- Вместо предисловия...
- Транспортировка нефти, газа и нефтепродуктов по трубопроводам является наиболее эффективным и безопасным способом их транспортировки на значительные расстояния. Этим способом доставки нефти и газа от места добычи до потребителя пользуются уже более 100 лет. Долговечность и безаварийность работы трубопроводов напрямую зависит от эффективности их противокоррозионной защиты. Для снижения риска коррозионных повреждений трубопроводы защищают антикоррозионными покрытиями и дополнительно – средствами электрохимической защиты (ЭХЗ). При этом изоляционные покрытия обеспечивают первичную ("пассивную") защиту трубопроводов от коррозии, выполняя функцию "диффузионного барьера", через который затрудняется доступ к металлу коррозионно-активных агентов (воды, кислорода воздуха). При появлении в покрытии дефектов работает система катодной защиты трубопроводов – "активная" защита от коррозии.
- История применения защитных покрытий трубопроводов насчитывает более века, однако до сих пор не все проблемы в этой области решены. С одной стороны, постоянно повышается качество защитных покрытий трубопроводов, практически каждые 10 лет появляются новые изоляционные материалы, новые технологии и оборудование для нанесения покрытий в заводских и трассовых условиях. С другой стороны, становятся все более жесткими условия строительства и эксплуатации трубопроводов (строительство трубопроводов в условиях Крайнего Севера, в Западной Сибири, освоение морских месторождений нефти и газа, глубоководная прокладка, строительство участков трубопроводов методами "наклонно-направленного бурения", "микротоннелирования", эксплуатация трубопроводов при температурах до 100°С и выше и др.).
- Коррозия изолированных трубопроводов
- Основная характеристика видов коррозии сталей
- Различают два основных вида коррозии - сплошную и местную (локальную).
- Сплошная коррозия протекает по равномерному и неравномерному механизмам, местная (локальная) коррозия протекает по равномерному и неравно мерному механизмам и представляет наибольшую угрозу надёжной и дол говечной эксплуатации магистральных газонефтепроводов.
- При подготовке поверхностей магистральных газонефтепроводов или стальных труб перед нанесением изоляции существуют реальные воз можности увеличения или сохранения концентраций имеющихся на них ионов и других загрязнений. В трассовых условиях практически невозмож но избежать процессов минимальной конденсации влаги воздуха на очи щенных (активных) поверхностях газонефтепроводов. После нанесения изоляции на газонефтепроводах создаются условия для равномерной «подплёночной» коррозии, то есть, локального взаимодействия водных растворов солей и загрязнений со стальными поверхностями.
- Коррозионные процессы вместе с диффузией активных растворов электролитов через изоляцию приводят к более быстрой равномерной коррозии под покрытиями.
- При отслоении или существенном ухудшении изоляционных характеристик защитных покрытии коррозионные процессы на магист ральных газонефтепроводах в зависимости от агрессивности окружающих сред, а также от типа и уровня деформационных нагрузок способны проте кать с более высокой скоростью и по более интенсивным механизмам, чем равномерная коррозия.
- Местная (локальная) коррозия разделяется на следующие виды:
- пятнами - в форме отдельных поражений, диаметр которых превышает их глубину;
- язвенная - в виде отдельных каверн, диаметр которых соответствует их глубине;
- точечная или питтинговая - в виде множества точек диаметром 0,1...0,2 мм;
- подповерхностная - распространяющаяся под поверхностью металла и вызывающая его вспучивание и расслоение;
- структурно-избирательная - разрушающая главным образом одну структурную составляющую сплава;
- межкристаллитная - распространяющаяся по границам кристаллов металла;
- коррозионное растрескивание - образование трещин при одновре менном действии коррозионной среды и постоянных механических напря жений.
- Механизмы ускоренного разрушения поверхностей магистраль ных газонефтепроводов - питтинговая (точечная) и язвенная коррозия, водородное, сероводородное карбонатное растрескивание, а также особо опасное коррозионное растрескивание под напряжением (КРН), называ емое также стресс-коррозией. На практике магистральные газонефтепро воды эксплуатируются при действии широкого диапазона статических и циклических механических напряжений, способствующих значительному ускорению указанных видов коррозии стальных поверхностей.
- Одним из условий стресс-коррозии является длительное воздействие комплекса коррозионно-механических факторов, интенсифи цирующих процессы усталостного коррозионного разрушения под напря жением (КРН). Коррозионные факторы КРН, в основном, определялись насыщен ностью грунтов влагой, их засоленностью, химической и микробиологи ческой активностью. Механические факторы - воздействием циклических нагрузок при расположении магистральных газопроводов в относительной близости от компрессорных станций по ходу газа и разноплановых стати ческих нагрузок. Практически во всех обследованных случаях отказов и ава рий имели место нарушения в работе электрохимической защиты.
- Реальные механизмы стресс-коррозии (КРН) магистральных газо нефтепроводов из-за сложности и неоднозначности протекающих в миро вой практике разрушительных процессов до конца не выяснены. Вследствие этого часто не представляется возможным разработать эффективные спо собы защиты. В последнее время многие научно-практические аспекты проблем стресс-коррозии связывают с усталостным коррозионным разру шением газонефтепроводов под напряжением (КРН)
- Цель защитного покрытия – обеспечить защиту конструкции от коррозии в течение определенного срока, включая периоды монтажа, эксплуатации и ремонта.
- Технико-эксплуатационные свойства полимерных покрытий, которые позволяют им защищать конструкции:
- • Сопротивление переносу компонентов окружающих сред и продуктов коррозии сквозь структуру покрытий
• Диэлектрические и электрохимические параметры покрытия
• Способность к пассивации металла
• Стабильность механической и адгезионной прочности при воздействии комплекса внешних факторов
- Для того, чтобы защитное покрытие эффективно выполняло свои функции, оно должно удовлетворять целому ряду требований, основными из которых являются:
- При защите наружных поверхностей подзем ных металлических конструкций (магистральных газонефтепроводов, трубопроводов, емкостей, запорной арматуры и пр.):
- • сплошность и изолирующие параметры;
- • адгезия к металлическим поверхностям;
- • твёрдость и механическая прочность;
- • упруго-эластичность (для покрытий с фрагментами синтетических каучуков или полиуретанов);
- • устойчивость к воздействию статических и циклических механических нагрузок;
- • сопротивление ударам и перемещениям грунтов;
- • сопротивление проникновению влаги и коррозионо-активных ионов;
- • стойкость к действию водных растворов химических реагентов;
- • стойкость к температурным колебаниям и световому облучению;
- • стабильность при воздействии микроорганизмов (грунтовых бактерий и плесневых грибов);
- • стабильность комплекса технико-эксплуатационных характеристик во времени длительной эксплуатации;
- • простота технологии производства и нанесения в заводских, базовых и трассовых условиях.
- При защите металлических конструкций в условиях эксплуатации на воздухе:
- • устойчивость к воздействию температур в диапазоне – 40…+ 60°С и циклических температурных колебаний;
- • стабильность при действии солнечного (светового и ультрафиолетово го) облучения;
- • сопротивление процессам увлажнения или обледенения при атмосферных осадках;
- • устойчивость к воздействию циклических процессов конденсации и испарения воды вследствие изменения влажности воздуха;
- • стабильность при комплексном коррозионном воздействии кислорода, воды, растворённых в ней солей и химически активных газов;
- • сохранение технико-эксплуатационных параметров при статических и циклических деформациях от ветровых нагрузок;
- • сопротивление абразивному износу частицами пыли, песчаных грунтов
- Изоляционные покрытия должны выполнять свои функции в широком интервале температур строительства и эксплуатации трубопроводов, обеспечивая их защиту от коррозии на максимально возможный срок их эксплуатации.
- Требования к материалам и покрытиям на их основе изложены в документах «Технические требования ОАО «Газпром» к наружным покрытиям на основе термореактивных материалов для антикоррозионной защиты труб, соединительных деталей, запорной арматуры и монтажных узлов трубопроводов с температурой эксплуатации от минус 20°С до плюс.
- О главном: что выбрать?
- Сразу определимся с терминами.
- Материал – это компоненты покрытия, предназначенные для нанесения на защищаемое изделия после определенного набора технологических операций (нагрев, смешение, распыление, отверждение, и т.п.).
- Покрытие – материал, положенный на трубу, результат технологической цепи.
- Естественно, что эксплуатирующую организацию будет интересовать именно покрытие, поставщика – материал, в то время как проводящего изоляционные работы – и то и другое.
- При выборе необходимо учитывать три положения:
- • Идеального покрытия не существует. Любое покрытие имеет как преимущества, так и недостатки. Тот, кто утверждает обратное – либо ничего не понимает в этой области, либо задача его проста: продать любой ценой
- • Выбор подходящего покрытия – всегда компромисс. Каждый раз, выбирая преимущество в одной области, приходится жертвовать чем-то в других.
- • Нельзя рассматривать материал без сопровождения. Материал - лишь часть проблемы выбора. Остаются ещё оборудование для нанесения, технологичность, сервис и т.д.
- Необходимость выбора.
- Материалы для полимерных покрытий классифицируют по назначению, физико-химическим и другим признакам. Как правило, в состав материала покрытия входят компоненты, влияющие на свойства материала и покрытия на его основе: пигменты, пластификаторы, наполнители, стабилизаторы, отвердители, инициаторы и ускорители, добавки для улучшения смачивания и растекания, тиксотропные агенты и др.
- • Битум доступен, дешев, стоек к воде, водяному пару, ряду кислот и щелочей. Под действием солнечной радиации и температуры размягчается. При низких температурах имеет низкую эластичность и стойкость к удару.
- • Эпоксид не экранирует катодную защиту, имеет повышенную водопроницаемость, причем водопоглощение носит насыщающий характер. Переходное сопротивление, снижающееся в начальный период эксплуатации, стабилизируется. Покрытие становится проницаемым для токов катодной защиты, сохраняя высокие барьерные свойства по отношению к кислороду и ионам коррозионной среды. Оно обеспечивает эффективную защиту металла в широком интервале потенциалов катодной поляризации при низких плотностях тока за счет пассивации поверхности металла продуктами катодной реакции, в том числе под потерявшим адгезию покрытием. Эпоксид имеет великолепные показатели по адгезии к металлу, высокие термостойкость и влагостойкость, низкое значение катодного отслаивания. Вместе с тем, эпоксидный слой относительно хрупок, имеет недостаточную эластичность и, как следствие, прочность при ударе. На воздухе быстро обесцвечивается (эффект «меления»), склонен к растрескиванию.
- • Полиуретан эластичен, прочен при ударе, стоек к атмосферному воздействию, технологичен (быстро твердеет), но по показателям адгезии и термостойкости уступает эпоксиду. Как правило, требует специфического оборудования и не может наноситься при отрицательных температурах.
- • Полимочевина наряду с непроницаемостью пленки и высокой скоростью отверждения сохраняет реакционоспособность даже при отрицательных температурах и в присутствии воды. Однако в условиях холода резко увеличивается вязкость композиции, что приводит к снижению смачиваемости поверхности и, как следствие, адгезии. Наличие воды на поверхности также снижает адгезию. Желательно применение грунтовки.
- • Полиэтилен (особенно – высокого давления (ПЭВД) устойчив к световому и атмосферному старению. Сохраняет эластичность в широком интервале температур. Стоек к действию воды, кислот, щелочей, растворителей. Имеет высокие диэлектрические свойства. Низкая адгезия к стальной поверхности и другим материалам. Нанесение требует дорогостоящего и энергоемкого заводского оборудования.
- Специфика применения полимерных покрытий в нефтегазовой отрасли заключается в многообразии одновременно выполняемых функций. Поэтому создать покрытие с требуемым комплексом свойств на основе одного материала сложно и возникает необходимость в конструкциях из различных материалов, каждый из которых формирует определенные свойства покрытия. Направленно изменяя конструкцию покрытия, можно получать требуемое сочетание свойств на основе серийно выпускаемых материалов. Область рационального применения той или иной конструкции определяется назначением покрытия.
- Современные напыляемые покрытия для изоляции трубопроводов в трассовых условиях можно условно разделить на две группы: однослойные и двухслойные. Однослойные покрытия говорят сами за себя: один слой является защитным барьером для металла. Он же является самодостаточным для условий эксплуатации – достаточно прочен при ударе, истирании, достаточно термостоек, и так далее… Двухслойное покрытие построено по другому принципу. Защищает трубу внутренний, относительно тонкий слой грунтовки – праймер. Но он недостаточно стоек к удару, особенно при низких температурах, недостаточно эластичен… Проще говоря, защитный слой сам нуждается в защите от внешней среды. Для этого поверх наносится второй, мастичный слой. Но при этом слои должны быть прочно соединены между собой.
- Однослойные покрытия бывают полиэпоксидные, но чаще – полиуретановые или полимочевинные.
- Двухслойные покрытия, как правило, содержат слои разной природы. Внутренний – эпоксидный или модифицированный полиуретановый, наружный – полиуретановый, модифицированный полиуретановый, реже - эпоксидный.
- Рассмотрим наиболее типичные конструкции покрытий…
- Однослойная система (битум или модифицированный битум)
- Достоинства:
- • Низкая стоимость. Технологичность. Возможность нанесения при отрицательных температурах
- • Один тип оборудования для нанесения
Недостатки: - • Повышенная хрупкость при отрицательных и размягчение при положительных температурах
• Деформация слоя (пенетрация) под действием давления грунта и весом изолированной конструкции - • Низкая стойкость к бактериям и микроорганизмам
- Однослойная система (полиуретан)
- Достоинства:
- • Технологичность. Готовое покрытие за одну операцию нанесения
• Меньшее время производственного цикла (после подготовки поверхности – сразу нанесение)
• Один тип оборудования для нанесения
• Пистолет для распыления имеет гибкий «поводок» длиной 1,5- 3 метра (удобство в работе) - Недостатки:
- • Жесткие требования к шероховатости поверхности (минимально Rz =60 мкм). Речной песок неприменим
• Необходимость статического смесителя в системе подачи. Управление смесителем, промывкой смесителя, поводка и пистолета осуществляет дополнительный сотрудник.
• При перерывах в работе необходима промывка части системы подачи. Повышенный расход материала и растворителя при частых остановках
• Относительно медленное твердение защитного слоя. Сложности при получении толстого слоя за один проход, особенно, на вертикальной поверхности. Увеличенное время выдержки покрытия перед определением толщины покрытия
• Компоненты смешиваются в пропорции 3:1, 4:1. С увеличением длины шлангов подачи возрастает вероятность отклонения от заданной пропорции. - • Компоненты имеют различную вязкость и требуют разных температур при нанесении. Качество смешения компонентов очень сильно зависит от их температуры. Отклонения от нормы для каждого компонента могут иметь фатальные последствия – неполное смешение, нарушение пропорции и, как результат – брак
- Однослойная система (полимочевина)
- Достоинства:
- • Сверхбыстрая полимеризация (менее 10 секунд). Малое время производственного цикла
• Технологичность. Готовое покрытие за одну операцию нанесения - • Один тип оборудования для нанесения
• Соотношение при смешивании – типовое 1:1 - Недостатки:
- • Чрезвычайно жесткие требования к оборудованию. Сильная зависимость характеристик покрытия от качества смешивания.
• Изменение физико-механических свойств в воде со временем (реакция «омыления»)
• Нарастание балластной массы на выходе сопла. Необходимость периодической чистки оборудования
- Двухслойная система (эпоксидный или полиуретановый праймер – мастика на основе модифицированного полиуретана)
- Достоинства:
- • Высокая адгезия к стали праймера. Химическая «сшивка» между слоями праймера и мастики
• Менее жесткие требования к подготовке поверхности (минимум Rz =30 мкм против 60 мкм для однослойного полиуретана). Возможность применения в качестве абразива речного песка - • Меньшая стоимость оборудования для нанесения (даже с учетом необходимости двух видов: для каждого слоя)
• Быстрое время готовности слоя защитной мастики (через 10-20 секунд к поверхности можно прикасаться). Меньше очагов «пробоя» при налипании песка, пыли, насекомых
• Смешение компонентов мастики происходит в камере непосредственно перед соплом пистолета. Нет необходимости в промывке системы при перерывах в работе: меньше потери материала
• Мастика имеет коэффициент смешения компонентов, близкий к 1:1. Низкая вероятность брака при ошибках смешения. Длина шлангов практически неограниченна
• Оба компонента имеют одинаковую температуру. Шланги подачи имеют общий нагреватель - Недостатки:
- • Дополнительная операция – нанесение праймера. Дополнительное оборудование для напыления одноупаковочного материала
• Увеличение времени производственного цикла: необходимость сушки праймера
• Пистолет для распыления мастики относительно тяжел для оператора (подвод нескольких шлангов), сборка шлангов жесткая
- Двух- и трёхслойная система (на основе адгезива и экструдированного полиэтилена или эпоксидного праймера, адгезива и экструдированного полиэтилена)
- Достоинства:
- • Высокие эксплуатационные характеристики наружного слоя. Особенно - для трехслойного покрытия с эпоксидным праймером
- • Изделия хорошо переносят транспортировку
- • Один тип оборудования для нанесения
• Соотношение при смешивании – типовое 1:1 - Недостатки:
- • Нанесение только в заводских условиях. Энерго- и теплозатратный процесс
- • Изолируются только линейные участки труб или трубы с последующим изгибом на небольшой угол
- • Невозможность изоляции фасонных изделий и запорной арматуры
- • Технологические сложности изоляции сварных стыков, совмещения с другими видами покрытий и ремонта поврежденного полиэтиленового покрытия
- Защита для металла трубы требуется не только снаружи – от коррозии в грунтах и на воздухе, но и изнутри. Трубы с внутренним «гладкостным» покрытием поставляются для строительства магистральных газопроводов, а трубы с внутренним антикоррозионным покрытием – для строительства промысловых трубопроводов, водопроводов и нефтепродуктопроводов. Задача гладкостного покрытия – снизить потери на трение при транспорте газа (подразумевается, что газ предварительно осушен, примеси отделены). При транспорте нефти основное назначение внутреннего покрытия – минимизировать агрессивное воздействие компонентов нефти (воды, солевого состава, а также растворенных газов), снизить отложение парафинов и солей на стенках трубопроводов, облегчить процесс очистки.
- Наука и технология не стоят на месте. Сведения о материалах, уже присутствующих на рынке, а также о новинках, постоянно дополняются, поэтому эта рубрика будет расширяться…
|
Офис в России
ВЫБОР ПОКРЫТИЯ)
)
)
)
)
)
)
)
