Антикоррозийные покрытия для труб

В настоящее время трудно представить существование сетей централизованного теплоснабжения без трубопроводов в пенополиуретановой изоляции. Конструкция труба в трубе получает все большее распространение на постсоветском пространстве, причем основные ее достоинства для большинства потребителей бесспорно заключаются в таких показателях, как повышенная долговечность, минимальные тепловые потери, низкие затраты при капитальном строительстве (отсутствие необходимости строительства каналов), эксплуатации и ремонте трубопроводов.
В середине двадцатого века основным антикоррозионным покрытием магистральных трубопроводов 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 30, 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 -20С до +40С), 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.
Первоначально исследования 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 соединенийю.
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 -50С до +50С. Температурный диапазон эксплуатации данных трубопроводов от минус 20 до плюс 40С, а прогнозируемый срок службы – 35 – 40 лет.
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 - 60С, 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.
Кажущаяся простота производства предизолированных труб и активная заинтересованность западных фирм в продвижении своих технологий на Восток (с сопутствующей поддержкой в виде реализации оборудования, сырья и т.п.) за короткое время обеспечили значительный рост объемов производства и потребления труб в ППУ-изоляции. Однако вскоре стало очевидно, что отсутствие требуемого опыта у части производителей предизолированных труб и персонала монтажных организаций, выполняющих работы по их прокладке, в конечном счете приведет к существенному росту удельной повреждаемости и снижению сроков службы теплопроводов в ППУ-изоляции, причем их выход из строя, в первую очередь, будет обуславливаться причинами, рассмотренными в первой части статьи (опыт тех же зарубежных производителей показывает, что для организации производства, отлаживания технологических процессов, поиска и определения надежных поставщиков сырья и, наконец, выпуска продукции высокого качества, требуется не один год.
Трубы ппу хорошо зарекомендовали себя в нашей стране за период их применения (примерно 10 лет). При соблюдении требования к технологии производства труб ппу, используемом в процессе производства труб ппу материалам и комплектующим, соблюдении правил перевозки труб и хранения труб ппу, качественном монтаже трубопроводов ппу и установке системы одк протечек теплоносителя – трубы ппу эксплуатируются с минимальными тепловыми потерями длительное время. К данному виду продукции относятся трубы ппу и фасонные изделия, предизолированные пенополиуретаном, из марок стали, соответствующих нормам ГОСТ 550, 8731, 8733, 10705, 10704, 20295. При теплоизоляции труб применяется пенополиуретан ведущих производителей. Для защиты теплоизоляционного слоя труб ппу применяется гидрозащитная полиэтиленовая оболочка (для подземной прокладки), и оцинкованная оболочка (для надземной прокладки).
Анализ существующих на сегодняшний день технических и финансовых возможностей большинства производителей и потребителей предизолированных труб позволяют предположить, что одним из перспективных вариантов повышения надежности трубопроводов в ППУ-изоляции является применение антикоррозионных лакокрасочных покрытий, наносимых на наружную поверхность стальной трубы и препятствующих интенсивному протеканию коррозионных процессов при нарушении герметичности внешней оболочки. Это объясняется простотой их нанесения, возможностью защиты металлоконструкций больших габаритов и сложной конфигурации, низкой стоимостью и хорошей сочетаемостью с другими методами защиты.