Коррозия трубопроводов – явление, обусловленное, главным образом, электрохимическими реакциями окисления металла при взаимодействии с влагой. Металл постепенно видоизменяется на ионном уровне и, распадаясь, исчезает с поверхности трубы. Окисление, характеризующее феномен коррозии металлических трубопроводов, может происходить по различным причинам и, следовательно, возникает на основе различных механизмов. Процесс окисления может зависеть от характера жидкости, протекающей по трубопроводу, или от свойств среды, в которой проложен трубопровод.

Металлические трубы в процессе эксплуатации подвержены образованию ржавчины (и внутри, и снаружи). В результате коррозии уменьшается пропускная способность труб, возникают засоры, свищи, происходит расхождение швов, утечка воды, в общем, значительно снижается срок службы трубопроводов. Естественно, коррозию легче предотвратить, чем бороться с ней. Для этого существуют различные способы.

Методы защиты металлических труб от ржавчины подразделяются на пассивные и активные. Пассивные — это изоляция труб внутри и снаружи или их покрытие специальными оболочками, активные — электрическая защита. Трубы, выпускаемые на заводах, обычно не имеют антикоррозионного покрытия. Поэтому защиту от ржавчины следует выполнять перед укладкой или в процессе укладки труб. В качестве наружной изоляции для стальных труб применяют битумно-полимерные, битумно-минеральные, этиленовые и подобные им покрытия, выбор которых зависит от грунта.

БИТУМНО-МАСТИЧНЫЕ И ЛЕНТОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ.

В середине двадцатого века основным антикоррозионным покрытием магистральных нефтегазопроводных труб были два вида изоляции – битумная и изоляция полимерными липкими лентами. Эти покрытия наносились прямо на трассе, имели низкую механическую прочность и обеспечивали защиту труб от коррозии не более 10 – 12 лет.

Недостатки данных покрытий связаны, прежде всего, с крайне узким температурным диапазоном их применения. В зимнее время, при отрицательных температурах воздуха, битумные покрытия охрупчиваются и разрушаются при незначительных механических нагрузках и деформациях. В летний же период, а также при температурах выше плюс 30ºС, битумно-мастичные покрытия размягчаются, переходят в вязко-текучее состояние и могут оплывать и продавливаться как под воздействием грунта, так и под весом трубопровода. Кроме того, битумные покрытия обладают высоким водопоглащением. 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.

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

В то же время накопленный практический опыт применения данных покрытий на трубопроводах больших диаметров показал, что из-за пониженной адгезии покрытия к стали (1,5-2,0 кг/см 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.

Порошковые вещества (преимущественно пластические материалы) наносятся на трубу, предварительно разогретую до температуры, превышающей температуру плавления порошка. Порошок наносится на поверхность трубы электростатическим способом или воздушным напылением. Термопластичные материалы могут наноситься также методом экструзии. Нанесение поверхностных слоев из металла (например, цинка) производится посредством погружения трубы в расплавленный металл или при помощи электролитического осаждения. Еще один метод, часто используемый для покрытия заглубленных в грунт трубопроводов, заключается в равномерном нанесении на предварительно очищенную трубу сплошной пленки из защитного материала, имеющего хорошие прилипающие свойства, и последующем нанесении защитного слоя из битумной смеси и двух слоев стекловаты (или ткани), пропитанных битумной смесью, для придания устойчивости к внешним воздействиям.

КОМБИНИРОВАННОЕ ЛЕНТОЧНО-ПОЛИЭТИЛЕНОВОЕ ПОКРЫТИЕ

Первоначально исследования в данной области были направлены на разработку однослойных полиэтиленовых покрытий, которые наносились на предварительно очищенные и нагретые до заданной температуры трубы посредством напыления порошковых полимерных композиций. Однако, из-за недостаточной водостойкости адгезии и низкой стойкости к катодному отслаиванию при повышенных температурах эти покрытия так и не получили широкого применения.

В 60-е годы были разработаны и внедрены в практику строительства трубопроводов мастично-полиэтиленовые покрытия, конструкция которых состоит из слоя экструдированного полиэтилена, наносимого по мастичному подслою (так называемому «мягкому» адгезиву). В качестве адгезионного подслоя в таких покрытиях использовались изоляционные мастики на основе битумных композиций и асфальто-смолистых соединений.

С целью снижения стоимости заводских ленточных покрытий, а также повышения устойчивости покрытий к продавливанию и к воздействию ударных нагрузок в АО «ВНИИСТ» было разработано комбинированное ленточно-полиэтиленовое покрытие для труб до 530 диаметра, в конструкции которого вместо дополнительных слоев полимерной ленты и защитной обертки используется ударопрочный слой на основе экструдированного полиэтилена.

По основным показателям физико-механических, защитных и эксплуатационных свойств комбинированное ленточно-полиэтиленовое покрытие в значительной степени превосходит битумно-мастичные и ленточные покрытия трубопроводов. Трубы с этим покрытием могут храниться при температурах окружающей среды от -50ºС до +50ºС. Температурный диапазон эксплуатации данных трубопроводов от минус 20 до плюс 40ºС, а прогнозируемый срок службы – 35 – 40 лет.

Перед покрытием необходимо произвести соответствующую подготовку обрабатываемой поверхности трубы и тщательно очистить ее от всего, что может оказаться вредным в плане коррозии (влага, остатки лака, пятна жира или масла, грязь или пыль, ржавчина). Для внешней защиты трубопроводов открытого заложения можно прибегнуть к лакокрасочным покрытиям или порошковым пластическим материалам. Нанесение покрытия осуществляется различными способами в зависимости от материала трубопровода. Жидкие составы наносятся кисточкой, погружением в раствор или опрыскиванием из пистолета.

ПОЛИЭТИЛЕНОВЫЕ ПОКРЫТИЯ.

В конце 60-х годов фирмой «BASF» (Германия) был разработан сополимер этилена и эфира акриловой кислоты («Lucalen»), который впервые стал применяться в качестве термоплавкого клеевого подслоя в конструкции двухслойного полиэтиленового покрытия. Позднее был разработан еще целый ряд термоплавких клеевых композиций на основе сополимеров, обеспечивающих высокую адгезию полиэтиленового покрытия к стали. Двухслойное полиэтиленовое покрытие получило очень широкое применение в Европе и на долгие годы стало по существу основным заводским антикоррозионным покрытием труб.

В первую очередь это были различные марки полиэтилена низкой и высокой плотности, имеющие хорошую механическую прочность, теплостойкость до 50 - 60ºС, стойкость к различным агрессивным средам, незначительное водопоглащение и хорошую морозостойкость. Производство полиэтилена было самым крупнотоннажным во всей нефтехимической отрасли, стоимость его была низкой, и заводская полиэтиленовая изоляция получила широкое распространение. По своим защитным свойствам она более чем в двое превосходила трассовые типы изоляции, а по стоимости была ниже, чем полимерные липкие ленты. Нанесение полиэтилена осуществлялось методом боковой экструзии на трубы, двигающиеся поступательно-вращательно по специальным рольгангам.

Отечественный опыт заводской изоляции труб полимерными материалами насчитывает около 25 лет.

В 1976 году на Волжском трубном заводе на базе отечественного оборудования был сдан в эксплуатацию участок антикоррозионных эпоксидных покрытий спирально-шовных труб производительностью до 100 тыс. тонн в год. После модернизации оборудования в 1982 г. производительность линии изоляции составляла 120 тыс. тонн в год.

В 1981 году в Альметьевске, а в декабре 1983 года в г. Харцызске (Украина), с использованием технологического оборудования «Demag-Meer» и «Mannesmann» (Германия), впервые в отечественной практике были введены в эксплуатацию производства по наружной заводской изоляции труб двухслойными покрытиями на основе экструдированного полиэтилена.

Для обеспечения нужд Москвы в 1986 г. Московским правительством была закуплена, а в 1987 г. запущена в производство на Московском опытно-экспериментальном трубозаготовительном комбинате линия двухслойной полиэтиленовой изоляции труб диаметром 630 – 2020 мм, поставленная голландской фирмой «Selmers». В 1988 – 89 гг. силами специалистов комбината были спроектированы, изготовлены и запущены в производство три линии изоляции труб малого диаметра (57 – 530 мм) на которых за восемь лет работы было выпущено 1500 км изолированных труб.

В 1999 г. взамен третьей линии совместно с голландской фирмой «Selmers» была изготовлена, смонтирована и запущена в производство линия для нанесения 3-х слойной полиэтиленовой изоляции.

Впервые же конструкция трехслойного полиэтиленового покрытия была разработана и запатентована специалистами фирмы «BASF» и «Mannesmann» (Германия) в начале 80-х годов. И на сегодняшний день трехслойное покрытие является наиболее эффективным наружным антикоррозионным покрытием труб заводского нанесения.

Конструкция трехслойного покрытия отличается от двухслойного покрытия наличием еще одного слоя – эпоксидного праймера. Эпоксидный праймер (толщина слоя от 70 до 20 мкм) наносится на предварительно очищенные и нагретые до заданной температуры методом напыления в электростатическом поле порошковой эпоксидной краски, после чего по праймеру экструзии наносятся расплав термоплавкой композиции адгезива и расплав полиэтилена.

В планах строительства нефтегазопроводов на период 1985 – 1990 гг. подчеркивалось, что сооружение объектов нефтяной и газовой промышленности будет отличаться выполнением самых крупных строительных программ за весь период существования отрасли, в том числе по обустройству промыслов на газовых и нефтяных месторождениях, расположенных в исключительно сложных природно-климатических условиях на севере Западной Сибири.

В качестве одной из основных задач планировалось повысить уровень защиты трубопроводов от коррозии путем широкого применения изоляции труб на трубопрокатных заводах и доведения их выпуска к 1990 г. до 2,45 млн. тонн; создать к 1988 г. крупнотоннажное отечественное производство изоляционных полимерных лент и оберток в Миннефтегазстрое на 60 тыс. т и в Минхимпроме на 30 тыс. т, чтобы полностью отказаться от импорта изоляционных материалов; организовать выпуск термостойких изоляционных лент типа ЛЭТСАР-ЛТМ с 1987 г. по 1000 т/год на основе радиационно-модифицированного полиэтилена, с 1988 г. по 1000 тыс. т/год автономных катодных станций, протяженных протекторов из деформируемых магниевых сплавов.

АНТИКОРРОЗИОННАЯ ИЗОЛЯЦИЯ ТРУБ ЭКСТРУДИРОВАННЫМ ПОЛИЭТИЛЕНОМ.

Выбор и практическое применение покрытий, предназначенных для антикоррозионной защиты нефтегазопроводов, регламентируются ГОСТ Р 51164 «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии». Данный российский стандарт, введенный в действие 1 июля 1999 года, определяет перечень, конструкцию, минимальную толщину и область применения наружных покрытий (диаметр трубопроводов, максимально допустимая температура эксплуатации) и, кроме того, устанавливает технические требования к защитным покрытиям трубопроводов трассового и заводского (базового) нанесения.

Начиная с 90-х годов направление заводской полиэтиленовой изоляции труб стало приоритетным в России. На сегодняшний день у нас функционируют около 20 предприятий (не менее 25 технологических линий), на которых осуществляется изоляция труб двухслойным полиэтиленовым покрытием.

Производственные мощности по антикоррозионной изоляции двухслойным полиэтиленом в нашей стране стали создаваться во второй половине 90-х годов на основе приобретаемого оборудования фирм Германии, США и Нидерландов. С конца 90-х годов на базе технологических разработок ВНИИСТа и ЗАО «Анкорт» стали разрабатываться и поставляться потребителям технологические линии (двухслойной изоляции, а с 2001 года – трехслойной изоляции).

В 1993 году было создано предприятие ЗАО «ИЗОПАЙП», на которое было поставлено оборудование французской фирмы «SIF ISOPAPE» («БРЕДЕРО ПРАЙЗ») для производства 2-х слойной изоляции труб диаметром 89 – 539 мм экструдированным полиэтиленом высокого давления.

В 1996 г. в ОАО «Юганскнефтегаз» (совместно с голландской фирмой «Selmers») введен в эксплуатацию завод ЮКОРТ по производству труб с антикоррозионным покрытием. Мощность завода – 700 км/год изолированных труб усредненного диаметра. Минимальный диаметр изолированной трубы 114 мм, максимальный – 720 мм.

За последние несколько лет оборудование и технология наружной изоляции труб комбинированным покрытием была внедрена:

• в тресте «Татспецстрой» (г. Альметьевск),
• в фирме «Газкомплект» (г. Реутов, Московской обл.),
• в межрайонном тресте газового хозяйства (г. Клин, Московской обл.),
• в тресте «Калугагазстрой» (г. Калуга),
• в АК «Башнефть» (г. Нефтекамск),
• в АО «Трубоизоляционный завод» (г. Санкт-Петербург),
• в тресте «Белцпецмонтаж» (п. Новоельня, Гроднецкой обл., Республика Беларусь).

Средняя производительность данных технологических линий составляет 130 км изолированной трубы 219 мм (при односменной работе).

Наиболее крупные производства по двухслойной полиэтиленовой изоляции труб находятся в городах Альметьевск (3 линии), Пенза (4 линии), Москва (4 линии), Усть-Лабинск (2 линии), Рязань, Екатеринбург.

При правильном выборе системы материалов, при строгом соблюдении технологических режимов очистки и наружной изоляции труб расчетный срок службы трехслойного покрытия при температурах эксплуатации до плюс 60С составляет не менее 50 лет.

В России технология заводской трехслойной полиэтиленовой изоляции труб впервые была реализована на Волжском трубном заводе (ВТЗ). В 1999 г. с использованием оборудования фирмы "Bradero Price" (США) на заводе был освоен процесс изоляции труб диаметром 168 – 1420 мм. В 2000 году на базе технологического оборудования фирмы «Selmers» (Нидерланды) была внедрена технология трехслойной полиэтиленовой изоляции труб на Челябинском трубопрокатном заводе (ЧТПЗ), Выксунском металлургическом заводе (ВМЗ) и на Московском трубозаготовительном комбинате (МТЗК).

На сегодняшний день российские предприятия способны поставлять для трубопроводного строительства ежегодно до 2500 – 3000 км труб с трехслойным покрытием и до 6000 – 7000 км труб с двухслойным покрытием. Совокупные производственные мощности составляют до 10 000 км в год.

В настоящее время мощность участка по нанесению антикоррозионных покрытий на ЧТПЗ увеличена вдвое и составляет до 300 тыс. тонн в год.

Мощность участка покрытий на Выксунском металлургическом заводе (ОМК) также была увеличена и составила около 300 тыс. тонн в год.

В конце 2003 года на Волжском трубном заводе (ТМК) введена в действие вторая линия защитных покрытий. Суммарная производительность завода составляет на сегодня 500 тыс. тонн труб в год.

Производительность технологических линий по антикоррозионной изоляции труб на Волжском, Челябинском и Выксунском заводах составляет от 300 до 500 м²/час полиэтиленового покрытия.