные и ленточные покрытия трубопроводов. Данный тип покрытия предназначен, прежде всего, для наружной изоляции труб нефтепромыслового сортамента диаметрами 109-426 мм, однако, комбинированное покрытие может успешно применяться и для изоляции труб диаметрами от 42 мм до 820 мм. Трубы с наружным комбинированным ленточно-полиэтиленовым покрытием могут храниться при температурах окружающей среды от минус 50⁰С до плюс 50⁰С, при этом срок хранения изолированных труб под открытым небом составляет не менее 12 месяцев. Температурный диапазон эксплуатации трубопроводов с комбинированным покрытием - от минус 20 ?С до плюс 40 ?С, а прогнозируемый срок службы - 35-40 лет. Для нанесения комбинированного покрытия используются недефицитные отечественные изоляционные материалы. В качестве исходных материалов для нанесения изоляционного слоя могут применяться адгезионные грунтовки типа "НК-50", "П-001", дублированные полиэтиленовые ленты типа "НК ПЭЛ-45", "НК ПЭЛ-63", "ЛДП", "Полилен" производства ОАО "Трубоизоляция" (г.Новокуйбышевск, Самарская область) или аналогичные импортные изоляционные материалы ("Poliken", "Altene", "Nitto" и др.). Для нанесения наружного полиэтиленового слоя могут применяться термостабилизированные, обладающие повышенной стойкостью к растрескиванию, композиции полиэтилена низкой плотности: "10203-003", "10403- 0 03", "15303-003", "15803-003" и др. с добавками технического углерода по рецептурам: 09, 12, 14, 98-100 по ГОСТ 16337, а также композиции полиэтилена кабельных марок с добавками технического углерода, например, композиции: "158-10К", "153-10К", "103-10К" , "102-10К", производимые по ГОСТ 16336 на предприятиях: АО "Казаньоргсинтез" (г.Казань), АО "Оргсинтез" (г. Уфа), НПП "Пластполимер", (г.Новополоцк, Республика Беларусь) и др. Кроме того, наряду с отечественными материалами могут применяться импортные полиэтиленовые композиции, поставки фирм "Leuna Eurokommerz", "Borealis", "Basell" и др., отвечающие требованиям ГОСТ Р 51164. Технология нанесения комбинированного ленточно-полиэтиленового покрытия в стационарных (заводских, базовых) условиях включает следующие последовательно проводимые операции: - предварительный нагрев и сушку труб; - очистку наружной поверхности труб от ржавчины и окалины; - нанесение и сушку адгезионной грунтовки; - нанесение дублированной полиэтиленовой ленты; - нанесение экструдированного полиэтиленового слоя; - охлаждение защитного покрытия; - контроль качества изолированных труб. Для нанесения на трубы Ж 57-820 мм комбинированного ленточно-полиэтиленового покрытия ЗАО "Анкорт" (г.Москва) по технологии АО "ВНИИСТ" разработано комплектное оборудование поточных технологических линий производительностью до 150-200 км изолированных труб в год (при односменном режиме работы). Состав оборудования и принципиальная схема компоновки узлов оборудования технологической линии приведена на рисунке. В состав оборудования комплектной линии входят: роликовый транспортный конвейер, обеспечивающий подачу труб по линии с заданным шагом и регулируемой скоростью; перекладчики труб; прижимные станции; печь нагрева, работающая на газе или жидком топливе; установки абразивной, щеточной или иглофрезерной очистки (тип установки выбирается по согласованию с потребителем); узел нанесения и сушки грунтовки; устройство для нанесения полимерной липкой ленты; экструдер для нанесения полиэтиленового покрытия, укомплектованный шкафами управления, загрузчиком и плоскощелевой экструзионной головкой; прикаточный ролик; камера водяного охлаждения; пост контроля диэлектрической сплошности покрытия; узел разрезания покрытия на концевых участках и в местах стыка изолированных труб. За последние несколько лет технология наружной изоляции труб комбинированным покрытием с использованием оборудования ЗАО "Анкорт" была внедрена в ОАО "Татспецстрой СУ-48" (г.Альметьевск, республика Татарстан), в ЗАО "Газкомплект" (г.Реутов, Московская область), в Межрайонном тресте газового хозяйства (г.Клин, Московская область), в ЗАО "Калугагазстрой" (г.Калуга), в АО "Башнефть" (г.Нефтекамск, республика Башкортостан), в ОАО "Трубоизоляционный завод" (г.Санкт-Петербург), в Тресте "Белспецмонтаж" (п.Новоельня, Гродненской область, Республика Беларусь), в ОАО "Лукойл-Калининградморнефть" (г.Нивенск, Калининградская область). Помимо изготовления, комплектации и поставки оборудования специалисты ЗАО "Анкорт" осуществляют шеф-монтаж технологической линии, участвуют в отработке технологии нанесения покрытия и приемо-сдаточных испытаниях линии. Одновременно, совместно с АО "ВНИИСТ", разрабатывается и согласовывается нормативно-техническая документация для освоения производства и применения изолированных труб (Технологический регламент, Технические условия и др.) Такой комплексный подход к решению проблемы позволяет в максимально сжатые сроки осуществлять внедрение технологии заводской (базовой) изоляции труб комбинированным ленточно-полиэтиленовым покрытием. В последующем, при дополнительной поставке отдельных узлов оборудования (установка абразивной очистки, технологическая печь нагрева, экструдер нанесения термоплавкого полимерного адгезива), помимо нанесения на трубы комбинированного ленточно-полиэтиленового покрытия, на модернизированной линии можно осуществлять и изоляцию труб заводским двухслойным полиэтиленовым покрытием с жестким адгезионным подслоем и повышенными адгезионными свойствами.