Производство применение и защита труб

Освоено промышленное производство битумно-полимерной мастики типа «Изобитэп», разработаны составы мастик «Изобитэп-Н» из битума марки БНИ-ШМ и «Изобитэп-30»  из битума марки БНД-60/90 с добавками  термоэластопласта.

Битумные мастики готовят в битумо-варочных котлах. Очищенный от бумаги и включений битум расплавляют в котле при температуре 140... 150°С. Когда температура битума достигает 170... 180°С, в него при непрерывном перемешивании добавляют наполнитель.

Температура битумных мастик при нанесении на трубы зависит от температуры окружающей среды и должна быть 150... 170 °С.

Битумные изоляционные мастики служат в качестве основного  защитного слоя в противокоррозионном  покрытии трубопроводов, а также в качестве приклеивающего состава для усиливающих и защитных оберток, применяемых в виде рулонных материалов.

Битумная грунтовка {праймер) применяется для выравнивания поверхности труб, улучшения прилипаемости (адгезии) изоляционной мастики к металлу.

Известно, что поверхность  металла имеет шероховатость. Если на такую поверхность нанести горячую битумную мастику, то после соприкосновения с более холодным, чем мастика, металлом она быстро застынет и не заполнит все неровности поверхности. В результате адгезия мастики с металлом будет не очень высокая. Чтобы улучшить адгезию, поверхность металла предварительно покрывают слоем жидкой грунтовки (праймера), которая целиком заполняет все неровности. На высушенную грунтовку наносят слой горячей мастики, которая, расплавив слой грунтовки, плотно с ней соединяется, а следовательно, и с поверхностью металла.

Важнейшее условие, определяющее эффективность и срок службы защитного покрытия, — качественная очистка поверхности труб до металлического блеска с помощью специальных очистных машин и надежная грунтовка труб. После очистки поверхность металла должна оставаться шероховатой, обеспечивая надежное сцепление праймера и мастики с трубой.

Перед нанесением грунтовки  поверхность трубы высушивают с  помощью специальных сушильных  печей или естественной сушкой. Грунтовку наносят на сухую поверхность вручную или специальными машинами. Слой грунтовки должен быть равномерным без пузырей и подтеков. Толщина нанесенной грунтовки не должна превышать 0,05 мм, расход грунтовки — 0,1 кг/м².

Битумные грунтовки изготовляют из битума, растворенного в бензине при соотношении битума и бензина 1:2 (по массе) или 1:3 (по объему). В состав битумной грунтовки для летнего периода входят битум БНИ-ГУили БНИ-V, бензин неэтилированный авиационный или бензины автомобильные; для зимнего периода — битум БН 50/50, БН 70/30 или БНИ-IY и бензин неэтилированный авиационный.

Более высокими свойствами обладает битумно-полимерная грунтовка  типа ГП-754ИН с противокоррозионным  ингибитором.

Для повышения механической прочности покрытий из битумных мастик в их конструкцию должны входить армирующие слои из усиливающих оберток. Для этого широко используют стекло- холст, который обладает высокой прочностью и в то же время невысокой стоимостью.

Стеклохолст — нетканый стекловолокнистый рулонный материал, например, марок ВВ-Г и ВВ-К, состоящий из хаотически расположенных стеклянных волокон, скрепленных синтетическим связующим. Стеклохолст обладает хорошими диэлектрическими и механическими свойствами, малой гигроскопичностью и высокой химической стойкостью. Он предназначен для повышения механической прочности, морозостойкости и защитной эффективности битумного покрытия и наносится на каждый его слой.

Стеклохолст марки ВВ-Г  изготовляют шириной 400 мм, длиной в рулоне 150...200 м, а стеклохолст марки ВВ-К — шириной 960 мм и длиной в рулоне не менее 170 м. Усилие разрыва продольной полоски шириной 50 мм из стеклохолста марки ВВ-К составляет не менее 100 Н, а из стеклохолста марки ВВ-Г — не менее 80 Н. Стеклохолсты применяют в качестве усиливающих оберток при температуре воздуха от -30 до +30 "С. Битумная изоляция, армированная рулонным стекловолокнистым материалом, устойчива против бактериальной коррозии и имеет большой срок службы.

В качестве армирующих материалов применяют также бризол, гидроизол и другие материалы.

Бризол — битумно-резиновый изоляционный рулонный материал, состоящий из битума в смеси с рубаксом, дробленой резиной, полиэтиленом, асбестом и пластификатором. Бризол выпускают рулонами с картонными сердечниками диаметром 70... 80 мм.

Гидроизол — асбестовый картон, пропитанный окисленными нефтяными битумами.

Типы битумных покрытий зависят от удельного электрического сопротивления грунта, в котором они применяются, а послойный состав — от характера усложненности условий прокладки газонефтепроводов. Применяют нормальный и усиленный типы изоляционных битумных покрытий, выполняемые в основном в трассовых условиях. Для городских трубопроводов используют изоляцию усиленного типа общей толщиной 7,5 и 9 мм для труб диаметром соответственно менее 150 мм и свыше 150 мм (мастику наносят в три слоя с промежуточной оберткой стеклохолстом).

Магистральные трубопроводы на трассе защищают битумными покрытиями механизированным способом с помощью специальных машин. В период строительства трубопровода покрытия рекомендуется наносить при температуре воздуха не выше 25 °С для труб диаметром менее 820 мм. В отдельных случаях нанесение покрытия допускается и для трубопроводов с диаметром трубы 1 020 мм. Для нефтепроводов диаметром не более 1 020 мм также используют изоляционное покрытие усиленного типа «Пласто- бит-2М». Его наносят в трассовых условиях. Оно состоит из грунтовки, изоляционной мастики на основе пластифицированного битума (3 мм), усиливающей обертки в виде поливинилхлорид- ной ленты без слоя клея (0,35 мм) и защитной обертки (0,5 мм).

При нанесении  защитного покрытия на трубы оставляют  неизолированными их концы длиной 150... 200 мм для труб диаметром до 219 мм и 250...300 мм для труб большего диаметра.

4.3 Каменноугольные изоляционные материалы

Каменноугольные мастики применяют для изоляции сварных стыков, исправления повреждений изоляции при перевозке труб и при проведении капитальных ремонтов. Мастики готовят из каменноугольных пеков с различными добавками.

Пеки — это тяжелые остатки от перегонки каменноугольного дегтя. Отечественной промышленностью выпускаются мягкий, средний и электродный пеки с температурой размягчения соответственно 45; 65; 75 °С.

Изоляционная мастика  из каменноугольного пека включает в  себя средний каменноугольный пек, пластификатор (каменноугольная смола, антраценовое масло, смола пиролиза резины) и наполнитель в виде порошка резины и асбеста. Для изоляции трубопроводов рекомендуются следующие составы каменноугольной мастики: каменноугольный пек 85%, каменноугольный деготь 10%, резиновая крошка 5%; каменноугольный пек 75%, смола пиролиза резины 15%, асбест 10%.

Пековые покрытия аналогичны по технологии нанесения  покрытиям из битумных мастик. Высокие диэлектрические свойства и повышенная водостойкость этих покрытий по сравнению с битумными позволяют уменьшить толщину изолирующего слоя до 2 мм или при стандартной толщине значительно увеличить срок службы металлических конструкций. Благодаря более высоким механическим свойствам пеков повышается механическая прочность всего покрытия. В то же время токсичность пека ограничивает применение каменноугольных мастик для изоляционных работ.

4.4 Лакокрасочные материалы

Лакокрасочные материалы—поверхностные пленкообразующие покрытия, при нанесении которых на какую-либо поверхность они способны высыхать с образованием твердой эластичной пленки. Эти покрытия представляют собой сравнительно тонкий защитный слой. Их широко применяют для защиты от коррозии наружных и внутренних поверхностей газонефтепроводов, резервуаров, различных подземных, надземных и подводных строительных конструкций и т.д.

Процесс полимерного  пленкообразования на поверхности  трубы заключается в переходе растворов из расплавленных пленкообразователей  в аморфное твердое (стеклообразное) состояние. В состав лакокрасочных материалов входят пленкообразующее вещество, наполнитель, пигмент и растворитель. В качестве пленкообразующих веществ применяют высыхающие масла (главным образом растительные); группу олиф, представляющих собой предварительно обработанные масла; синтетические и натуральные каучуки; синтетические и природные смолы; некоторые продукты переработки нефти, которые характеризуются высокой поли- меризационной способностью в обычных условиях (при небольшом повышении температуры) и т.д. Другую группу пленкообразующих веществ составляют лаки, представляющие собой растворы природных высокомолекулярных и синтетических полимерных веществ в том или ином легколетучем растворителе.

Полимерные пленкообразователи могут быть превращаемыми, непревращаемыми и смешанными. Превращаемыми пленкообразователями считаются такие, при использовании которых образование пленки происходит в процессе реакций полимеризации, поликонденсации или обеих реакций одновременно непосредственно в нанесенном слое покрытия. Непревращаемыми пленкообразователями считаются такие, при применении которых пленкообразователь наносят на защищаемую поверхность в виде раствора, который образует пленку в процессе коагуляции или испарения растворителя. Смешанными называются пленкообразователи, действующие частично по принципу превращаемых и непревращаемых.

В качестве полимерных пленкообразователей  используют фенольноформальдегидные, мочевино- и меламиноформальдегидные  смолы, полистирол, перхлорвинил и другие полимерные материалы.

Защитные покрытия выполняют многослойными, так как покровный материал не может дать беспористый слой в условиях полимерного пленкообразования. Процессы испарения растворителя (для непревращаемых пленкообразователей) или удаления летучих веществ (для превращаемых пленкообразователей) протекают после образования в начальный момент внешней гелеобразной полимерной корочки (пленки). При этом молекулы растворителя или паров вынуждены проходить сквозь пленку с образовавшимися внутри нее мелкими порами или оставаться под ней, снижая адгезию пленки к покрываемой поверхности трубы.

Лакокрасочные материалы для покрытия наружной поверхности труб подразделяют на грунтовки, покровные эмали и лаки. Наносят их на поверхность трубопровода разбрызгиванием при помощи пневматических краскораспылителей под давлением 0,2... 0,3 МПа. Необходимую вязкость лакокрасочным материалам придают при добавлении к ним соответствующих растворителей. Растворитель уменьшает вязкость смол и увеличивает их смачивающую способность.

Для надземных трубопроводов применяют грунтовки на основе фенолформальдегидной смолы с вязкостью, соответствующей времени истечения материала из вискозиметра ВЗ-4 20...22 с: смола ФЛ-03 или ФЛ-013, растворитель — сольвент каменноугольный; смола ХС-010 на основе сополимера хлорвинила и винил-денхлорида (смола ХСВ-40), растворитель Р-4; ВЛ-08 на основе поливинил-бутиралевой смолы, растворитель ОВЛ-08 (фосфатирующие грунтовки) и др.

Надземные трубопроводы окрашивают покрывными эмалями и  лаками вязкостью, соответствующей времени истечения материала из вискозиметра ВЗ-4 17... 19 с, изготовленными на основе перхлорвиниловой смолы (эмали ХВ-124 и ХВ-125, лак ХСЛ), пентафталевой смолы (лак № 170) и др. Растворителем для перхлорвиниловой смолы служит Р-4. Пентафталевый лак растворяют сольвентом каменноугольным.

Для газопроводов, прокладываемых в условиях Крайнего Севера, применяют указанные грунтовки, а в качестве покровных материалов — перхлорвиниловый лак ХСЛ и пентафталевый лак № 170, обладающие высокой морозостойкостью. Лакокрасочные покрытия инертны к металлу и устойчивы в органических кислотах и щелочах, обладают хорошей вязкостью, гибкостью и адгезионными свойствами.

Лакокрасочные покрытия состоят из двух-трех слоев грунтовки и двух слоев эмали или лака с добавлением в последний (верхний) слой во всех случаях 10... 15 % (по массе) алюминиевой пудры ПАК-3 или ПАК-4. Общая толщина покрытия должна быть не менее 0,2 мм.

Лакокрасочные покрытия наносят непосредственно на трассе и на полустационарных установках. Для получения качественного и долговечного покрытия поверхность стальных труб тщательно очищают от окалины, ржавчины, масляных и других загрязнений, обезжиривают бензином и просушивают. В стационарных условиях трубы очищают дробеструйным аппаратом или химическим способом (в 10...20%-ной соляной кислоте с последующей нейтрализацией щелочными растворами, промывкой водой и просушкой). После очистки распылением наносят грунтовку и покровные эмали с промежуточной сушкой каждого слоя.

Лакокрасочные материалы для защиты внутренней поверхности труб образуют защитный слой, уменьшающий шероховатость стенок и гидравлическое сопротивление, что повышает пропускную способность трубопровода на 8... 10 % и предохраняют металл труб от коррозионного воздействия рабочих сред.

Технологический процесс  нанесения покрытий включает в себя операции по подготовке поверхности  трубы, грунтовку, нанесение нескольких слоев покрытия (не менее пяти-шести) с сушкой или термообработкой каждого слоя.

Для защитных покрытий, наносимых  на внутреннюю поверхность трубопроводов, применяют различные материалы: бакелитовый лак марки А в сочетании с алюминиевой пудрой в количестве 7 % и растворителем; лакокрасочные грунтовки и эмали на основе синтетических смол (перхлорвиниловой, эпоксидной, поливинил-бутиралевой и т.д.). Наиболее широко известны лакокрасочные покрытия на основе эпоксидных смол ЭД-16 и ЭД-20, эпоксидных лаков Э-4100, Э-4001, эпоксидных шпатлевок ЭП-00-10 и др., которые обладают очень высокой адгезией к металлу, термо- и химической стойкостью и другими полезными свойствами.

В композиционный состав лакокрасочного покрытия входят отвердитель, пластификатор, наполнитель и растворитель. Перед нанесением покрытия на 100% эпоксидных веществ вводят отвердитель (гексометилендиамин, полиэтиленполиамин и др.) в количестве: 7 % в смесь шпатлевки ЭП-00-10 с лаком Э-400; в лак Э-4001 - 7 %; в эмаль ОЭП-4171 - 3,5 % и в лак Э-4100 - 3 %. В качестве наполнителя добавляют, например, 0,5 % оксида хрома на 100% эпоксидных веществ. Растворитель (Р-40, Р-5, Р-4 и др.) вводят в количестве 20...60%, пластификатор (трикрезил- фосфат) — до 10%.

Общий слой эпоксидного  покрытия должен иметь толщину 325...450 мкм. Он состоит из четырех последовательно  наносимых слоев. После нанесения  очередного слоя трубу поворачивают на 90°. Покрытие твердеет при воздушной сушке в течение нескольких суток, а при нагреве до 120... 130 °С — за 2...3 ч.