полиэтиленовые покрытия труб. исследования

В настоящее время при новом строительстве магистральных нефтепроводов, а также при проведении работ по переизоляции действующих трубопроводов для их противокоррозионной защиты применяются различные изоляционные материалы и конструкции защитных покрытий, начиная от битумно-мастичных трассового нанесения и заканчивая многослойными полимерными покрытиями заводского нанесения. Но при всем имеющемся многообразии защитных покрытий практически невозможно сделать выбор в пользу только одного универсального покрытия, которое бы отвечало всем предъявляемым требованиям и обеспечивало эффективную защиту трубопроводов от коррозии при различных условиях строительства и эксплуатации.

Выбор изоляционных материалов и оптимальных систем защитных покрытий определяется многими факторами, но в целом очевидно, что наиболее высокими показателями обладают защитные покрытая труб, соединительных деталей и запорной арматуры трубопроводов заводского нанесения. Только в стационарных заводских или базовых условиях можно обеспечить высокое качество подготовки поверхности труб (очистку, технологический нагрев до требуемой температуры) и нанесение защитных покрытий с применением технологий, оборудования и материалов, которые невозможно использовать при трассовом способе изоляции трубопроводов.

Сфера применения трубопроводов с двухслойной и трехслойной изоляцией - магистральные газопроводы, нефтепроводы, продуктопроводы, трубопроводы коммунального назначения и др.

В настоящее время трубы с двухслойным полиэтиленовым покрытием применяются повсеместно при строительстве магистральных и промысловых трубопроводов, прокладке межпоселковых газопроводов, водопроводов, трубопроводов коммунального назначения. Процесс заводской двухслойной изоляции труб освоен многими отечественными предприятиями и постепенно вытеснил битумную и полимерную ленточную изоляцию труб. Еще более эффективным защитным покрытием является трехслойное полиэтиленовое покрытие труб. Введение в конструкцию защитного покрытая дополнительного слоя — эпоксидного праймера толщиной 100-200 мкм позволило в значительной мере повысить адгезионные характеристики покрытия, его стойкость к воздействию воды, к катодному отслаиванию. Трехслойное полиэтиленовое покрытие, полученное на основе современных качественных изоляционных материалов, характеризуется повышенной (до 80°С) теплостойкостью. Под трехслойными покрытиями не было зафиксировано случаев стресс-коррозии трубопроводов.

После внедрения на отечественных предприятиях промышленных производств по трехслойной изоляции труб ВНИИСТом по поручению АК «Транснефть» и Госгортехнадзора РФ были проведены комплексные испытания и сертификация заводских трехслойных полиэтиленовых покрытий труб на соответствие их требованиям Технических условий и ГОСТ Р 51164 «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии».

Центром базовой изоляции ВНИИСТ испытано уже более 10 различных систем трехслойных покрытий труб. Оценка характеристик проводилась по 15 показателям свойств, включая:

• диэлектрическую сплошность,
• адгезию покрытия к стали,
• водостойкость адгезии,
• стойкость к катодному отслаиванию,
• ударную прочность в диапазоне температур,
• стойкость к растрескиванию,
• стойкость к ультрафиолетовому и термическому старению и т. д. (63).

Несмотря на достаточно высокие требования российского стандарта ГОСТ Р 51164, в значительной степени превышающие требования немецкого стандарта DIN 30670 и французского стандарта NFA 49710, несколько систем трехслойных покрытий выдержали комплексные испытания и были рекомендованы к практическому применению.

Заводские трехслойные полиэтиленовые покрытия труб относятся к покрытиям усиленного типа нормального или специального исполнения и могут применяться без ограничений по диаметрам труб.

Наилучшие результаты были получены при испытании заводских трехслойных систем с использованием порошковых эпоксидных красок фирм “BASF”, “3M”, “BS Coating”, “AkzoNobel” и композиций адгезива и полиэтилена производства “Borealis”, “Basell”, “Atofma” и “UBE”.

До настоящего времени не сертифицирована ни одна система трехслойного покрытия на базе отечественных изоляционных материалов. Проблема в том, что российские заводы-изготовители изоляционных материалов работают каждый сам по себе, а для разработки системы покрытия необходим комплексный подход.

За последние 5 – 6 лет ВНИИСТом были проведены многочисленные испытания двухслойных полиэтиленовых покрытий труб различных российских заводов-изготовителей. Для нанесения двухслойных покрытий традиционно используются клеевые композиции на основе сополимера этилена и винилацетата – севилен марок 113-27, 113-51 и термосветостабилизированные композиции полиэтилена кабельных марок: 153-10К, 102-101К.

Из сопоставления результатов испытания сертифицированных ВНИИСТом типовых двухслойных и трехслойных полиэтиленовых покрытий труб можно сделать следующие выводы:

1. Реальная адгезия к стали трехслойного покрытия на основе импортных материалов составляет от 25 до 40 кг/см ширины при 20С и от 12 до 16 кг/см ширины при 60С. Для двухслойного покрытия на базе отечественных материалов этот показатель изменяется в пределах от 5 до 12 кг/см при 20С и от 1,0 до 1,5 кг/см - при 60С.

2. После 1000 часов испытаний в воде при температурах 20, 40 и 60С адгезия трехслойного покрытия к стали остается на уровне исходных значений. В случае двухслойного покрытия наблюдается резкое снижение адгезии покрытия к стали после испытаний в воде при температуре 60С. Зачастую при повышенных температурах испытаний происходит полное отслаивание покрытия от стали.

3. Трехслойные покрытия имеют большое преимущество перед двухслойными покрытиями по стойкости к катодному отслаиванию. Как и в случае с водостойкостью адгезии, это преимущество становится наиболее очевидным при повышенных температурах испытаний. Так при температуре плюс 60С площадь катодного отслаивания трехслойного покрытия в 5 – 10 раз меньше площади отслаивания двухслойного покрытия. В некоторых случаях, когда при нанесении двухслойного покрытия не производится обработка поверхности труб раствором хромата, вследствие катодной поляризации происходит полное отслаивание покрытия от стали.

4. В связи с тем, что в системах трехслойных покрытий используется, как правило, полиэтилен высокой плотности или бимодальный полиэтилен, а для двухслойных покрытий применяется полиэтилен низкой плотности, удельная ударная прочность трехслойных покрытий в 2 – 3 раза превышает ударную прочность двухслойных покрытий. При толщине покрытия около 3 мм ударная прочность трехслойных покрытий составляет 50 – 60 Дж, тогда как в случае двухслойного покрытия прочность при ударе не превышает 20 Дж.

5. Трехслойные покрытия на основе бимодального полиэтилена и полиэтилена высокой плотности характеризуются повышенной механической прочностью. Прочность при растяжении отслоенного покрытия при 20С при этом составляет от 22 до 28 МПа, в то время как данный показатель для двухслойного покрытия на основе полиэтилена низкой плотности кабельных марок измеряется в пределах от 11 до 13,5 МПа.

6. Относительное удлинение при разрыве при температуре минус 40С для отечественных марок полиэтилена 102-10К, 153-10К не превышает значений от 40 до 60%, тогда как для импортных марок полиэтилена высокой плотности этот показатель составляет 90 – 100%, а для бимодального полиэтилена достигает 180-220%.

7. Испытания на стойкость к растрескиванию под напряжением образцов отслоенного покрытия показали, что для кабельного полиэтилена марок 102-10К и 153-10К стойкость к растрескиванию составила 200 – 500 часов. В то же время стойкость к растрескиванию сертифицированных ВНИИСТом импортных полиэтиленовых композиций, применяемых в системах трехслойных покрытий труб, превышает 2000 часов, а в случае бимодального полиэтилена достигает значений 10 000 часов.

Таким образом, проведенные ВНИИСТом комплексные испытания двухслойных и трехслойных полиэтиленовых покрытий труб, производимых на российских предприятиях, свидетельствуют о безусловных преимуществах трехслойных систем покрытий на основе современных изоляционных материалов. Использование таких покрытий позволяет в значительной степени повысить надежность и эффективность противокоррозионной защиты трубопроводов и увеличить продолжительность срока их эксплуатации.