Главная Применение металлопроката и труб Защита трубопроводов изоляционными покрытиями.

Защита трубопроводов изоляционными покрытиями.

179

Изоляционные покрытия должны обладать следующими требованиями:

  • непрерывность изоляционного покрытия предохраняет подземные трубопроводы от образования коррозионных элементов;
  • водонепроницаемость покрытия имеет важное значение, так как в противном случае электролит, насыщая поры покрытия, войдет в контакт с поверхностью трубопровода, что приведет к его коррозии;
  • прилипаемость (адгезия) изоляционного покрытия к металлу - один из основных показателей, потеря прилипаемости снижает сопротивляемость покрытия механическим воздействиям, а также проникновению под него электролита;
  • растяжимость характеризует пластические свойства изоляционных покрытий, а глубина проникновения иглы - его механические свойства, которые должны быть достаточными для проведения изоляционно-укладочных работ;
  • химическая стойкость покрытия должна обеспечивать  надежную защиту газопровода в условиях наиболее агрессивных почвенных электролитов;
  • химическая нейтральность покрытий по отношению к стальной поверхности трубопровода необходима для исключения химических реакций, которые могут привести к коррозии труб.

Недостатки данного метода:

  • наличие в изоляционном покрытии сквозных отверстий и оголений создает опасность образования сквозных проржавлений стенки трубы. Такое повреждение наиболее вероятно на анодных участках трубопровода, создаваемых блуждающими токами;
  • изоляционное покрытие в процессе эксплуатации стареет, теряет диэлектрические свойства, водоустойчивость;
  • встречаются повреждения изоляции при температурных перемещениях трубопровода, а также корнями растений;
  • в покрытиях остается некоторое количество не замеченных при проверке дефектов.

Следовательно, изоляционные покрытия не гарантируют необходимой защиты трубопровода от коррозии. Достаточно эффективная защита может быть обеспечена только при нанесении изоляционных покрытий и применении электрохимической защиты [1].

1.1.2 Электрохимическая защита трубопроводов

Электрохимическая защита подземных трубопроводов от коррозии может быть достигнута при помощи катодной, протекторной и электродренажной защит.

1.1.2.1 Катодная защита трубопроводов

При катодной защите к трубопроводу подключают отрицательный полюс источника постоянного тока. Положительный полюс источника тока подключают к анодному заземлению. При включении источника тока создается электрическая цепь: плюсовая клемма источника тока - анодное заземление - почвенный электролит - трубопровод - минусовая клемме источника тока. На оголенных участках трубопровода в местах повреждения изоляции происходит процесс катодной поляризации.

Станция катодной защиты (СКЗ) - это комплекс сооружений, предназначенных для катодной поляризации трубопровода внешним током. В состав СКЗ входят:

  • источник постоянного тока;
  • анодное заземление;
  • катодный вывод трубопровода;
  • соединительные электролинии;
  • защитное заземление.

Составной частью цепи СКЗ являются защищаемый трубопровод и объем грунта, замыкающий анодный и катодный участок электрохимической системы.

Анодные заземления СКЗ предназначены для создания электрического

низкоомного контакта положительного полюса источника СКЗ с грунтом при наложении на газопровод внешнего тока. Они являются положительными электродами электрохимических элементов, образованных СКЗ и работающих в режиме непрерывного заряда. Различают анодные заземления следующих типов:

  • по материалу рабочих электродов - металлические (стальные, чугунные и железокремнистые) и неметаллические (графитовые, графитопластовые, угольные);
  • по форме профиля электродов - трубчатые, уголковые, рельсовые, прутковые, стержневые;
  • по характеру работы - голые, установленные непосредственно в грунт и с засыпкой (коксовой, угольной, графитной, комбинированной) [2].

1.1.2.2 Протекторная защита трубопроводов

Защита от коррозии подземных трубопроводов, патронов на переходах

трубопроводов через железные и шоссейные дороги, подземных металлических емкостей, кабелей протекторными установками заключается в том, что токи коррозионных элементов подавляются токами гальванических элементов, образованных металлом сооружения и электрохимически более активным электродом, находящимся в том же почвенном электролите. При протекторной защите компенсационные токи создаются за счет более активного электрохимического растворения протектора по сравнению со скоростью растворения металла защищаемого сооружения [3].

1.1.2.3 Электродренажная защита трубопроводов

Электрический дренаж является наиболее простым, не требующим источника тока видом активной защиты, так как трубопровод электрически соединяется с тяговыми рельсами источника блуждающих токов. Источником защитного тока является разность потенциалов трубопровод-рельс, возникающая в результате электрифицированного железнодорожного транспорта и наличия поля блуждающих токов. Протекание дренажного тока создает требуемое смещение потенциала на подземном трубопроводе [3].

1.1.3 Битумно-мастичные покрытия

На протяжении многих десятилетий битумно-мастичное покрытие являлось основным типом наружного защитного покрытия отечественных трубопроводов. К преимуществам битумно-мастичных покрытий следует отнести их дешевизну, большой опыт применения, достаточно простую технологию нанесения в заводских и трассовых условиях.  Битумные покрытия проницаемы для токов электрозащиты, хорошо работают совместно со средствами электрохимической защиты.

В соответствии с требованиями ГОСТ РК 51164-98 «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии» конструкция битумно-мастичного покрытия состоит из слоя битумной или битумно-полимерной грунтовки (раствор битума в бензине), двух или трех слоев битумной мастики, между которыми находится армирующий материал (стекло-холст или стеклосетка) и наружного слоя из защитной обертки. В качестве защитной обертки ранее использовались оберточные материалы на битумно-каучуковой основе типа «бризол», «гидроизол» или крафт-бумага. В настоящее время применяют преимущественно полимерные защитные покрытия толщиной не менее 0,5 мм, грунтовку битумную или битумно-полимерную, слой мастики битумной или битумно-полимерной, слой армирующего материала (стеклохолст или стеклосетка), второй слой изоляционной мастики, второй слой армирующего материала, наружный слой защитной полимерной обертки. Общая толщина битумно-мастичного покрытия усиленного типа составляет не менее 6,0 мм, а для покрытия трассового нанесения нормального типа - не менее 4,0 мм.

В качестве изоляционных мастик для нанесения битумно-мастичных покрытий применяются битумно-резиновые мастики, битумно-полимерные мастики (с добавками полиэтилена, атактического полипропилена), битумные мастики с добавками термоэластопластов, мастики на основе асфальтосмолистых соединений типа «Асмол». Основными недостатками битумно-мастичных покрытий являются:

  • недостаточно высокая ударная прочность и стойкость к продавливанию;
  • повышенная влагонасыщаемость и низкая биостойкость покрытий;
  • узкий температурный диапазон применения (от -10 oС до +40 oС).

В зимнее время, при отрицательных температурах воздуха, битумные покрытия охрупчиваются и разрушаются при незначительных механических нагрузках и  деформациях. В летний период, а  также при температурах выше 30 ºС, битумно-мастичные покрытия размягчаются, переходят в вязко-текучее состояние и могут оплывать и продавливаться как под воздействием грунта, так и под весом трубопровода. 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.

Срок службы битумных покрытий ограничен и, как правило, не превышает 10-15 лет. Рекомендуемая область применения битумно-мастичных покрытий - защита от коррозии трубопроводов малых и средних диаметров, работающих при нормальных температурах эксплуатации. В соответствии с требованиями ГОСТа РК 51164-98 применение битумных покрытий ограничивается диаметрами трубопроводов не более 820 мм и температурой эксплуатации не выше 40 oС [4].

1.1.4 Полимерные ленточные покрытия

Полимерные ленточные покрытия технологичны при нанесении, обладают более широким температурным диапазоном применения (от -20 ºС до +40 ºС), с незначительным водопоглащением, крайне низкой влаго-кислородопроницаемостью, высокими диэлектрическими характеристиками, переходным сопротивлением, повышенной стойкостью к катодному отслаиванию.

Накопленный практический опыт применения данных покрытий на трубопроводах больших диаметров показал, что из-за пониженной адгезии покрытия к стали ширины и естественной ползучести бутилкаучукового клеевого подслоя полимерной ленты под воздействием оседающего в траншее грунта происходит сдвиг покрытия по поверхности трубы. Это приводит к растрескиванию покрытия под напряжением или даже к его полному механическому разрушению и, как следствию, ускорению коррозионных процессов.

Конструкция полимерного ленточного покрытия трассового нанесения в соответствии с ГОСТ РК 1164-98 состоит из слоя адгезионной грунтовки, 1 слоя полимерной изоляционной ленты толщиной не менее 0,6 мм и 1 слоя защитной полимерной обертки толщиной не менее 0,6 мм. Общая толщина покрытия – не менее 1,2 мм.

При заводской изоляции труб количество слоев изоляционной ленты и обертки увеличивается. При этом общая толщина покрытия должна составлять не менее 1,2 мм – для труб диаметром до 273 мм, не менее 1,8 мм – для труб диаметром до 530 мм и не менее 2,4 мм – для труб диаметром до 820 мм включительно.

Начиная с 1 июля 1999 г., после введения в действие ГОСТа РК 51164-98, применение липких полимерных лент при трассовой изоляции газопроводов ограничено диаметрами труб не выше 820 мм и температурой эксплуатации не выше плюс 400 оС. Для нефтепродуктопроводов допускается применять ленточные покрытия трассового нанесения при изоляции труб диаметром до 1420 мм, но при этом общая толщина покрытия должна составлять не менее 1,8 мм (наносятся 2 слоя полимерной ленты и 1 слой защитной обертки).

В системе полимерного ленточного покрытия функции  изоляционной ленты и защитной обертки различные. Изоляционная лента обеспечивает адгезию покрытия к стали (не менее 2 кг/см ширины), стойкость к катодному отслаиванию, выполняет функции защитного барьера, препятствующего проникновению к поверхности труб воды, почвенного электролита, кислорода, то есть коррозионноактивных агентов. Защитная обертка служит в основном для повышения механической, ударной прочности покрытия. Она предохраняет ленточное покрытие от повреждений при укладке трубопровода в траншею и засыпке его грунтом, а также при усадке грунта и технологических подвижках трубопровода. К преимуществам ленточных покрытий относится:

  • высокая технологичность их нанесения на трубы в заводских и трассовых условиях;
  • хорошие диэлектрические характеристики;
  • низкая влагокислородопроницаемость и широкий температурный диапазон применения.

Основные недостатки полимерных ленточных покрытий:

  • низкая устойчивость к сдвигу под воздействием осадки грунта;
  • недостаточно высокая ударная прочность покрытий;
  • низкая биостойкость адгезионного подслоя покрытия [4].

1.1.5 Комбинированное мастично-ленточное покрытие

Конструктивно покрытие состоит из слоя адгезионного праймера, слоя

изоляционной мастики на основе битума или асфальтосмолистых соединений, слоя изоляционной полимерной ленты толщиной не менее 0,4 мм и слоя полимерной защитной обертки толщиной не менее 0,5 мм. Общая толщина комбинированного мастично-ленточного покрытия составляет не менее 4,0 мм. При нанесении изоляционной битумной мастики в зимнее время ее, как правило, пластифицируют, вводят добавки специальных масел, которые предотвращают охрупчивание мастики при отрицательных температурах окружающей среды. Битумная мастика, наносимая по праймеру, обеспечивает адгезию покрытия к стали, и является основным изоляционным слоем покрытия. Полимерная лента и защитная обертка повышают механические характеристики и ударную прочность покрытия, обеспечивают равномерное распределение изоляционного мастичного слоя по периметру и длине трубопровода. Основные недостатки комбинированного мастично-ленточного покрытия:

  • недостаточно широкий температурный диапазон применения (от -10 oС до +40 oС);
  • недостаточно высокие физико-механические показатели свойств (ударная прочность, стойкость к продавливанию) [4].

1.1.6 Лакокрасочные покрытия

Наиболее простым и доступным способом борьбы с коррозией является применение защитных лакокрасочных покрытий. Лакокрасочные покрытия (ЛКП) имеют ряд преимуществ перед другими видами защитных покрытий:

  • простота нанесения и возможность применения для защиты;
  • оборудования и металлоконструкций больших габаритов и сложной конфигурации;
  • возможность подновления и ремонта ЛКП непосредственно на месте эксплуатации;
  • возможность сочетания ЛКП с другими методами защиты, что позволяет использовать его в условиях более жестких коррозионных воздействий;
  • возможность получения покрытия любого цвета;
  • более низкая стоимость по сравнению с другими видами защитных покрытий.

К основным недостаткам большинства ЛКП следует отнести их ограниченную паро-, газо- водонепроницаемость и недостаточную термостойкость. В зависимости от состава пигментов и пленкообразующей основы ЛКП могут выполнять роль барьера, пассиватора или протектора.

Поэтому их защитное действие обусловливается двумя основными факторами: механической изоляцией защищаемой поверхности от внешней среды и химическим или электрохимическим взаимодействием покрытия с защищаемой поверхностью.

Барьерная защита заключается в механической изоляции поверхности металла от агрессивной среды. Эффективность защиты зависит от степени непроницаемости (пористости) и химической стойкости покрытий, степени сцепления (адгезии) покрытия с защищаемой поверхностью и быстроты появления микротрещин в покрытии. Агрессивная среда, проникнув по микротрещинам и порам к защищаемой поверхности, способствует возникновению коррозионных процессов. Если окрашивание проводилось материалами, пленки которых имеют высокую водопроницаемость или быстро стареют и покрываются сеткой микротрещин, то, даже при отсутствии видимых признаков разрушения покрытия, возникшая подпленочная коррозия может вызвать значительные повреждения металла.

Пассивация поверхности металла с помощью ЛКП достигается при химическом взаимодействии металла и компонентов покрытия. К этой группе лакокрасочных материалов относятся грунты и эмали, содержащие фосфорную кислоту (фосфатирующие), а также составы с ингибирующими пигментами, замедляющими или предотвращающими процесс коррозии, и другие. Протекторная защита металла достигается добавлением в материал покрытия порошков металлов, менее «благородных», чем защищаемый металл. Для железа это Zn, Mg, Al . Под действием агрессивной среды происходит растворение порошка-добавки, а защищаемый металл не корродирует [4].

1.1.7 Гальванический метод

Гальванический метод покрытий из комплексных сульфитных растворов трехвалентного хрома. Добавки некоторых элементов, в частности марганца (по данным К. Н. Пименовой), позволяют повысить твердость и коррозионную стойкость железохромовых осадков. С точки зрения технологичности, гальваническое осаждение в условиях массового производства громоздко, многооперационно, требует тщательного соблюдения условий охраны труда и техники безопасности. Покрытия имеют недостаточную адгезию к основе, растрескиваются при деформации. При нанесении толстых покрытий на конструкционные стали, процесс значительно усложняется и требует применения специальных электролитов, солей, суспензий с последующим отжигом, прессованием и покрытием другими металлами [5].

1.1.8 Метод плакирования

 Метод плакирования используют в основном для получения защитных покрытий на прокате. Есть несколько разновидностей этого метода получения покрытий: заливкой, совместной пластической деформацией, наплавкой или электросваркой. В 60-е годы разработан метод сварки взрывом, суть которого состоит в следующем. Пластину плакировочного материала располагают под некоторым углом к покрываемой поверхности, на пластину накладывают вспомогательную пластину с взрывчатым веществом. После взрыва образуется прочное соединение под действием значительного давления, тангенциального перемещения и благодаря очистке соединяемых поверхностей от оксидных пленок [6].