Технология нанесения защитных покрытий в заводских условиях.

Нанесение наружных защитных покрытий на трубы в заводских условиях осуществляется с использованием оборудования поточных механизированных линий. В состав поточных линий изоляции труб входят: роликовые транспортные конвейеры, перекладчики труб, узлы очистки (дробеметная или дробеструйная установки), печи технологического нагрева труб (индук-ционные или газовые), узел напыления порошковой эпоксидной краски, экструдеры для нанесения адгезионного подслоя и наружного слоя покрытия, прикатывающие устройства, камеры водяного охлаждения изолированных труб, оборудование для контроля качества покрытия. Состав оборудования поточных линий изоляции труб зависит от типа заводского покрытия и диаметров изолируемых труб.

При нанесении наружных эпоксидных покрытий трубы, прошедшие абразивную очистку, нагреваются в проходной печи до температуры 200-240 °С, после чего на них в специальной камере, в электростатическом поле, производится напыление порошковой эпоксидной краски. При контакте с горячей поверхностью труб происходит оплавление и отверждение эпоксидной краски, формирование защитного покрытия.

Двухслойное и трехслойное полиэтиленовые покрытия могут наноситься на трубы двумя методами: методом "кольцевой" экструзии или методом боковой "плоскощелевой" экструзии расплавов композиций адгезива и полиэтилена. Для труб малых и средних диаметров более предпочтительным способом нанесения покрытий является метод "кольцевой" экструзии. При этом способе изоляции на предварительно очищенные и нагретые до заданной температуры (180-220 °С) трубы, поступающие по линии изоляции без вращения, через двойную кольцевую головку экструдера последовательно наносятся: расплав термоплавкой полимерной композиции (адгезионный подслой) и расплав полиэтилена (наружный защитный слой). Между кольцевой головкой экструдера и изолируемыми трубами создается пониженное давление ("вакуумирование"), в результате чего двухслойное покрытие плотно облегает поверхность изолируемых труб по всей их длине и периметру. При нанесении полиэтиленового покрытия по данной технологии обеспечивается наиболее высокая производительность процесса изоляции труб, которая может достигать 15-20 пог. м/мин.

При использовании метода боковой "плоскощелевой" экструзии двухслойное полиэтиленовое покрытие наносится на вращающиеся и поступательно перемещающиеся по линии трубы из двух экструдеров (экструдер по нанесению адгезива и экструдер по нанесению полиэтилена), оснащенных "плоскощелевыми" экструзионными головками. При этом расплавы клеевой и полиэтиленовой композиций в виде экструдированных лент наматываются по спирали на очищенные и нагретые до заданной температуры трубы с перехлестом в один (расплав адгезива) или в несколько (расплав полиэтилена) слоев. После нанесения на трубы покрытие прикатываются к поверхности труб специальными роликами. Изолированные трубы поступают в тоннель водяного охлаждения, где покрытие охлаждается до необходимой температуры, а затем трубы разгоняются по линии и с помощью перекладчиков подаются на стеллаж готовой продукции. При данном способе изоляции покрытие может наноситься на трубы диаметром от 57 до 1220 мм, а производительность процесса изоляции, как правило, не превышает 5-7 пог. м/мин.

Нанесение на трубы трехслойного полиэтиленового и трехслойного полипропиленового покрытий осуществляется по той же технологической схеме, что и нанесение двухслойного покрытия, за исключением введения в технологическую цепочку дополнительной операции - нанесения слоя эпоксидного праймера. Эпоксидный праймер толщиной 80-200 мкм наносится на очищенные и нагретые до необходимой температуры трубы методом напыления порошковой эпоксидной краски, после чего на праймированные трубы последовательно наносятся расплавы термоплавкой композиции адгезива и полиэтилена.

При нанесении на трубы комбинированного ленточно-полиэтиленового покрытия предварительно осуществляется щеточная очистка наружной поверхности труб. Технологический нагрев труб не производится. На очищенные трубы первоначально наносится битумно-полимерная грунтовка, а затем, после сушки грунтовки, осуществляется нанесение на праймированные трубы дублированной изоляционной ленты и наружного защитного слоя из экструдированного полиэтилена. Полиэтиленовый слой прикатывается к поверхности труб эластичным роликом, после чего изолириванные трубы охлаждаются в камере водяного охлаждения.

В 1980-х годах в России была установлена линия по нанесению эпоксидных порошковых покрытий. Эти покрытия получают методом напыления порошковой эпоксидной краски с толщиной слоя 350-500 мкм на предварительно очищенную и нагретую до 180-240^оС трубу. Однако, как показал опыт использования труб с таким покрытием, они не в состоянии противостоять механическим нагрузкам, возникающим в процессе транспортировки, погрузочно-разгрузочных и строительно-монтажных работ. Количество повреждений оказывалось столь значительным, что после сварки труб в нитку их ремонт оказывался экономически нецелесообразным и такой участок подвергался переизоляции с использованием полимерных липких лент. С учетом вышеуказанных недостатков применение труб с порошковым эпоксидным покрытием было ограничено трубами диаметром до 820 мм.

Основным направлением повышения надежности и долговечности антикоррозионной защиты подземных газопроводов является использование труб с заводским полиэтиленовым покрытием.

Другой тип покрытий, применяемых в основном для антикоррозионной защиты изделий со сложной конфигурацией поверхности - полиуретановые двухкомпонентные мастики.Эти покрытия наносятся на поверхность труб и соединительных деталей при строительстве насосных станций и технологических обвязок нефтепроводов. Исходя из практического опыта, срок эксплуатационной надежности этого типа покрытия составляет 20-25 лет. В настоящее время отработана заводская технология нанесения полиуретановых покрытий на соединительные детали диаметром до 1220 мм.

Изоляционные покрытия, применяемые для защиты поперечных сварных стыков:

- ленты холодного нанесения (поливинилхлоридные и полиэтиленовые)

- жидкие покрытия — от покрытий на основе каменноугольного и модифицированного каменноугольного пека до полиуретановых и эпоксидных.

- термоусаживающиеся манжеты — являются наиболее широко применяемым методом защиты поперечных сварных стыков.

Изоляционные покрытия, применяемые при ремонте и восстановлении трубопровода:

- ленты холодного нанесения

- жидкие покрытия

Как показывает опыт применения различных типов антикоррозионных материалов при эксплуатации и строительстве нефтепроводов в РФ, их выбор должен определяться целым рядом критериев, как технологических, так и эксплуатационных, а также учитывать экономическую целесообразность применения того или иного покрытия. В настоящее время наиболее перспективным направлением в строительстве и реконструкции подземных нефтепроводов в России является использование труб, фитингов и монтажных узлов с покрытиями заводского нанесения и снижением объемов трассового нанесения покрытий.

Контроль качества защитных изоляционных покрытий выполняют как в процессе строительства, так и при эксплуатации нефтепроводов. Эффективность защиты от коррозии и ее стоимость во многом зависят от правильного выбора типа покрытия, его свойств и качества нанесения. Чем хуже защитное покрытие, тем больше расходов на электрохимическую защиту, содержание и техническое обслуживание трубопровода. Тщательный контроль за покрытием во время его нанесения и при последующих операциях с трубами является очень важным фактором для обеспечения высокого качества защиты. На каждой стадии изоляции и укладки трубопроводов необходим контроль изоляционного материала, очистки поверхности трубопровода, толщины и сплошности нанесенного покрытия. Кроме того, следует выявлять места дефектов изоляционного покрытия трубопровода после укладки его в траншею и засыпки. В настоящее время разработан и выпускается целый ряд приборов и систем, позволяющих контролировать изоляционное покрытие до и после укладки трубопроводов в траншею: толщиномеры, адгезиметры, дефектоскопы, искатели повреждений изоляции на подземных трубопроводах. Качество исходных материалов проверяют, сопоставляя данные, приведенные в паспорте и сертификатах, с результатами лабораторных анализов, а также контролем соответствия их свойств требованиям ТУ и ГОСТ на эти материалы. Качество нанесенного на трубы изоляционного покрытия определяют внешним осмотром, измерением толщины и сплошности покрытия, адгезии (прилипаемости) к металлу, прочности при ударе, переходного сопротивления.

Внешний осмотр изоляции следует проводить в процессе наложения каждого слоя покрытия по всей длине трубы и после окончания изоляции. При этом не допускаются пропуски, поры, трещины, сгустки, вздутия, пузыри, расслоения, складки и другие дефекты изоляции. При нанесении защитных оберток контролируют натяжение полотнища, обеспечивающее плотное прилегание обертки к поверхности изоляционного покрытия трубопровода, а также ширину нахлеста витков, которая должна быть не менее 2 см (на концах обертки - 10-15 см). Защитные обертки, не имеющие прочного сцепления в конце полотнища, а при необходимости и через каждые 10-12 м, закрепляются бандажом, клеем или другим подходящим способом. Толщину изоляции проверяют при заводском или базовом нанесении на 10 % труб и в местах, вызывающих сомнение, не менее чем в трех сечениях по длине трубы и в четырех точках каждого сечения. При трассовом нанесении - не менее одного замера на каждые 100 м трубопровода.

Сплошность защитных покрытий контролируют искровыми дефектоскопами. В трассовых условиях нанесения изоляции сплошность покрытия проверяют, например, искровым дефектоскопом ДЭП-1, ДЭП-2, ДИ-74 или аналогичными приборами. Напряжение на щупе устанавливают из расчета не менее 4 кВ на каждый миллиметр толщины покрытия. В случае пробоя защитного покрытия дефектные места ремонтируют и повторно проверяют.

Адгезию покрытия к поверхности металла определяют с помощью адгезиометров СМ-1, АД-1, А-1. Прибор СМ-1 предназначен для оценки адгезионной прочности битумных изоляционных материалов и покрытия. Принцип действия прибора основан на измерении усилия, необходимого для сдвига образца изоляции контурной площадью 1 см². Этот прибор обеспечивает возможность оценки адгезионной прочности в пределах от 0 до 1,5 МПа при погрешности не более 5-6 %. Прибор АД-1 предназначен для оценки адгезионной прочности битумных покрытий путем измерения усилия, необходимого для отрыва покрытия от поверхности трубы. Пределы измерения прибора от 0 до 1,6 МПа. Прибор А-1 предназначен для контроля адгезии изоляционных покрытий из полимерных лент. Принцип действия прибора основан на измерении усилия, необходимого для отрыва надрезанной полоски изоляции определенной ширины (например, 5 см).

Критерием качества комплексной защиты трубопроводов является переходное сопротивление, которое характеризует состояние изоляционного покрытия и позволяет оптимизировать расход тока катодной поляризации трубопровода. Снижение переходного сопротивления во времени вызывает необходимость либо увеличивать ток катодных станций и их число, либо ремонтировать изоляцию на данном участке. Наибольшее влияние на состояние изоляционного покрытия и, следовательно, на значение переходного сопротивления и его изменение во времени оказывают следующие основные факторы: материал и толщина изоляционного покрытия, диаметр трубопровода, температура транспортируемого продукта, удельное электрическое сопротивление и состав грунта.

Основными причинами возникновениядефектов изоляционных покрытий являются:

1) Применение некачественных либо несоответствующих изоляционных материалов. Изменение показателей качества изоляционных материалов происходит в результате неправильных: транспортировки (деформация рулонов), хранения (засорения битума землей, обводнения битума при хранении под открытым небом) или приготовления (нарушения дозировки компонентов битумной мастики, перегрев мастики, чрезмерное разведение грунтовки растворителем) .

2) Некачественное нанесение грунтовки на трубопровод. При длительном или неудовлетворительном хранении грунтовки происходит ее загустевание, в связи с чем грунтовка наносится на трубопровод неравномерно, с подтеками. При нанесении грунтовки на влажную поверхность трубы образуются пузыри, которые снижают прилипаемость грунтовки и покрытия к металлу. В случае нанесения грунтовки в ветреную погоду в грунтовочном слое могут образоваться воздушные пузыри. Одной из причин плохой прилипаемости грунтовки является пыль, оседающая на трубе после очистки от ржавчины.

3) Дефекты, возникающие при нанесении полимерных изоляционных лент. Большая разнотолщинность ленты при механизированном нанесении приводит к складкам, морщинам, гофрам. При незначительной разнотолщинности усиленное натяжение наносимой ленты расправляет ее. Плохая торцовка рулонов и телескопический сдвиг витков ленты в рулоне приводят к некачественному нанесению покрытия. Плохо отрегулированная машина, неправильно выбранный угол наклона шпуль, недостаточное натяжение ленты приводят к образованию гофр, морщин и неравномерному нахлесту. Нанесение липкой ленты двумя рулонами разной ширины приводит к неравномерному нахлесту и несплошности покрытия. При переходе клея на смежную нелипкую сторону нарушается прилипаемость ленты. Необходимо строго соблюдать температурный режим нанесения ленты (в соответствии с ТУ на данную ленту). Нанесение ленты на плохо очищенную от брызг металла и грата поверхность сварных стыков приводит к проколам изоляционного покрытия. Эти места перед нанесением изоляции необходимо зачистить. Недостаточное или чрезмерное натяжение ленты при размотке рулона ведет к образованию гофр, перекосу и, как следствие, к образованию поперечных морщин и складок.

4) Дефекты, возникающие при изоляционно-укладочных работах и засыпке трубопровода. При раздельном способе производства изоляционно-укладочных работ, когда трубопровод находится на берме траншеи, изоляционное покрытие может быть повреждено от оплывания на солнце, растрескивания на морозе, продавливания на лежках и других посторонних механических воздействий; дефекты могут быть выявлены при осмотре покрытия, после чего должен быть выполнен ремонт покрытия с последующей проверкой качества дефектоскопом. Повреждения покрытия при укладке трубопровода с бермы в траншею возникают: при захвате трубы петлей троса; при недостаточной ширине полотенца или при вытаскивании полотенца из-под трубопровода; при соприкосновениях или ударах трубопровода об откосы траншеи во время опуска, особенно на криволинейных участках трассы. Повреждения покрытия при совмещенном способе производства изоляционно-укладочных работ могут возникать при укладке трубопровода не по оси траншеи. При укладке трубопровода в жаркую погоду, когда покрытие не успевает остыть и касается стенок траншеи, возможны его продавливания и сдиры. Опускание трубопровода с температурой битумного покрытия выше +30 °С на неровное дно траншеи, а также наличие на нем камней или комьев засохшей глины неизбежно приводит к продавливанию покрытия.

5) Механические воздействия грунта при эксплуатации, приводящие к сдвигающим или растягивающим напряжениям изоляционного покрытия, при этом происходит «растрескивание» и образование складок, задиров, царапин, гофр.

6) Физико-химическое воздействие грунта, влияние поверхностно-активных компонентов грунтово–коллоидной среды, в т.ч. приводящее к выпотеванию и вымыванию пластификаторов из изоляционных покрытий.

7) Неправильная эксплуатация трубопровода (резкий перепад температур перекачиваемого продукта, перекачка продукта с температурой выше проектной и т.д.).

8) Не выполнение требований РД-33.040.99-КТН-210-10 и ГОСТа Р51164-98, по ограничению величины защитного поляризационного потенциала (не больше чем минус 1,15В) от действия электрохимической защиты, что приводит к отслоению изоляции за счет интенсивного образования газообразного водорода, и усилению биологической коррозии за счет увеличения интенсивности жизнедеятельности микроорганизмов и бактерий.

9) Несоблюдение режимов нанесения изоляционных покрытий в зимних условиях – нарушение режимов подогрева трубопровода, грунтовки, изоляционных покрытий, нарушение режимов хранения.

10) Смерзание изоляционного покрытия трубопровода с водонасыщенным грунтом. Эффективность изоляционных покрытий наружной поверхности подземных трубопроводов определяется, в основном, природой материала и покрытия на его основе, конструкцией покрытия, технологией нанесения покрытия на трубопровод и другими условиями в процессе эксплуатации. После укладки изолированного трубопровода в траншею при стабилизации грунтовой засыпки покрытие подвергается всевозможным деформациям. Деформации совместно с действием поверхностно-активных составляющих грунтов приводят к разрушению покрытий, то есть нарушению целостности изоляции и интенсивной коррозии трубопроводов. При засыпке трубопровода грунтом в траншее ударная нагрузка на покрытие может быть весьма значительной – особенно в зимнее время, когда обледенелый грунт имеет высокую твердость, а покрытие находится в состоянии, близком к хрупкому. К этим воздействиям следует добавить еще одно–катодную поляризацию, приводящую при определенных режимам к отслаиванию покрытий. Опасность коррозионного разрушения подземных трубопроводов обусловлена не только почвенной коррозией, но и действием постоянных токов электрических установок, в которых в качестве обратного провода используется земля – коррозия блуждающими токами. На практике возможны случаи, когда трубопровод находится в экстремальных условиях, то есть на него действует весь комплекс неблагоприятных воздействий.