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 Р 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 (стеклохолст или стеклосетка) и
наружного слоя из защитной обертки.
В качестве защитной обертки ранее
использовались оберточные материалы на битумно-каучуковой основе типа
“бризол”, “гидроизол” и др. 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.
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”. В последние годы
появился целый ряд битумных мастик нового поколения, обладающих повышенными
показателями свойств.
Основными недостатками битумно-мастичных
покрытий являются: узкий температурный диапазон применения (от минус 10 до плюс
40°С), недостаточно высокая ударная прочность и стойкость к продавливанию,
повышенная влагонасыщаемость и низкая биостойкость покрытий.
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.
Коррозия
водопроводов и способы их защиты
Водоснабжение на сегодняшний день является неотъемлемой
отраслью, направленной на повышение уровня жизни людей. Одной из важнейших
проблем водоснабжения является обеспечение надежной работы трубопроводных
систем, являющихся основной жизнедеятельности любого промышленного,
жилищно-коммунального или сельскохозяйственного объекта.
Главной причиной неудовлетворительного состояния
трубопроводных систем подачи воды является внутренняя коррозия металлических
труб, которые в течение десятилетий укладывались без каких-либо защитных
покрытий.
Водопроводы, выполненные из стальных труб, повреждаются
вследствие электрохимической коррозии, развивающейся при контакте стали с
водой. Со временем коррозия может развиваться вплоть до перфорации и разрыва
трубы.
Задачей химиков было и остается выяснение сущности явлений
коррозии, разработка мер, препятствующих или замедляющих ее протекание.
Коррозия металлов осуществляется в соответствии с законами природы и потому ее
нельзя полностью устранить, а можно лишь замедлить.
Среди новых технологий повышения коррозионной устойчивости
труб можно выделить метод нанесения специального покрытия из полиэтилена на
наружную часть трубы. Водо- и газопроводные трубы, а также стальные трубы для
магистральных нефтегазопроводов, должны быть еще более устойчивыми к внешним
воздействиям, чем трубы общего назначения (рабочая температура – до – 60С,
давление в трубопроводе – до 150 МПа, под водой – до 250 МПа).
Полимерные
ленточные покрытия
ВУС изоляция труб –
антикоррозийное покрытие стальных труб.
Один из самых эффективных способов защиты магистральных
нефтепроводов, газопроводов и водопроводных сетей от коррозии – изоляция ВУС.
Это наружное двухслойное и трехслойное антикоррозийное покрытие, на основе
экструдированного полиэтилена, а также ленточно-полимерного полиэтиленового
усиленного типа (ВУС) согласно ГОСТ Р 51164-98, ГОСТ 9.602-2005
<#”604377.files/image001.gif”>
Трубы ППУ.
Пенополиуретан (ППУ) – теплоизоляционный и
гидроизоляционный материал, имеющий малый вес и отличную прочность,
своеобразную структуру, благодаря которой имеет наименьший коэффициент
теплопроводности по сравнению с другими теплоизоляционными материалами.
Пространство между стальной и полиэтиленовой трубами
заполняется пенополиуретаном, который обеспечивает надежную теплоизоляцию.
Наружная полиэтиленовая или оцинкованная оболочка в предизолированных трубах
выполняет функции не только гидроизоляции, но и защищает слой
пенополиуретановой изоляции от механических повреждений.
Применение предизолированных труб значительно снижает
аварийность за счет устранения наружной коррозии.
Предотвращение коррозии обеспечивается технологией подготовки
трубы:
Стальная труба перед изоляцией проходит обработку в
дробеметной установке по всей длине. В результате ее поверхность очищается от
ржавчины и загрязнений и приобретает шероховатость, которая способствует лучшей
адгезии изоляционного слоя к поверхности трубы;
Комбинированное мастично-ленточное покрытие.
У российских нефтяников большой
популярностью пользуется комбинированное мастично-ленточное покрытие типа
“Пластобит”. 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.
Практическое применение комбинированных
покрытий типа “Пластобит” подтвердило их достаточно высокие защитные
и эксплуатационные характеристики. Данный тип покрытия в настоящее время
наиболее часто применяют при проведении работ по ремонту и переизоляции
действующих нефтепроводов, имеющих битумные покрытия.
При этом в конструкции
битумно-ленточного покрытия применяют преимущественно полиэтиленовые
термоусаживающиеся ленты, обладающие повышенной теплостойкостью и высокими
механическими характеристиками, а в качестве изоляционных мастик используют
специальные модифицированные битумные мастики нового поколения.
Основные недостатки комбинированного
мастично-ленточного покрытия те же, что и у битумно-мастичных покрытий –
недостаточно широкий температурный диапазон применения (от минус 10 до плюс
40°С) и недостаточно высокие физико-механические показатели свойств.
антикоррозионное покрытие водопровод труба
Защита внутренней поверхности труб.
Антикоррозионные покрытия применяются для
внутренней изоляции труб, транспортирующих коррозионно-агрессивные среды. В
нефтегазовой промышленности к таким средам относятся водонефтегазовые эмульсии,
пластовая вода, оборотная вода системы поддержания пластового давления.
При движении
коррозионно-агрессивных жидкостей 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.
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.
Считается, что увеличение срока службы
трубопровода на 1% окупает затраты на нанесение внутреннего покрытия труб.
Для создания долговечной внутренней
изоляции труб большое значение имеет правильный подбор изоляционного материала
и соблюдение технологического процесса нанесения внутреннего покрытия труб.
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.
Применение 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.
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.
Понятие комплексного метода решения коррозионной защиты трубопровода
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Способы защиты металлов от коррозии. Известные приёмы противостояния коррозии. Катодная защита металлоизделий. Роль ингибиторов в замедлении химической реакции окисления. Нанесение защитных лакокрасочных покрытий. Протекторная защита металлоизделий.
презентация [499,0 K], добавлен 10.05.2021
Принципиальная схема катодной защиты подземных трубопроводов от почвенной коррозии. Электрические параметры трубопровода. Основные параметры и расчет установки катодной защиты (УКЗ), анодного заземления, дренажной электроники и катодной станции.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 11.05.2021
Коррозия, возникающая при образовании микрогальванопар. Электрохимическая схема микрогальванического элемента. Активирующее действие ионов Cl на процессы коррозии. Анодные и катодные защитные покрытия. Протекторная и катодная защита, ход и данные опыта.
лабораторная работа [18,5 K], добавлен 25.12.2021
Причины почвенной коррозии – разрушения металла под воздействием агрессивной почвенной среды. Факторы, определяющие коррозионную агрессивность почвы, методы защиты. Подверженность коррозии различных металлов. Схема коррозии подземного трубопровода.
презентация [210,1 K], добавлен 16.05.2021
Рассмотрение причин и механизмов химической коррозии металлов и сплавов. Изучение влияния аэрации кислорода на скорость разрушения меди в кислотах. Оценка эффективности применения изолирующих (битумных) покрытий для защиты от подземной коррозии.
контрольная работа [710,7 K], добавлен 30.06.2021
Способы защиты трубопроводов от коррозии – промышленность, производство – referat-zona.ru
3. Способы защиты трубопроводов от коррозии
Способы защиты трубопроводов от наружной коррозии подразделяются на пассивные и активные.
Продлить срок службы трубопроводов можно, применяя следующие способы защиты:
• изоляцию поверхности Me изделий от агрессивной среды (пассивная защита), т.е. нанесение на поверхность Me слоя химически инертного, относительно Me и агрессивной среды, вещества с высокими диэлектрическими свойствами;
• воздействие на Me с целью повышения его коррозионной устойчивости, т.е. обработка его окислителями, вследствие чего на его поверхности образуется плёнка из продуктов коррозии, например, травление стали персульфатом аммония (NH4SO8) при этом на поверхности стали образуется продукт коррозии – магнетит, что увеличивает сопротивление высокопрочных сталей коррозионному растрескиванию (в щелочных средах);
• нанесение на металл конструкции из малостойкого металлического тонкого слоя другого металла, которые обладают меньшей скоростью коррозии в данной среде, например, горячее алюминирование, оцинкование, хромирование;
• воздействие на ОС с целью снижения её агрессивности, т.е. введение в среду ингибитора (замедлителей) коррозии. К этому способу мояно отнести очистку воздуха от примесей и осушку его, обрабоцсу почвы ядохимикатами, снижают интенсивность жизнедеятельносги микроорганизмов, что уменьшает опасность биокоррозии и т.д.
Пассивные способы защиты предусматривают изоляцию наружной поверхности трубы от контакта с грунтовыми водами и от блуждающих электрических токов, которая осуществляется с помощью противокоррозионных диэлектрических покрытий, обладающих водонепроницаемостью, прочным сцеплением с металлом, механической прочностью. Для изоляции трубопроводов применяют покрытие на битумной основе, на основе полимеров и лаков.
Для защиты от электрохимической коррозии применяются активные способы электрохимической защиты.
Активные способы защиты трубопроводов от наружной коррозии предусматривают создание такого электрического тока, в котором весь металл трубопровода, несмотря на неоднородность его включений, становится катодом, а анодом является дополнительно размещенный в грунте металл. Существуют два вида активной защиты трубопроводов от наружной коррозии — протекторная и катодная.
3.1 Защитные покрытия для трубопроводов
Изоляционные покрытия, применяемые на трубопроводах, должны удовлетворять следующим основным требованиям:
• обладать высокими диэлектрическими свойствами;
• быть сплошными;
• обладать хорошей адгезией (прилипаемостью) к металлу трубопровода;
• быть водонепроницаемыми;
• обладать высокой механической прочностью и эластичностью; высокой биостойкостью;
• быть термостойкими (не размягчаться под воздействием высоких температур и не становиться хрупкими при низких);
• конструкция покрытий должна быть сравнительно простой, а технология их нанесения — допускать возможность механизации.
Материалы, входящие в состав покрытия, должны быть недефицитными, а само покрытие — недорогим, долговечным.
Противокоррозионную защиту подземных трубопроводов осуществляют:
• покрытиями на основе полимерных материалов (полиэтилена, термоуса-живающихся и термореактивных полимеров, эпоксидных красок и др.), наносимыми в заводских или базовых условиях;
• покрытиями на основе термоусаживающихся материалов, полимерных липких лент, битумных и асфальтосмолистых мастик, наносимыми в базовых и трассовых условиях.
Государственный стандарт по защите от коррозии рекомендует 22 конструкции защитных покрытий трубопроводов нормального и усиленного типов. Покрытия усиленного типа значительно более разнообразны по конструкции (их 19). К ним предъявляются повышенные требования по таким показателям, как прочность и относительное удлинение при разрыве, адгезия к стали, переходное сопротивление и др.
Усиленный тип защитных покрытий применяется на трубопроводах диаметром 820 мм и более независимо от условий прокладки, а также независимо от диаметра трубопроводов при прокладке их в зонах повышенной коррозионной опасности:
• в засоленных почвах любого района страны;
• в болотистых, заболоченных, черноземных и поливных почвах, а также на участках перспективного обводнения или орошения; на подводных переходах и в поймах рек, а также на переходах через железные и автомобильные дороги;
• на участках промышленных и бытовых стоков, свалок мусора и шлака;
• на участках блуждающих токов источников постоянного тока;
• на участках трубопроводов с температурой транспортируемого продукта выше 30 °С;
• на территориях насосных станций;
• на пересечениях с различными трубопроводами;
• на участках трубопроводов, прокладываемых вблизи рек, каналов, озер, водохранилищ, а также населенных пунктов и предприятий.
Во всех остальных случаях применяются защитные покрытия нормального типа.
В зависимости от используемых материалов различают мастичные, полимерные и комбинированные покрытия.
Мастичные покрытия
К мастичным относятся покрытия на основе битумных и асфальтосмолистых мастик.
Конструкция битумных покрытий сложилась в результате их длительного применения. Сначала идет слой грунтовки, получаемый при нанесении на трубу раствора битума в бензине или дизтопливе. Он заполняет все микронеровности на поверхности металла. Грунтовка служит для обеспечения более полного контакта, а следовательно, лучшей адгезии, между поверхностью металла и основным изоляционным слоем — битумной мастикой.
Битумные мастики представляют собой смесь тугоплавкого битума (изоляционного — БНИ-1У-3, БНИ-IV, БНИ-V; строительного — БН-70/30, БН-90/10), наполнителей (минеральных— асбеста, доломита, известняка, талька; органических — резиновой крошки; полимерных — атактического полипропилена, низкомолекулярного полиэтилена, полидиена) и пластификаторов (полиизобутилена, полидиена, масел соевых, масла зеленого, автола). Битумную мастику наносят на трубу при температуре 150… 180 °С. Расплавляя холодную грунтовку, мастика проникает во все микронеровности поверхности металла, обеспечивая хорошую адгезию изоляционного покрытия.
Покрытие «Асмол» создано на основе асфальтосмолистых материалов. Оно обладает более высокими физико-механическими свойствами (пластичность, вязкость, адгезия и др.), а также имеет более низкую стоимость по сравнению с битумной мастикой. Высокое значение коэффициента теплопроводности материалов на основе нефтеполимера «Асмол» (на порядок выше, чем у битумов) позволило разработать новую технологию нанесения земельных мастик на трубопроводы в трассовых условиях — путем их экструдирования. Асмольные мастики применимы и для нанесения в условиях трубоизоляционных баз без существенного изменения технологического процесса.
Для защиты слоя битумной мастики она покрывается сверху защитной оберткой (стеклохолстом, бризолом, бикарулом, оберткой ПДБ и ПРДБ).
Изоляционные покрытия на основе битумных мастик применяются при температуре транспортируемого продукта не более 40 °С и на трубопроводах диаметром не более 820 мм.
Полимерные покрытия
Для защиты трубопроводов применяют полимерные покрытия из следующих материалов:
• экструдированного полиолефина;
• полиуретановых смол;
• термоусаживающихся материалов;
• эпоксидных красок;
• полимерных или битумно-полимерных лент.
Полиолефины (полиэтилен, полипропилен и их сополимеры) — это высокомолекулярные углеводороды алифатического ряда, получаемые полимеризацией соответствующих олефинов.
Полиэтилен является продуктом полимеризации газообразного этилена. Он эластичен, обладает высокими механическими диэлектрическими свойствами, морозостойкостью (ниже -70 °С), водостойкостью, устойчивостью к нефти, газу и нефтепродуктам. Однако полиэтилен горюч, имеет низкую адгезию, подвержен старению в процессе эксплуатации (под действием тепла и кислорода воздуха), а также медленно деформируется (под действием нагрузок).
Для уменьшения горючести полиэтилена в него вводят специальные добавки (оксид сурьмы, хлорированные углеводороды и др.). Одновременно повышаются его механические свойства. С целью предупреждения старения полиэтилена и соответственного ухудшения физико-механических свойств (уменьшаются морозостойкость, текучесть, относительное удлинение, ударная вязкость, повышается хрупкость) в него при изготовлении вводят стабилизаторы, например фенолы.
Полипропилен является продуктом полимеризации пропилена (газообразного гомолога этилена). Он обладает более высокой прочностью, жесткостью и теплостойкостью по сравнению с полиэтиленом.
Полиуретаны — это полимеры, получаемые полимеризацией диизоцианатов или полиизоцианатов с соединениями, содержащими активные атомы водорода. Полиуретаны могут быть вязкими жидкостями или твердыми продуктами. Они устойчивы к действию кислот, масел, бензина, обладают высокими адгезией к стали, прочностью при ударе, удельным электросопротивлением и сопротивлением катодному отслаиванию, а также низким водопоглощением. Однако полиуретановые мастики практически непригодны для нанесения в полевых условиях при отрицательных температурах, т. к. имеют длительный период полимеризации, которая протекает только при положительной температуре (до 8 ч при температуре 20 °С). Кроме того, некоторые марки полиуретановых мастик токсичны.
Основу термоусаживающихся материалов составляет радиационно-вулканизированный полиэтилен трехмерной структуры, который при тепловом воздействии на него обеспечивает усадку изделия на защищаемой поверхности. Термоусаживающиеся материалы применяются в виде оберточных лент, манжет и муфт для изоляции сварных соединений труб с заводской изоляцией. Эпоксидные смолы после отверждения образуют покрытия, характеризующиеся высокой адгезией к металлам, механической прочностью, тепло-, водо- и химической стойкостью, хорошими диэлектрическими показателями. Защитные свойства эпоксидных смол существенно зависят от вида отвердителя, который предопределяет способ их сушки: горячий или холодный (при температуре 15.. .20 °С). К недостаткам тонкопленочных эпоксидных покрытий относятся относительно низкая ударная прочность и недостаточная стойкость к катодному отслаиванию.
Полимерные ленты в сравнении с мастиками более технологичны при нанесении и позволяют в значительной степени механизировать этот процесс. Кроме того, они обладают высокими диэлектрическими свойствами.
Изоляционные ленты выпускают на основе полиэтилена или поливинил-хлорида (ПВХ). Они состоят из полимерной пленки-основы, на которую нанесен подклеивающий липкий слой. Основа ленты обладает необходимыми механическими и диэлектрическими свойствами, а подклеивающий слой обеспечивает требуемую адгезию с металлом трубы и герметизацию нахлеста между слоями ленты.
Большим недостатком липких полимерных лент является постепенная утрата адгезии к металлу. Поэтому примерно через 5 лет после их нанесения металл оказывается не защищенным от коррозии. Другой недостаток ленточных покрытий — образование так называемых «шатровых пустот» в околошовной зоне, которые в дальнейшем становятся очагами коррозии.
Тип полимерного покрытия выбирается в зависимости от условий его эксплуатации. Одним из определяющих параметров является температура транспортируемого продукта Тп. Так, усиленное ленточное покрытие применяется при Т < 40 °С, покрытие на основе экструдированного полиолефина — не более 60 °С; на основе термостойких полимерных лент, полиуретановых смол, эпоксидных красок — не более 80 °С, на основе термоусаживающихся материалов — до 100 °С. Есть ограничения по применению изоляционных материалов в зависимости от диаметра трубопровода. Так, некоторые типы ленточных полимерных покрытий и покрытия на основе эпоксидных красок применяются на трубах диаметром не более 820 мм, покрытия же на основе экструдированного полиолефина и на основе полиуретановых смол допускаются к применению на трубопроводах диаметром от 273 до 1420 мм.
На участках со сложными почвенно-климатическими условиями, и особенно на подводных переходах, где трубы нередко укладываются методом протаскивания, к изоляционным покрытиям предъявляются особо высокие требования: значительная механическая прочность, низкая степень истираемости, высокая адгезия к металлу, химическая стойкость, долговечность. В этих условиях очень привлекательно выглядят антикоррозионные покрытия из полиуретанов. Данный материал обладает высокими изолирующими свойствами, значительной твердостью, эластичностью, чрезвычайно высоким сопротивлением истиранию, царапанию и биоповреждениям. Кроме того, полиуретаны стойки к воде, растворам солей и обладают хорошей адгезией к металлам.
Комбинированные покрытия
На протяжении многих лет в нашей стране наряду с мастичными широко применялись покрытия на основе липких полимерных лент. Опыт их использования показал, что они очень технологичны (простота нанесения, удобство механизации работ), однако легко уязвимы — острые выступы на поверхности металла, острые камешки легко прокалывают такую изоляцию, нарушая ее сплошность. С этой точки зрения хороши покрытия на основе битумных мастик, проколоть которые достаточно сложно. Однако с течением времени битумные мастики «стареют»: теряют эластичность, становятся хрупкими, отслаиваются от трубопроводов.
ВНИИСПТнефть (ныне ИПТЭР) разработал конструкцию комбинированного изоляционного покрытия «Пластобит», лишенную указанных недостатков. Покрытие представляет собой комбинацию битумного и пленочного покрытий: на слой грунтовки наносится битумная мастика толщиной 3.. .4 мм, которая сразу же обматывается поливинилхлоридной пленкой без подклеивающего слоя. Величина нахлеста регулируется в пределах 3…6 см. В момент намотки полимерного слоя часть мастики выдавливается под нахлест, что обеспечивает герметизацию мест нахлеста.
Полимерный слой в конструкции покрытия «Пластобит» играет роль своеобразной «арматуры», которая обеспечивает независимо от срока службы сохранение целостности основного изоляционного слоя — битумного. В свою очередь, прокол полимерной пленки не приводит к нарушению целостности покрытия, так как слой битумной мастики имеет достаточно большую толщину. Более того, опыт эксплуатации покрытия «Пластобит» показывает, что в местах мелких сквозных повреждений полимерной части имеет место «самозалечивание», выражающееся в вытекании части мастики через это отверстие и застывание ее в виде грибка над местом повреждения.
Покрытие «Пластобит» является технологичным с точки зрения нанесения, не требует значительной перестройки применяемой до настоящего времени технологии капитального ремонта, обладает высокими защитными качествами, которые, по утверждению разработчика, не ухудшаются со временем.
Однако относительно высокая текучесть, малая ударная вязкость и слабая несущая способность материала не позволяют использовать покрытие «Пластобит» для труб диаметром более 820 мм.
Новым типом комбинированного изоляционного покрытия является «Армопластобит», отличающееся от «Пластобита» тем, что в нем в качестве армирующего материала вместо стеклохолста используется нитепрошивная стеклосетка. «Армопластобит» допускается использовать на трубопроводах диаметром до 1220 мм включительно.
В последние годы разработаны битумно-полимерные изоляционные ленты для газонефтепроводов, также являющиеся комбинированными. Так, лента ЛИБ (лента изоляционная битумная) представляет собой рулонный материал, состоящий из основы (полимерной пленки), на которую нанесен слой битумной мастики и слой антиадгезива. Покрытие на основе ленты ЛИБ аналогично покрытию типа «Пластобит», но в отличие от последнего наносится холодным способом.
В последние годы разработаны и другие типы комбинированных изоляционных покрытий, сведения о которых приведены в табл. 11.3.
Таблица 1— Сведения о комбинированных покрытиях
§
2. Причины и механизм коррозии трубопроводов
Основной причиной коррозии металла трубопроводов и резервуаров является термодинамическая неустойчивость металлов. Именно поэтому подавляющее большинство металлов в земной коре находится в связанном состоянии в виде окислов, солей и других соединений. Согласно второму закону термодинамики, любая система стремится перейти из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией.
Энергия, которой обладают вещества, называется химической энергией.
Она создается движением электронов на электронных орбитах атомов и молекул. При определенных условиях химическая энергия может превращаться в другие виды энергии, совершать работу (например, работу образования химических соединений).
Применительно к веществам 2-й закон термодинамики звучит так: самопроизвольно совершаются только такие химические превращения, в результате которых образуются вещества с меньшей химической энергией. Практически для всех металлов (кроме золота) при образовании окислов, солей и т. д. это правило выполняется. Поэтому окисление металлов, т. е. их коррозия, в естественных условиях процесс неизбежный.
Практически круговорот металла в природе выглядит так. Металлургическая промышленность, затрачивая большое количество энергии, осуществляет восстановление металлов из руд в свободное состояние, то есть переводит их на более высокий энергетический уровень. Однако, когда этот металл уже в виде какой-то конструкции подвергается действию окислителей (кислорода), он самопроизвольно переходит в более стабильное окисленное состояние.
Влияние неоднородности состава металла
Для строительства трубопроводов применяют малоуглеродистые и низколегированные стали. Кроме железа они содержат углерод (до 2 %), легирующие примеси (хром, никель, марганец, медь) и примеси, которые невозможно полностью удалить в металлургическом процессе (сера, фосфор, кислород, азот, водород). Неоднородный состав сталей благоприятствует возникновению коррозионных пар в соответствующей среде.
Влияние неоднородности условий на поверхности металла
Для возникновения тока при электрохимической коррозии металла необходимо наличие катодной и анодной зон. В анодной зоне протекает реакция окисления, заключающаяся в потере металлом своих электронов и образовании ион-атомов
Me →Ме n n ∙ẽ.
Переходя в раствор электролита, ион-атомы металла вызывают его постепенное разрушение — коррозию.
В катодной зоне протекает реакция восстановления — присоединения свободных электронов каким-либо веществом, называемым деполяризатором. Если роль деполяризатора играют ионы водорода 2Н 2е → 2Н → Н2, то такая реакция называется реакцией водородной деполяризации. Если же деполяризатором выступает кислород
О2 4Н 4 ẽ → 2Н2О — в кислой среде,
О2 2Н2О 4 ẽ → 4(ОН) — в щелочной среде,
то такая реакция называется реакцией кислородной деполяризации.
Из рассмотрения механизма электрохимической коррозии следует, что интенсивность процесса зависит от скорости образования ион-атомов металла (и свободных электронов), а также наличия кислорода и воды. Учитывая, что на скорость образования ион-атомов влияет температура, концентрация раствора электролита и другие внешние условия, можно сделать заключение, что если на поверхности одного и того же металла создать различные условия, то одна часть его поверхности станет анодом по отношению к другой.
Примеры образования гальванических элементов из одного металла приведены на рис. 2.
Рисунок 2 — Примеры образования гальванических элементов
В первом случае анодом является электрод, помещенный в подогретый электролит. Это связано с тем, что в подогретом электролите растворение металла происходит более интенсивно. Аналогичная картина наблюдается и в слабоконцентрированном растворе собственной соли по сравнению с концентрированным раствором этой соли. Наконец, при подаче к одному из электродов воздуха на нем облегчается протекание реакции кислородной деполяризации, характерной для катода.
Рисунок 4 — Примеры возникновения коррозионных элементов на трубопроводе в результате различия условий на поверхности металла: А — анодная зона; К — катодная зона (стрелки указывают направление движения ион-атомов метала
К образованию коррозионных элементов на поверхности трубопроводов приводит различный доступ кислорода к разным участкам его поверхности, разная влажность грунта, неоднородность микроструктуры металла. Примеры возникновения коррозионных элементов приведены на рисунке 4.
Влияние состава среды
Нефти представляют собой смесь различных углеводородов с неуглеводородными компонентами (спирты, фенолы, соединения серы, кислорода и др.). Если предельные и непредельные углеводороды совершенно инертны к металлам, то неуглеводородные компоненты вступают с ними в химическую реакцию. Особенно опасны сернистые соединения (элементарная сера, сероводород, меркаптаны), которые являются причиной от 3 до 20 % случаев коррозионного повреждения внутренней поверхности трубопроводов. Сернистые соединения нефти попадают при ее переработке и в нефтепродукты.
Большую опасность в коррозионном отношении представляют также органические кислоты, образующиеся в результате окисления углеводородной и неуглеводородной составляющих товарных топлив при их хранении и применении.
Таким образом, нефтепродукты в той или иной мере являются коррозионно-активными.
Механизм наведения блуждающих токов на подземные металлические сооружения и их разрушения
Появление блуждающих токов в подземных металлических сооружениях связано с работой электрифицированного транспорта и электрических устройств, использующих землю в качестве токопровода. Источниками блуждающих токов являются линии электрифицированных железных дорог, трамваев, линии электропередачи, установки катодной защиты и др.
При работе электрифицированного транспорта ток совершает движение от положительной шины тяговой подстанции по контактному проводу к двигателю транспортного средства, а затем через колеса попадает на рельсы, по которым возвращается к отрицательной шине тяговой подстанции. Однако из-за нарушения перемычек между рельсами (увеличение сопротивления цепи), а также низкого переходного сопротивления «рельсы — грунт» часть тока стекает в землю. Здесь она натекает на подземные металлические сооружения, имеющие низкое продольное сопротивление, и распространяется до места с нарушенной изоляцией, расположенного недалеко от сооружения с еще меньшим продольным сопротивлением. В месте стекания блуждающих токов металл сооружения теряет свои ион-атомы, т. е. разрушается.
Блуждающие токи опасны тем, что они стекают, как правило, с небольшой площади поверхности, что приводит к образованию глубоких язв в металле в течение короткого времени.
Закономерности коррозионного растрескивания под напряжением (КРН)
Коррозионное растрескивание под напряжением (стресс-коррозия, карбонатное растрескивание) — это разрушение металла вследствие возникновения и развития трещин при одновременном воздействии растягивающих напряжений и коррозионной среды.
Впервые упоминания о КРН появились в начале 60-х годов XX века после того, как данное явление было зафиксировано на газопроводах высокого давления в Австралии, Канаде и США. В начале 80-х годов оно было идентифицировано на газопроводах, проложенных в пустынных и полупустынных районах Средней Азии и Казахстана. В настоящее время, по данным Ростех-надзора, КРН является главной причиной разрушения линейной части магистральных газопроводов.
Внешне КРН выглядит как группы трещин, ориентированных преимущественно вдоль оси трубы. Трещины могут проникать в тело трубы на различную глубину. Нарушение целостности газопровода происходит в результате протяженного разрушения, когда трещины или группы трещин достигают критического размера и происходит быстрый, так называемый «долом».
Трещины зарождаются на внешней поверхности трубопровода в нижней части трубы в районе 5.. .7 часов условного циферблата. Коррозионному растрескиванию подвергаются как основной металл труб, так и сварные соединения. Наиболее часто КРН развивается в 20-километровой зоне после компрессорной станции, а также при наличии водных потоков, которые направлены вдоль трубопроводов или пересекают их.
Зонами риска с точки зрения КРН являются участки с пересеченной местностью, где трубопровод не прилегает ко дну траншеи, поэтому между ними существует воздушный зазор. 40 % всех аварий по причине КРН связано с нарушением целостности изоляционного покрытия.
Все стресс-коррозионные разрушения последних лет происходят в нейтральных и слабокислых грунтах (рН=4,5…7). Многочисленные наблюдения аварийных разрушений за рубежом свидетельствуют, что КРН во многих случаях провоцируется локальной коррозией, и поэтому развитие КРН напрямую связано с коррозионной активностью грунтов.
Единого мнения о механизме КРН пока нет. Один из возможных «сценариев» ее развития выглядит следующим образом:
1) под некачественно нанесенное или поврежденное изоляционное покрытие трубопровода попадает грунтовая вода;
2) в результате действия катодной защиты, обеспечивающей наложение отрицательного потенциала на трубопровод, большая часть катионов водорода, содержащихся в грунтовой воде, превращается в атомы и молекулы водорода на поверхности металла 2Н ẽ →Н2), что приводит к дополнительному отслоению изоляционного покрытия;
3) часть атомов или катионов водорода проникает в металл, нарушая его структуру и приводя к его охрупчиванию;
4) от действия переменной нагрузки на поверхности металла образуются трещины, в которые проникает почвенный электролит, и описанный выше процесс повторяется;
5) при достижении одной из трещин критических размеров наступает «внезапное» разрушение трубопровода.
Подводя итоги вышесказанному, можно сделать неутешительный вывод, что коррозия трубопроводов — процесс неизбежный. Однако человек, вооруженный знанием механизма коррозии, может затормозить его таким образом, чтобы обеспечить сохранение работоспособности трубопроводов в течение достаточно длительного времени.
