Производство применение и защита труб

Всем этим требованиям  не отвечает ни один естественный или  искусственный материал, поэтому для изоляции подбирают материалы, отвечающие ряду требований, наиболее характерных для рассматриваемых условий сооружения и эксплуатации объекта. Для изоляции металлических сооружений широко применяют битумные мастики, полимерные и оберточные материалы, лаки, краски, эмали и т.д.

Второй способ — применение электрозащиты осуществляется в подземных металлических сооружениях, эксплуатирующихся в среде с достаточно большой электропроводностью (катодная защита) и при непосредственном контакте с металлом, обладающим более отрицательным электродным потенциалом (протекторная защита).

В основу протекторной защиты положен принцип работы гальванического элемента. Анодный процесс сопровождается переходом ионов металла в электролит — грунт (разрушение протектора), в то время как на катоде (трубе) происходит разряд этих ионов и коррозионного разрушения трубопровода в грунте не происходит.

Применение электрозащиты  почти полностью устраняет коррозионное разрушение труб и элементов конструкций объектов. Эффективность самой электрозащиты и ее стоимость во многом зависят от правильности выбора типа изоляционного покрытия и качества его нанесения.

Третий способ защиты предусматривает использование коррозионно-стойких материалов путем введения в металл при его плавке компонентов, повышающих его коррозионную стойкость, локализацию или удаление из металла вредных примесей, ускоряющих коррозию.

Последний способ — воздействие на окружающую среду предусматривает дезактивационную обработку агрессивной среды введением ингибиторов (замедлителей) коррозии. Действие ингибиторов сводится в основном к адсорбции на поверхности металла молекул или ионов ингибитора, тормозящих коррозию. К этому способу можно отнести удаление агрессивных компонентов из состава коррозионной среды: деаэрация водных растворов, очистка воздуха от примесей и его осушка и т.д.

Далее кратко будут  рассмотрены изоляционные материалы  и покрытия из них, используемые для  защиты труб и металлических конструкций в нефтегазовой промышленности.

4.1 Полимерные материалы

Полимерные материалы  относятся к классу высокомолекулярных органических соединений. По сравнению с другими материалами они обладают рядом преимуществ: высокими электроизоляционными, антикоррозионными и механическими свойствами в сочетании с пластичностью, водостойкостью, легкостью механической обработки, удобством и экономичностью использования. Они применяются в виде полимерных лент или полимерных композиций, наносимых на поверхность труб в порошкообразном или жидком виде в заводских или трассовых условиях. Наиболее перспективны заводские покрытия, обеспечивающие наиболее высокие эксплуатационные свойства.

Полимерные ленты предназначены для изоляции наземных и подземных трубопроводов диаметром не более 1 420 мм. Изоляционными свойствами в зависимости от исполнения обладают как пленка, так и клей. Использование полимерных лент упрощает технологию изоляционных работ на базе и трассе, повышает производительность труда по сравнению с использованием битумных покрытий. Поверх полимерных лент применяют материалы для их защиты от механических повреждений — обертки.

Грунтовки. Отечественные полимерные ленты применяют с битумно-полимерными, полимерными и битумными грунтовками ГТ-752, ГТП-820, ГТ-754-ИН и другими, которые состоят из синтетического каучука, нефтяного битума марки БНИ-IV, термореактивной фенолформальдегидной смолы и растворителя. Грунтовки используют при температуре не ниже -60 °С и не выше +80 °С. Грунтовку наносят на поверхность труб распылением или в комбинации с работой специальных самоходных изоляционных машин, ее расход около 0,1 кг/м². При температуре ниже +3°С поверхность трубопровода разогревают до температуры не менее 15 °С.

Импортные полимерные ленты  применяют только с импортной полимерной грунтовкой.

Теплостойкие ленты. Для изоляции горячих участков трубопроводов, например на компрессорных станциях, применяют полимерные ленты ЛЭТСАР-ЛПТ с защитным клеевым слоем из силоксановой резины на основе кремнийорганических каучуков. Их наносят на трубопровод по специальной двухкомпонентной грунтовке ВИКСИНТ-У-4-21. Температура воздуха в месте нанесения лент должна находиться в интервале 40...60 "С.

Поливинилхлоридные ленты. Для изоляции трубопроводов изготовляют липкие ленты из поливинилхлорида, пластифицированного специальными добавками, придающими ему необходимую эластичность и пластичность. К поливинилхлориду добавляют стабилизаторы, повышающие стабильность его свойств в атмосферных условиях, и пигменты для его окраски в коричневый или голубой цвет. Такие ленты толщиной 0,4 мм изготовляют различных типов: ПИЛ, ПВХ-БК, ПВХ-Л.

Ленты ПВХ-БК производят с клеевым слоем из бутил-каучуковой композиции и наносят на трубопровод при температуре воздуха от -35 до +50 °С. Ленты ПВХ-Л и ПИЛ выпускают с клеевым слоем на основе перхлорвиниловой смолы. Их наносят на трубопровод при температуре воздуха +5...50°С, а с подогревом — до -35 °С. Ленты влагоустойчивы, обладают высокими диэлектрическими и защитными свойствами, хорошо противостоят различным растворителям.

Полиэтиленовые ленты. Для получения изоляционных липких лент применяют два вида полиэтилена: высокой (ПЭВП) и низкой плотности (ПЭНП). Широко известна лента ПЭЛ из полиэтилена низкой плотности толщиной 0,4 мм. Эта лента обладает высоким электрическим сопротивлением, лучшей прилипаемостью, меньшим водопоглощением, высокой химической стойкостью и сохраняет механическую прочность в более широком интервале температур, чем поливинилхлоридные ленты ПИЛ и др. Полиэтиленовую ленту можно наносить на трубопроводы при отрицательных температурах до -40 °С.

Значительно более высокой  прочностью и морозостойкостью (до -60 °С) обладают ленты полиэтиленовые дублированные (ЛДП). Их изготовляют  валково-каландровым способом. Они имеют толщину 0,6 мм и отличаются стабильностью характеристик в интервале температур от -60 до +50 °С.

При изоляции стыков полимерными  лентами на сварной шов для  его дополнительной защиты по грунтовке  наносят один слой ленты шириной 100 мм, затем стык до основного покрытия обертывают с натяжением и обжатием двумя-тремя слоями липкой ленты. Полимерная лента на участках стыков должна плавно переходить в основное покрытие, для чего делается нахлест шириной 100 мм. Нахлест витков у основного защитного покрытия из липких полимерных лент должен быть не менее 20 мм. При послойном нанесении ленты нахлесты смежных слоев не должны располагаться друг над другом.

Импортные ленты. В нашей стране используют полимерные поливинилхлоридные и полиэтиленовые ленты, поставляемые из США («Поликен», «Плайкофлекс», «Тек-рап»), Японии («Нит- то», «Фурукава Рапко»), Италии («Альтене»), Югославии («Пла- стизол»), Болгарии («Кил»), эксплуатируемые при температуре трубопровода не ниже -60 °С и не выше +60 °С. Применяют их вместе с грунтовками и защитными обертками, которые имеют такие же наименования.

Защитные обертки. Для предохранения изоляции из полимерных липких лент от механических повреждений при прокладке трубопроводов на изоляционное покрытие дополнительно наносят (с помощью клея) защитные обертки из одного-двух слоев рулонного материала ПЭКОМ,ЛПП-2, ПВХ, ПДБ-БКидр. Наиболее широко применяют пленку ПЭКОМ, которая представляет собой липкую оберточную пленку толщиной 0,3 и 0,6 мм. Ее изготовляют из высоконаполненной смеси полиэтилена, синтетического каучука (не более 5 %), наполнителя, стабилизатора, битума (не более 10 %), модификатора. Пленку ПЭКОМ используют при температуре эксплуатации трубопроводов от -30 до +50 °С. Поставляют ее в рулонах длиной 125 и 180 м. Пленка имеет прочность при растяжении не менее 10,5 МПа; относительное удлинение не менее 50 % в продольном и поперечном направлениях; водопоглощение за 24 ч (по массе) не более 0,1 %; температуру хрупкости ниже -30 °С.

Применяют также липкую обертку на основе полиэтилена общей толщиной не менее 0,6 мм со слоем клея 0,1 мм на одной стороне (ЛПП-2). Прочность обертки на разрыв составляет не менее 8 МПа, относительное удлинение при разрыве не менее 100 %.

Поливинилхлоридный оберточный материал ПВХ представляет собой пленку из утильных отходов производства изоляционной поливинилхлоридной ленты с добавлением различных наполнителей. Обертки ПВХ изготовляют толщиной 0,7 мм, шириной 500 мм, длиной (в рулоне) 125 м. Прочность обертки ПВХ на разрыв составляет не менее 8 МПа, относительное удлинение не менее 80 %, морозостойкость до -10 °С; температура нанесения и эксплуатации от -10 до +40 °С.

Оберточный материал ПДК-БК — рулонный материал. Его  изготовляют из ПЭНП или ПЭВП (или  их смеси), бутилкаучука, битума, газогенераторной смолы или продукта окисления  ЛСБ (битума или нефтяного дистиллата «черный соляр»). Обертки ПДБ-БК поставляют толщиной 0,5 мм, шириной 450 и 500 мм и длиной в рулоне 250 м. Ее свойства: прочность на разрыв в продольном направлении не менее 10 МПа, в поперечном направлении не менее 1 МПа; относительное удлинение в продольном направлении не менее 40%, водопоглощение за 24 ч не более 0,5 %, температура нанесения и эксплуатации от -40 до +50 "С.

Заводские полимерные покрытия труб обладают лучшими эксплуатационными характеристиками по сравнению с покрытиями, наносимыми на трассе, что обеспечивается более тщательным проведением технологических операций по изоляции труб в стационарных условиях и применением прогрессивных технологических процессов и материалов. При этом увеличивается срок службы магистральных трубопроводов, устраняется сезонность выполнения изоляционных работ, повышаются темпы строительства за счет сокращения операций очистки и изоляции трубы, значительно уменьшается загрязнение окружающей среды при строительстве трубопроводов.

4.2 Битумные материалы

Для изоляции магистральных  трубопроводов применяют специальные изоляционные материалы — строительные твердые нефтяные битумы. Их получают окислением или обработкой паром остаточных продуктов после прямой перегонки или после крекинга нефти или нефтепродуктов.

Битум нефтяной изоляционный имеет марки: БНИ-IV, БНИ- IV-3 и БНИ-V. Плотность нефтяных битумов составляет 1 010... 1 070 кг/м³.

Битум представляет собой  твердую, плавкую или вязкожидкую  смесь углеводородов и их неметаллических производных. Компонентами группового состава битума служат: вязкие минеральные масла 28... 52 %; смолы 18... 30%; асфальтены, карбены и карбоиды 18... 52 %; асфальтеновые кислоты и их ангидриды — свыше 1,25%. Увеличение количества смол и масел в битуме повышает его пластичность (растяжимость) и снижает твердость.

В состав битума входят также  парафин, сера и минеральные остатки. При содержании в битуме серы более 2 % увеличивается его хрупкость. Если в битуме имеется более 4 % парафина, то уменьшается сила сцепления его с защищаемым металлом и одновременно повышается его хрупкость при отрицательной температуре. Битум не должен обладать водонасыщаемостью, так как она отрицательно влияет на срок службы покрытия трубопровода в грунтовых условиях.

По своей структуре битум — полимерное вещество, имеющее длинные цепи молекул, что объясняет его высокую пластичность и эластичность в твердом состоянии.

На основе нефтяного  битума для изоляции газонефтепроводов  изготовляют мастики, грунтовки  и рулонные обертки.

Битумные мастики рекомендуется  применять для изоляции стальных подземных трубопроводов диаметром  не более 820 мм и температурой транспортируемого  продукта не выше 40 °С. Для труб большего диаметра или предназначенных для  перекачки горячих продуктов  используют полимерные материалы и теплостойкие полимерные ленты.

Мастики изоляционные битумные представляют собой смесь битума с наполнителями и пластификаторами. Наполнители являются порошками, предназначенными для улучшения физико- механических свойств изоляционных мастик.

Введение наполнителей придает мастике большую прочность  и вязкость при сохранении достаточной  эластичности, делает покрытие менее чувствительным к высоким температурам, повышает сопротивляемость к механическим воздействиям и несколько удлиняет срок ее службы.

К минеральным наполнителям относятся известняк, доломит, молотый  асбест и др., к органическим —  дробленая резина (резиновая крошка), получаемая дроблением старой амортизированной резины (изношенных покрышек).

При проведении работ  в зимнее время битумная мастика теряет пластические свойства и становится хрупкой. При этом снижается прочность сцепления покрытия с металлом трубопровода и прочность сцепления обертки с битумной мастикой, в результате чего в мастике могут появиться трещины. Во избежание этого для трубопроводов, прокладываемых в осенне-зимний период, применяют изоляционные мастики с пластифицирующими добавками.

Пластификаторы предназначены  для повышения пластичности изоляционных материалов при нанесении их при температурах до -25 °С. Пластификаторы считаются эффективными, если при введении их в битум (наряду с приданием мастике упругопластических свойств) наблюдается минимальное снижение вязкости и температуры размягчения.

В качестве пластификаторов  применяют нефтяные масла: осевое (зимнее северное), зеленое, трансформаторное, а также полимерные вещества (низкомолекулярный полиизобутилен П-20, полидиен и др.).

Битумно-резиновые мастики представляют собой сплавленную массу из смеси битума 86...93 %, порошка резины 5... 10 % и пластификатора 3... 10 %. Применяют в основном мастики заводского изготовления типа МБР с различными температурами размягчения в зависимости от сезонности работ.

Количество вводимого  в битумно-резиновые мастики пластификатора зависит от температуры окружающего воздуха, при которой будут применять мастику: при температуре до -10 °С в мастики вводят до 3 % пластификатора, до-15°С — 5...7%идо -30 °С — 7... 10 % (зеленое масло). Ввод пластификатора осуществляют при температуре 160... 170 °С по окончании подготовки мастики.

Битумно-полимерные мастики применяются для улучшения физико-механических свойств битума путем введения в него полимеров, отходов и полупродуктов различных полимеров. Свойства битумно-полимерных мастик в значительной степени зависят также от эффекта контактирования составляющих компонентов и марки применяемого битума. Более активное взаимодействие битума с полимерами происходит при высокой дисперсности сырья (по сравнению с простым смешиванием битума с полимерами) и нагреве до определенной температуры.