защита от коррозии внутренней поверхности стальных труб

Трубы из стали не имеют альтернативы в системах трубопроводах, требующих высокой механической прочности, коррозионной стойкости, высокой и очень низкой рабочей температуры, а также высокого рабочего давления трубопровода. Прежде всего это касается магистральных и промысловых нефтегазопроводов, давление на которых достигает сейчас 100-150 и более атмосфер. В отношении температурных режимов работы трубопровода – магистральные трубопроводы ТЭЦ и отводящие трубы от котельных. То же касается и стальных фитингов – отводов, переходов, заглушек и тройников.

В связи с жесткими требованиями к долговечности и надежности, предъявляемым к трубопроводам нефтегазового сектора, внутреннее покрытие труб должно обладать надежными защитными свойствами в широком диапазоне воздействий (на истирание, коррозионную стойкость, механическую прочность, показатели по гладкости), обеспечивающими сохранность ее на период транспортировки, хранения и монтажа и обеспечивающей долговечность в процессе эксплуатации трубопроводной системы. Достижению высоких качественных показателей в отношении внутренней защиты трубопроводов в последние десятилетия ведущими мировыми отраслевыми научными центрами и институтами, а также металлургами, трубниками, производителями специализированных труб и защитных покрытий на них, уделено огромное внимание, что привело к резкому улучшению всех качественных параметров систем трубопроводов для жестких эксплуатационных условий работы.

Развитие производственной базы позволило за короткие исторические сроки вывести уровень качества и надежности стальных труб больших диаметров на высочайшие уровни, используя технологические возможности производства в заводских условиях (а не на трассах монтажа трубопровода). Это касается всех этапов в подготовке и производстве защитных покрытий – очистка труб, нагрев труб и нанесение изоляционного покрытия на трубы, а также последующих проведения последовательного пооперационного технологического контроля и контроля качества готовой трубной продукции, что обеспечивает высококачественное нанесение на трубы разнообразных антикоррозионных покрытий.

Технологический процесс нанесения внутренней изоляции

Нормативная и технологическая база для производства современных изоляционных покрытий достаточно хорошо отработана, а технологический процесс внутренней изоляции труб разделен на ряд основных этапов - последовательно законченных операций, который включает:

• предварительная очистка стальной трубы,
• предварительный нагрев и сушку труб (при необходимости термо-обезжиривание),
• очистку внутренней поверхности трубы с созданием необходимого рельефа,
• технологический нагрев труб до заданной температуры,
• нанесение защитного покрытия (одного или нескольких слоев) и их отверждение,
• контроль качества защитного покрытия,
• нахождение дефектных мест изоляции и ремонт мест повреждений покрытия.

Обязательное и качественное выполнение каждой операции гарантирует высокое качество внутреннего покрытия труб с наилучшими для конкретного материала свойствами.

Внутренние полимерные покрытия трубопроводов по назначению можно разделить на
1) антикоррозионные,
2) гладкостные.

Антикоррозионные покрытия применяются для внутренней изоляции труб для транспортировки коррозионно-агрессивных сред. В нефтегазовой промышленности к ним относятся водонефтегазовые эмульсии, пластовая вода, оборотная вода системы поддержания пластового давления. При движении коррозионно-агрессивных жидкостей в стальных трубах возникает общая и локальная коррозия. Скорость общей коррозии составляет порядка 0,01-0,4 мм/год, скорость локальной коррозии может достигать 1,5-6 мм/год. Коррозионная агрессивность значительно повышается с появлением в продукции скважин сероводорода, как продукта жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий. Коррозионные разрушения стальных трубопроводов приводят к большим материальным потерям и ухудшению экологической обстановки в районах нефтедобычи вследствие порывов труб.

Для создания долговечной внутренней изоляции труб большое значение имеет правильный подбор изоляционного материала и соблюдение технологического процесса нанесения внутреннего покрытия труб. Применение внутренних покрытий труб дает ряд преимуществ:

• увеличение срока службы трубопроводов;
• увеличение пропускной способности трубопроводов;
• снижение парафинообразований на стенках трубопроводов и облегчение процесса очистки (расходы на очистку уменьшаются примерно на 75%);
• повышение надежности трубопроводов и снижение ежегодных эксплуатационных расходов.

Увеличение срока службы трубопровода на 1% окупает затраты на нанесение внутреннего покрытия труб. Использование порошковых полимеров и лакокрасочных материалов с высоким сухим остатком позволяет улучшить санитарно-гигиенические условия труда, получать практически беспористые покрытия с более высокими защитными и физико-механическими свойствами, сократить производственный цикл окраски за счет возможности нанесения однослойного покрытия для получения требуемой толщины, сократить невозвратимые потери материала при нанесении по сравнению с лакокрасочными материалами, содержащими растворитель. Отсутствие выбросов паров растворителя делает производство экологически более чистым.

Существующие технологические процессы внутренней изоляции труб предусматривают применение в качестве изоляционных материалов порошковых полимеров и лакокрасочных материалов, как жидких с содержанием растворителей более 30%, так и высоковязких с содержанием растворителей ниже 30% (ЛКМ с высоким сухим остатком) и материалов, не содержащих растворители.

По всем параметрам наиболее подходящими для внутренней изоляции труб являются лакокрасочные материалы на основе эпоксидных, модифицированных эпоксидных и фенолформальдегидных смол. Из порошковых полимеров широко применяются покрытия на основе эпоксидных порошковых материалов, нанесенных по фенольному праймеру. Толщина антикоррозионных покрытий, как правило, составляет 300-500 мкм.

При сравнении покрытий на основе порошковых полимеров и лакокрасочных материалов с высоким сухим остатком предпочтение отдается последним, т.к. технологический процесс нанесения покрытия из порошковых полимеров является более энергоемким и взрывоопасным.

Критериями выбора покрытий для внутренней изоляции труб являются условия эксплуатации трубопровода, защитные и технологические свойства покрытий.

Гладкостные покрытия применяют, как правило, на магистральных нефте- и газопроводах при транспортировке неагрессивных продуктов. Использование гладкостных покрытий имеет ряд преимуществ:

• более быстрый и легкий ввод в действие трубопроводов (труба с покрытием во время хранения и монтажа не подвергается коррозии; ускоряется процесс сушки трубопровода после гидравлических испытаний),
• ликвидируется дорогостоящий и длительный процесс очистки трубопровода от грязи и ржавчины перед вводом в эксплуатацию,
• экономия энергозатрат на перекачку и сжатие в процессе эксплуатации трубопровода,
• обеспечение чистоты транспортируемого продукта,
• значительное снижение ежегодных эксплуатационных расходов на запорную арматуру (клапаны много чаще выходят из строя, требуют ремонта и замены при транспортировке газа, загрязненного продуктами коррозии),
• улучшенный режим движения газа,
• турбулентность потока значительно снижается при наличии внутреннего покрытия труб, что ведет к снижению критических состояний, определяемых режимом движения газа,
• значительное снижение капитальных затрат за счет возможности уменьшения диаметра трубопровода, обусловленной повышением его пропускной способности.

Не все указанные факторы присутствуют в каждом проекте, но даже сочетание некоторых из них обеспечивает окупаемость нанесения внутреннего покрытия труб.

Шероховатость поверхности стальной трубы является одним из ключевых факторов, определяющим эффективность применения гладкостных покрытий, что связано с фактором трансмиссии.

Для достижения высоких показателей гладкости внутренней поверхности трубопровода при транспортировке некоррозионноактивных продуктов достаточно нанести тонкопленочное покрытие с толщиной сухой пленки 50-75 мкм. Нанесение данного вида изоляции обычно производится методами распыления по предварительно очищенной поверхности. Опыт их использования показал, что затраты на внутреннее покрытие газопроводов многократно окупаются в процессе эксплуатации.

Базовые требования к тонкопленочному внутреннему покрытию касаются в основном таких параметров, как эластичность, ударная прочность и адгезия. Покрытие должно быть стойким к влажности, распылению соли, кислотному конденсату. Обязательным требованием является стойкость к блистерингу, т.е. покрытие не должно пузыриться при быстром сбросе давления.

В качестве гладкостных покрытий могут использоваться покрытия на основе жидких эпоксидных лакокрасочных материалов, содержащих растворитель.

Защита внутренней поверхности зоны сварного шва трубопровода

В настоящее время для защиты от внутренней коррозии зоны сварного шва труб с внутренней изоляцией рекомендуется использование специальных муфт с защитным покрытием и без него.

Проблема защиты внутренней поверхности сварного шва всегда являлась сдерживающим фактором применения труб с внутренним полимерным покрытием. При сварке, если не оставлены неокрашенными концы трубы, края покрытия обгорают на расстоянии 4-8 мм.

Имеются различные конфигурации муфт и технологии их применения, но наибольшее распространение имеют следующие:

• толстостенные муфты с антикоррозионным покрытием внутренней поверхности муфты, с входящими в него элементами (втулка, резиновые уплотнения, адгезионные и теплоизолирующие материалы). Данные муфты должны иметь специальную термическую защиту покрытия от воздействия сварочного процесса;
• толстостенные муфты с входящими в него элементами (втулка, резиновые уплотнения, адгезионные материалы) и с заполнением внутренней полости антикоррозионным материалом, аналогичным защитному материалу, применяемому для внутренней изоляции труб.
• тонкостенные муфты с входящими в него элементами (втулка, резиновые уплотнения, адгезионные и теплоизолирующие материалы) с заполнением внутренней полости антикоррозионным материалом, аналогичным защитному материалу, применяемому для внутренней изоляции труб.

Следует отметить, что первые два вида муфт требуют калибровки концов труб перед их установкой.

Необходимо учитывать, что при проведении сварочных работ необходимо удалять сварочные газы из пространства между муфтой и трубой.

Информация подготовлена на основе материалов специалистов компании «Анкорт» г.Москва