Транспортировка сырой нефти и природного газа по стальным трубопроводам, проложенным по суше, требует применения разнообразных типов защитных покрытий, к которым, в частности, относятся ленты, термоусадочные рукава, пенополиуретан, эпоксидные покрытия.
Ленты
Защитные полимерные ленты используются практически исключительно для защиты трубопроводов и трубчатых металлоконструкций от подземной коррозии. Лента обеспечивает барьерное сопротивление подземной среде. Благодаря хорошей адгезии, лента способна действовать как эффективный электрический изолятор в системе катодной защиты [7].
Во время полевых работ по укладке труб стыки обычно защищают путем нанесения красок или, что более распространено, системы обмотки лентой. Лента представляет собой композитный материал, состоящий как минимум из двух слоев. Первый, или внутренний слой, обычно представляет собой мягкий эластомерный материал, предназначенный для сцепления с основным субстрактом. Внешний слой – это монолитный полимерный материал с заданным уровнем прочности на растяжение механической прочности, термостойкости и электрического сопротивления. Как правило, внешний слой ленты включает поливинилхлорид, полиэтилен, полиолефин, бутил и т.д.
Из-за миграции пластификаторов иногда материал основы может отделяться от адгезионного слоя. Подложки из поливинилхлорида подходят для температур до 60 °C. Для сравнения, полиэтиленовые ленты пригодны также для использования в холодном климате при температурах до –40 °C [10].
Эти ленты используются в качестве внешних лент для обеспечения повышенной механической прочности и устойчивости к ультрафиолетовому излучению. Их также можно использовать поверх загрунтованной стали в качестве внутренней обмотки из-за их превосходных адгезионных качеств [8].
Рисунок 1. Ленты
Термоусадочные рукава
Термоусадочные муфты – это особая разновидность оболочки, во многом похожая на ленту, поскольку они часто используются для покрытия зоны сварного шва при новом строительстве или для замены поврежденного покрытия. Для изоляции стыков в полевых условиях будет применяться термоусаживаемая муфта (ТУМ).
ТУМ представляет собой трехслойную термоусаживаемую систему, состоящую из эпоксидного грунта (праймера), сополимерного клея-расплава и основного материала из полиэтилена высокой плотности. Длина термоусадочной муфты заказывается в соответствии с внешним диаметром изолируемой трубы. Ширина муфты должна быть такой, чтобы обеспечить необходимый нахлест на заводское ПЭ-покрытие после усадки, так чтобы для изоляции каждого стыка требовалось наложение только одной термоусадочной муфты.
Нанесение ТУМ: перед абразивоструйной очисткой открытую стальную поверхность и прилегающее заводское покрытие трубы необходимо очистить от пыли, грязи, влаги, солей, масла или других загрязнений, при необходимости – с помощью растворителя. Если торец заводского покрытия поврежден или имеет трещины, может потребоваться его восстановление.
Стыковая зона должна быть обработана дробеструйным способом с использованием абразива (дробь или гранат). Очистка должна достигать как минимум степени чистоты Sa 2½ с шероховатостью (профилем анкерности) 50–100 мкм. Не менее двух стыков должны быть проверены с помощью Press-o-film. Очищенная поверхность проверяется компараторами или измерительными приборами. Любая пыль или рыхлые остатки, скопившиеся в процессе дробеструйной обработки и/или шлифовки, должны быть удалены [7–8].
Прилегающее заводское ПЭ-покрытие должно быть подвергнуто щадящей абразивоструйной обработке на участке, выходящем на 25 мм за край термоусадочной муфты. Кромка ПЭ-покрытия должна быть скошена под углом менее 15 градусов. Любые отслоившиеся или порванные участки ПЭ-покрытие на прилегающей зоне должны быть удалены до нанесения изоляции на стык.
После очистки зона стыка должна быть предварительно нагрета до минимальной температуры, рекомендованной производителем. Для контроля достижения правильной температуры на стали и заводском покрытии используется цифровой инфракрасный термометр. Температура измеряется в четырех точках по окружности с помощью контактного термометра для обеспечения равномерного прогрева.
После прогрева двухкомпонентный эпоксидный праймер тщательно смешивается в пропорции, рекомендованной производителем. Нанесение праймера на очищенную стальную поверхность для достижения заданной толщины сухой пленки осуществляется с помощью кисти-губки.
После полимеризации праймера муфта с предписанной производителем слабиной наматывается на трубу, и ТУМ правильно позиционируется. Для нагрева муфты используется горелка с соответствующим пламенем. Нагрев муфты начинается от ее центра по окружности к одному краю до полной усадки муфты на этом участке, после чего аналогичным образом нагревается другой край. Вся зона нанесения должна прогреваться равномерно для обеспечения одинаковой адгезии усаженной муфты [8–9].
О правильном завершении усадки свидетельствует выдавливание расплавленного клея из-под краев муфты. С помощью специального ролика удаляется захваченный воздух и разглаживаются морщины, уделяя особое внимание зоне сварного шва и участку с удаленным заводским покрытием. Готовая муфта должна быть гладкой, без морщин, пузырей, зазоров и плотно прилегать к стали и заводскому покрытию трубы. Муфта должна полностью повторять профиль трубы и прилегающего покрытия без воздушных полостей и пустот. Муфта не должна быть обожжена.
Размер термоусадочной муфты должен обеспечивать минимальный нахлест (после усадки) на заводское ПЭ-покрытие трубы с обеих сторон. Прочность при отслаивании (тест на адгезию) должна соответствовать данным, предоставленным производителем [9].
Применение термоусадочных рукавов
Пенополиуретан (ППУ)
Эффективная теплоизоляция трубопроводов становится все более важной как средство эксплуатации трубопроводов для транспортировки горячих и холодных сред. Необходимо наносить теплоизоляцию, которая состоит из пенополиуретана [11], покрытого наружной оболочкой из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), которая предотвращает проникновение воды и защищает пену от механических повреждений [12].
Рисунок 2. Применение термоусадочных рукавов
Свойства пенополиуретана можно изменять в широких пределах в зависимости от используемого сырья. Плотность, текучесть, прочность на сжатие, растяжение или сдвиг, термическая и размерная стабильность, горючесть и другие свойства могут быть адаптированы под требования конкретного применения. Полиолы и изоцианаты оказывают основное влияние на свойства пен. Также важны вспенивающие агенты и другие добавки, такие как антипирены [10–12].
Стабильность этих изоляционных пен гарантирована до 80 °C, однако рабочая температура иногда достигает 120 °C. Это система, контролирующая теплопередачу в наземных, подземных и морских трубопроводах. Хотя обычно она используется вместе с антикоррозионным покрытием, при наличии надлежащего барьера для паров влаги поверх уретановой пены обеспечивается эффективная защита от коррозии.
Это процесс, осуществляемый в заводских условиях, при котором трубопровод-основа центрируется внутри внешней оболочки, которая удерживает и формирует пену, а также обеспечивает эффективный барьер для паров влаги. Дозированные количества компонентов пены быстро подаются в пространство между трубой-основой и внешней оболочкой. Пена удерживается торцевыми заглушками и поднимается по принципу «первым пришел – первым обработан», формируя однородную композитную конструкцию. При правильной оболочке, обычно из полиэтилена или стали с покрытием, система устойчива к влаге и коррозии, достаточно прочна, чтобы противостоять смятию, и достаточно гибка, чтобы допускать допустимый изгиб в полевых условиях [13].Рисунок 3. Слои пенополиуретана на покрытии трубопровода
Эпоксидное покрытие
С момента начала применения в качестве защитного покрытия в начале 1980-х годов составы эпоксидных покрытий (ЭП) претерпели значительные усовершенствования и развитие [14]. В настоящее время доступны различные типы (ЭП), отличающиеся химическими и физическими свойствами, что позволяет использовать их для покрытия основной поверхности труб, внутренней поверхности, кольцевых сварных швов и фитингов. Кроме того, существуют модификации ЭП, предназначенные для эксплуатации в различных условиях работы трубопроводов.
На сегодняшний день основная область применения ЭП – трубопроводная промышленность. Трубопроводные компании по всему миру применяют ЭП (как в качестве самостоятельного покрытия, так и в качестве грунтовочного слоя в многослойных системах) в качестве стандартного защитного покрытия для стальных труб и соответствующих фитингов [15]. Благодаря прочной адгезии к стали на молекулярном уровне ЭП обеспечивает высокую устойчивость стальных элементов к коррозии в течение длительного времени даже при суровых условиях эксплуатации. ЭП эффективно изолирует стальную поверхность, предотвращая воздействие влаги и кислорода, которые вызывают коррозию.
При нанесении порошка ЭП на нагретую металлическую поверхность, выделяются газообразные продукты, которые частично остаются в пленке покрытия в процессе ее гелеобразования и отверждения. Чем выше температура нанесения, тем больше объем выделяющихся газов. Кроме того, при повышении температуры основы сокращается время гелеобразования порошка, и газы не успевают выйти из пленки покрытия. Таким образом, пористость покрытия увеличивается с ростом температуры нанесения. Исследования пористости отделенных пленок ЭП -покрытия проводились в работе [16]. Для этого покрытие отделяли путем изгиба тестовой панели при температуре –30 °C или ниже.
Покрытия ЭП также доказали полную совместимость с катодной защитой. Процесс нанесения ЭП на стальную поверхность включает три основных этапа [14]. Во-первых, стальная поверхность тщательно очищается до высокого класса чистоты. Во-вторых, очищенная металлическая деталь нагревается до рекомендуемой температуры нанесения порошка ЭП.
В-третьих, проводится нанесение порошка и его последующее отверждение [17].
Применение ЭП-покрытия имеет множество преимуществ по сравнению с традиционными жидкими покрытиями: простота нанесения, минимальные потери материала, быстрое отверждение и более высокая производительность. Кроме того, покрытия FBE обладают широким диапазоном рабочих температур – от –40 °C до +105 °C. Основное преимущество порошкового покрытия ЭП заключается в том, что из-за сравнительно небольшой толщины оно не может скрыть дефекты поверхности стали, благодаря чему обеспечивается возможность тщательного контроля состояния металла до и после нанесения покрытия. Свойства ЭП, такие как гибкость при низких температурах, ударная вязкость, адгезия и устойчивость к отслаиванию при катодной защите, соответствуют требованиям, предъявляемым к защитным покрытиям согласно стандарту CSA [18–22].
Вывод
Типы покрытий для наземных трубопроводов, например, ленты. Защитные полимерные ленты используются исключительно для защиты трубопроводов и трубчатых конструкций от подземной коррозии. Лента обеспечивает барьерное сопротивление подземной среде. Благодаря хорошей адгезии, лента способна действовать как эффективный электрический изолятор для систем катодной защиты [7]. При укладке труб эти ленты используются в качестве внешних лент для обеспечения повышенной механической прочности и устойчивости к ультрафиолетовому излучению. Их также можно использовать поверх загрунтованной стали в качестве внутренней обмотки из-за их превосходных адгезионных качеств [8].
Термоусадочные муфты, особая разновидность оболочки, во многом похожи на ленту, поскольку они часто используются для покрытия зоны сварного шва при новом строительстве или для замены поврежденного покрытия. Для изоляции стыков в полевых условиях будет применяться термоусаживаемая муфта (ТУМ).
Теплоизоляция из пенополиуретана для трубопроводов становится все более важной для эксплуатации трубопроводов, транспортирующих горячие и холодные среды. Необходимо наносить теплоизоляцию, которая состоит из пенополиуретана (ППУ), покрытого наружной оболочкой из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), которая предотвращает проникновение воды и защищает пену от механических повреждений.
Литература
- Мело Д. Отслоения покрытий трубопроводов и их последствия для рисков коррозии / Д. Мело, Г. Погам, М. Рош // 17-я Международная конференция по защите трубопроводов, BHR Group. – Эдинбург, 2007.
- Вортингем Р. Две системы покрытий прошли испытания для использования в Арктике / Р. Вортингем, М. Четинер, М. Котари // Oil Gas Journal. – 2004. – Т. 15. – С. 59–62.
- Рош М. Современный опыт с отказами покрытий трубопроводов / М. Рош, Д. Мело, Г. Погам // 16-я Международная конференция по защите трубопроводов, BHR Group. – Пафос, Кипр, 2005.
- Американское общество инженеров-механиков (ASME). Системы трубопроводов для транспортировки жидких углеводородов и других жидкостей. – Стандарт ASME B31.4, 2002.
- Дет Норске Веритас (DNV). Контроль разрушения для методов укладки трубопроводов – Введение циклической пластической деформации. – Стандарт DNV-RP-F108, 2006.
- Рош М. Внешние покрытия трубопроводов: вызовы, связанные с рисками коррозии / М. Рош // Иранский конгресс по коррозии / 2007 – ICA Международный конгресс. – Тегеран, 2007.
- Эпплман Б.Р. Ленточные системы для защиты трубопроводов // Journal of Protective Coatings and Linings. – 1987. – Т. 4. – С. 52–60.
- Папавинасам С. Покрытия для трубопроводов / С. Папавинасам, Р.У. Реви // Международный семинар по перспективным исследованиям и разработке покрытий для защиты от коррозии. – Голден, США, 2004.
- Нуньес С. Обзор практик нанесения покрытий на трубопроводы в газовой промышленности / С. Нуньес, К.Е.В. Коулсон, Л.С. Чоут, Дж.Л. Банах // A.G.A. Каталог № L51586, 1988.
- Жесткий пенополиуретан, проверенный теплоизоляционный материал для применений в диапазоне от +130 °C до -196 °C
- Исследование магнитных свойств
- Характеризация коррозионных агентов в пенополиуретанах для тепловой изоляции трубопроводов
- Исследование материалов
- Дадас Дж. Эпоксидные покрытия, наносимые методом расплава, для подземных трубопроводов // Materials Performance. – 2000. – Т. 39. – С. 38–39.
- Износ при сухом скольжении некоторых промышленных порошковых покрытий
- Норман Д. Вопросы соответствия назначению, связанные с FBE покрытиями и трехслойными покрытиями / Д. Норман, К.Дж. Арджент // NACE International. – 2005. – Доклад № 05034.
- Рабочие характеристики основных и монтажных FBE покрытий по результатам полевых испытаний на трубопроводе X100 – Пример исследования
- Стандарт рекомендуемой практики: Нанесение, эксплуатационные характеристики и контроль качества нанесенного в заводских условиях эпоксидного порошкового покрытия, наносимого методом расплава, для внешней защиты трубы
- Уильямсон А.И. Разработка высокоэффективного композитного покрытия для трубопроводов / А.И. Уильямсон, П. Сингх // NACE Northern Region Western Conference. – Калгари, Канада, 1999.
- Коррозионное и механическое поведение эпоксидного покрытия, наносимого методом расплава, в водных средах
- Выбор внешних покрытий для северных трубопроводов: лабораторные методики для оценки и квалификации покрытий
- Ченг Ю.Ф. Полевая характеристика долгосрочной работоспособности трубопроводов с FBE покрытием с использованием электрохимической импедансной спектроскопии / Ю.Ф. Ченг, Л. Грей, Ф. Кинг. – Отчет для CEPA, NOVA Research and Technology Center. – Калгари, 2004.
