На сегодняшний день при строительстве отечественных магистральных и промысловых трубопроводов в качестве наружных защитных покрытий наиболее широко применяются заводские покрытия труб на основе экструдированного полиэтилена.
Качество заводских полиэтиленовых покрытий труб во многом зависит от конструкции защитных покрытий и изоляционных материалов, используемых для их нанесения.
Существует 4 варианта конструкций заводских полиэтиленовых покрытий труб:
· Полиэтиленовое покрытие, наносимое по битумно-мастичному подслою (конструкция покрытия № 6 по ГОСТ Р 51164-98).
· Полиэтиленовое покрытие, наносимое по изоляционному подслою на основе липкой полимерной ленты (конструкция покрытия № 7 по ГОСТ Р 51164-98).
· Двухслойное полиэтиленовое покрытие, состоящее из адгезионного подслоя на основе термоплавкой полимерной композиции и наружного полиэтиленового слоя (конструкция покрытия № 2 по ГОСТ Р 51164-98, конструкция покрытия № 4 по ГОСТ Р 52568-2006).
· Трехслойное полиэтиленовое покрытие, состоящее из слоя эпоксидного праймера, адгезионного полимерного подслоя и наружного полиэтиленового слоя (конструкция покрытия №1 по ГОСТ Р 51164-98, конструкция покрытия №№ 1-3 по ГОСТ Р 52568-2006).
Первые два типа полиэтиленовых покрытий труб имеют достаточно ограниченный диапазон применения. Данные типы покрытий рекомендуется использовать для наружной изоляции труб малых и средних диаметров (от 57 до 530 мм включительно) при температуре эксплуатации трубопроводов не выше плюс 40оС. Основная область применения таких покрытий – строительство промысловых трубопроводов, водопроводов, межпоселковых газопроводов низкого давления.
Нанесение на трубы комбинированных мастично-полиэтиленовых и ленточно-полиэтиленовых покрытий может осуществляться в условиях стационарных трубоизоляционных баз. Защитные покрытия наносятся по упрощенной технологии (щеточная очистка, праймирование поверхности труб, нанесение мастичного или ленточного подслоя, нанесение наружного экструдированного полиэтиленового слоя). Предварительного технологического нагрева труб и абразивной очистки при этом не требуется, что существенно снижает затраты на подготовку поверхности и изоляцию труб.
Для нанесения мастичного подслоя должны применяться специальные модифицированные битумные мастики, обладающие повышенной морозостойкостью и хорошей адгезией к полиэтилену. Для нанесения ленточного подслоя должны применяться дублированные полиэтиленовые ленты с бутилкаучуковым подслоем (типа «НК ПЭЛ», «Полилен», «Поликен» и др.) толщиной не менее 0,45 мм. Наружная оболочка из экструдированного полиэтилена толщиной до 2,0-2,5 мм предназначена для повышения механической прочности покрытия, увеличения его стойкости к продавливанию и удару, что обеспечивает длительное складирование, хранение и транспортировку изолированных труб.
Заводские двухслойные полиэтиленовые покрытия характеризуются более высокими показателями свойств и более широким температурным диапазоном эксплуатации (от минус 20оС до плюс 50-60оС). Применение в качестве адгезионного подслоя расплава термоплавкой полимерной композиции на основе сополимера этилена с винилацетатом или этилена с эфиром акриловой кислоты существенно повышает адгезию 
покрытия к стали (до 100-150 Н/см).
Технология нанесения на трубы двухслойных полиэтиленовых покрытий хорошо отработана и освоена более чем на 20 отечественных предприятиях. Технологический процесс нанесения двухслойного полиэтиленового покрытия включает предварительный нагрев труб, их абразивную (дробеметную или дробеструйную) очистку, нагрев до заданной температуры (180-200оС), нанесение методом боковой «плоскощелевой» или кольцевой экструзии расплавов адгезива и полиэтилена, прикатку покрытия специальными роликами и охлаждение изолированных труб оборотной водой. Для повышения качества двухслойного покрытия при температурах эксплуатации 40-60оС рекомендуется осуществлять пассивацию очищенной поверхности труб специальным хроматным составом.
При нанесении на трубы двухслойного полиэтиленового покрытия используются преимущественно композиции сэвилена и композиции полиэтилена низкой плотности кабельных марок. Из отечественных материалов для заводской двухслойной изоляции труб применяются адгезионные композиции разработки ЗАО НПК «Полимер-Компаунд», г. Томск и композиции полиэтилена поставки ООО «Дита-Пласт», г. Селятино, ООО «Волжский завод полимеров», г. Нижний Новгород, ЗАО «Полимер-Компаунд». Из импортных материалов наиболее широкое применение для двухслойной изоляции труб получила композиция адгезива марки «Trisolen 190» поставки «Leuna Eurokommerz» (Германия). Для нанесения наружного слоя покрытия могут применяться композиции полиэтилена низкой плотности поставки фирм «МРВ S.R.L» (Италия), «Alcudia» (Испания) и др. или композиция бимодального полиэтилена «BorcoatHE 3450» фирмы «Borealis A|S».
В соответствии с ГОСТ Р 52568-2006 и требованиями ОАО «АК «Транснефть» ОТТ-04.00-27.22.00-КТН-005-1-03 трубы с двухслойным полиэтиленовым покрытием рекомендуется применять для строительства промысловых и магистральных нефтепроводов диаметрами до 820 мм включительно, а по требованиям СТО «Газпром» 2-2.3-130-2007 при строительстве магистральных газопроводов максимально допустимый диаметр труб с двухслойным полиэтиленовым покрытием не должен превышать 530 мм. При этом допустимая температура эксплуатации магистральных газопроводов с двухслойным полиэтиленовым покрытием не должна превышать плюс 50оС.
Такие ограничения в отношении двухслойных полиэтиленовых покрытий вполне обоснованы. При температурах выше плюс 40-50оС адгезионный подслой покрытия начинает размягчаться, что приводит к заметному снижению адгезии покрытия к стали (до10-30 Н/см). Кроме того, при повышенных температурах эксплуатации отмечается значительное снижение стойкости покрытия к катодному отслаиванию и к длительному воздействию воды.
Необходимо отметить, что в зарубежной практике применение труб с двухслойным полиэтиленовым покрытием на сегодняшний день ограничено. Основным типом наружного защитного покрытия трубопроводов является заводское трехслойное полиэтиленовое покрытие труб. Конструкция трехслойного покрытия отличается от двухслойного наличием дополнительного слоя – эпоксидного праймера. Для нанесения праймирующего слоя могут использоваться как порошковые эпоксидные краски (оптимальная толщина эпоксидного слоя при этом должна составлять 100-200 мкм и, по крайней мере, на 40-50 мкм превышать шероховатость очищенной поверхности труб), так и жидкие эпоксидные краски (толщина сухой пленки праймера должна составлять 40-60 мкм). Эпоксидный праймер обеспечивает повышенную адгезию покрытия к стали, стойкость к катодному отслаиванию и к длительному воздействию воды. Кроме того, эпоксидный слой является проницаемым для токов катодной защиты, что создает хорошую совместимость трехслойного полиэтиленового покрытия с электрохимической защитой трубопроводов. Полимерный адгезионный подслой является промежуточным слоем в конструкции трехслойного покрытия труб. Его функции состоят в обеспечении сцепления (адгезии) между наружным полиэтиленовым слоем и внутренним эпоксидным слоем. Наружный полиэтиленовый слой характеризуется низкой влагокислородопроницаемостью, выполняет функции “диффузионного барьера” и обеспечивает покрытию высокую механическую и ударную прочность. Сочетание всех трех слоев покрытия делает трехслойное полиэтиленовое покрытие одним из наиболее эффективных наружных защитных покрытий трубопроводов.
Трехслойное полиэтиленовое покрытие было внедрено за рубежом в 80-х г.г. прошлого века, и на сегодняшний день является самым популярным и широко применяемым заводским покрытием труб. В нашей стране внедрение технологии трехслойной полиэтиленовой изоляции труб началось всего лишь 10 лет назад, но к настоящему времени данный метод нанесения на трубы защитного покрытия применяется уже на 13 российских предприятиях, включая все крупные трубные заводы (Выксунский, Челябинский, Волжский, Ижорский). На некоторых заводах смонтировано по 2-3 линии наружной изоляции труб, а на Выксунском металлургическом заводе – 5 современных поточных линий. Линии изоляции труб могут работать в круглосуточном режиме, при этом производительность некоторых технологических линий достигает до 500-700 квадратных метров в час.
Преимущества трехслойных полиэтиленовых покрытий в сравнении с двухслойными покрытиями труб связаны не только с наличием в конструкции покрытия дополнительного слоя – эпоксидного праймера, но и с использованием для нанесения адгезионного подслоя и наружного полиэтиленового слоя более качественных изоляционных материалов. Если в системе двухслойных полиэтиленовых покрытий для нанесения адгезионного подслоя применяются композиции термоплавких сополимеров, имеющие недостаточно высокие механические характеристики и пониженную температуру размягчения, то в качестве адгезивов трехслойных полиэтиленовых покрытий применяются в основном привитые сополимеры на основе линейного полиэтилена высокой плотности. Использование таких адгезивов повышает исходную адгезию покрытия к стали минимум в 2-3 раза, а при температурах 60-80оС – в 8-10 раз. Существенным является и то, что для заводской трехслойной изоляции труб диаметром от 720 мм и выше используются преимущественно композиции полиэтилена средней и высокой плотности. Применение таких марок полиэтилена импортной поставки позволяет в несколько раз повысить механическую прочность покрытия, увеличить его стойкость к удару, к продавливанию (пенетрации) в широком интервале температур.
К несомненным преимуществам трехслойных полиэтиленовых покрытий труб следует отнести их повышенную теплостойкость. Использование современных адгезионных композиций и эпоксидного праймера позволило расширить температурный диапазон применения полиэтиленовых покрытий от плюс 50-60оС до плюс 80оС.
Для нанесения на трубы трехслойных полиэтиленовых покрытий используются, как правило, импортные изоляционные материалы: порошковые эпоксидные краски поставки фирм: «3М», «AkzoNobel», «BSCoatings», «BasfCoatings» и др., композиции адгезива и полиэтилена производства «BorealisA|S», «BasellPoliolefins», «TotalPetrochemicals», «DuPont», «IndustriePolieco-МРВ S.R.L», «KoreaPetrochemicalInd.Co», «LeunaEurokommerz» и др.
Из отечественных материалов для нанесения на трубы заводских трехслойных покрытий аттестованы к применению порошковые эпоксидные краски «П-ЭП-0305 М» ООО НПК «Пигмент», г. Санкт-Петербург, «П-ЭП 0130» ООО «Ярославский завод порошковых красок», композиция адгезива «АТИ-06», разработки ЗАО «Терма», г. Санкт-Петербург» и композиция полиэтилена высокой плотности «F 308 B» ООО «Ставролен», г. Буденновск, Ставропольского кр.
Получены положительные результаты комплексных испытаний трехслойных полиэтиленовых покрытий труб нескольких российских и украинских предприятий, где в качестве праймирующего слоя покрытия использовался жидкий однокомпонентный эпоксидный праймер «CoponPrimerL.4098» (толщина сухого слоя 40-60 мкм). Покрытия, полученные с использованием данного праймера, по основным показателям свойств ни в чем не уступали трехслойным покрытиям с праймером на основе порошковых эпоксидных красок. Применение однокомпонентного эпоксидного праймера в значительной степени расширяет возможности внедрения технологии трехслойной полиэтиленовой изоляции труб на предприятиях, освоивших процесс нанесения на трубы двухслойного покрытия.
Основные задачи по внедрению и практическому применению заводских трехслойных покрытий на сегодняшний день связаны, прежде всего, с выбором системы изоляционных материалов, используемых для их нанесения, с модернизацией линий и с оптимизацией технологии заводской изоляции труб.
Следует отметить, что практически все линии наружной изоляции труб, введенные в эксплуатацию на отечественных трубных заводах в последние годы, оснащены самым современным технологическим оборудованием. Смонтированное оборудование обеспечивает эффективную подготовку наружной поверхности труб (двойная дробеметная очистка, промывка очищенной поверхности труб обессоленной водой, нанесение хроматного состава), регулируемый нагрев труб до требуемой температуры и нанесение на них защитного покрытия при управляемых и контролируемых режимах. Все это гарантирует высокое качество заводских покрытий труб, а, следовательно, и высокую надежность противокоррозионной защиты трубопроводов.
Заводские полипропиленовые покрытия
Наряду с заводскими покрытиями на основе экструдированного полиэтилена все чаще для антикоррозионной защиты трубопроводов стали применяться заводские полипропиленовые покрытия. В Европе на долю заводских полипропиленовых покрытий приходится до 7–10 % от объема производства труб с заводским полиэтиленовым покрытием. Основные преимущества полипропиленовых покрытий связаны с их повышенной теплостойкостью (могут применяться при температурах транспортируемых продуктов до 110-140оС), высокой механической прочностью, стойкостью к продавливанию, прорезанию и абразивному износу. Данный тип покрытия рекомендуется применять при строительстве подводных переходов, на участках «закрытой» прокладки (проколы под автомобильными и железными дорогами, прокладка труб методом «микротоннелирования», наклонно-направленного бурения), при сооружении морских, шельфовых газонефтепроводов, а также в качестве противокоррозионного покрытия «горячих» участков трубопроводов. В нашей стране трубы с заводским полипропиленовым покрытием использовались при строительстве подводных переходов, при обустройстве нефтепромысла на Балтийском море, при прокладке по дну Черного моря магистрального газопровода «Голубой поток».
Благодаря высокой ударной прочности заводского полипропиленового покрытия (до 80-110 Дж при 20оС), его общая толщина может быть на 20–25 % меньше толщины полиэтиленового покрытия, что делает данный тип покрытия по стоимости сопоставимым с заводским полиэтиленовым покрытием труб. Режимы нанесения на трубы полипропиленового покрытия аналогичны режимам нанесения заводских полиэтиленовых покрытий. Это позволяет осуществлять заводскую полипропиленовую изоляцию труб без проведения работ по дооснащению и модернизации существующих технологических линий. Технология нанесения на трубы трехслойного полипропиленового покрытия к настоящему времени отработана и реализована на Московском трубозаготовительном комбинате, на Выксунском, Волжском и Челябинском трубных заводах.
Конструкция заводского полипропиленового покрытия аналогична конструкции заводского трехслойного полиэтиленового покрытия труб. Для нанесения покрытия используются порошковые эпоксидные краски, термоплавкие полимерные композиции и термо-светостабилизированные композиции полипропилена. Основные производители и поставщики материалов для нанесения заводских полипропиленовых покрытий – компании «3М», «Basf Coatings», «Industrie Polieco - МРВ S.R.L», «Basell Poliolefins», «Borealis A|S»и др. Возможен вариант нанесения полипропиленового покрытия с использованием жидкого эпоксидного праймера.
При всех несомненных преимуществах заводских полипропиленовых покрытий труб они обладают одним серьезным недостатком - пониженной морозостойкостью. Стандартное полипропиленовое покрытие рекомендуется применять при температурах строительства трубопроводов до минус 10°С, а температура окружающей среды при хранении изолированных труб должна быть не ниже минус 20°С. Специальное морозостойкое полипропиленовое покрытие может применяться при температурах строительства трубопроводов до минус 30° С и температурах хранения изолированных труб до минус 40 С.
Заводские эпоксидные покрытия труб толщиной 350-500 мкм применяются в качестве наружных противокоррозионных покрытий трубопроводов около 50 лет. Наибольшую популярность эпоксидные покрытия труб получили в США, Канаде, Индии, в странах азиатско-тихоокеанского региона. Данные покрытия характеризуются повышенной теплостойкостью, высокой адгезией к стали, отличной стойкость к катодному отслаиванию, устойчивостью к прорезанию, сдиру, абразивному износу. Трубы с эпоксидным покрытием, в отличие от труб с заводским полиэтиленовым покрытием, в течение длительного времени могут храниться под открытым небом. Эпоксидные покрытия проницаемы для токов катодной защиты. Под эпоксидными покрытиями не было зафиксировано случаев стресс-коррозии трубопроводов. Затраты на нанесение эпоксидных покрытий значительно ниже затрат на заводские полиэтиленовые и полипропиленовые покрытия труб (из состава технологических линий исключаются энергоемкие экструдеры, системы загрузки и сушки гранулированных полиолефиновых композиций, уменьшается расход изоляционных материалов и т.д.).
Основными недостатками эпоксидных покрытий являются их недостаточно высокая эластичность и низкая прочность при ударе, особенно в области минусовых температур, что в значительной степени осложняет транспортировку изолированных труб и выполнение строительно-монтажных работ в трассовых условиях. Именно по этой причине согласно ГОСТ Р 51164–98 и ГОСТ Р 52568-2006 введены в с ограничения на использование труб с заводским эпоксидным покрытием при строительстве магистральных трубопроводов (максимально допустимый диаметр труб с заводским эпоксидным покрытием не должен превышать 820 мм включительно). Рекомендуемая область применения однослойных эпоксидных покрытий – противокоррозионная защита трубопроводов малых и средних диаметров с температурой эксплуатации до плюс 60-80оС.
Для нанесения на трубы эпоксидных покрытий используются порошковые краски, содержащие в своем составе эпоксидные смолы, отвердитель, активатор, пигмент, инертные наполнители и другие добавки. Процесс нанесения эпоксидного покрытия включает: абразивную очистку, технологический нагрев труб до 220-230оС, напыление порошковой краски с помощью пистолетов-распылителей и отверждение нанесенного защитного покрытия. Нанесение на трубы заводских эпоксидных покрытий освоено на ОАО «Волжский трубный завод», ОАО «Выксунский металлургический завод», ООО «Трубопласт», г. Екатеринбург. В качестве противокоррозионного покрытия труб с наружным теплоизоляционным пенополиуретановым покрытием заводские эпоксидные покрытия применяются на предприятиях ЗАО «Мосфлоулайн» (МОЭ ТЗК), г. Москва, ЗАО «ТВЭЛ-Теплоросс», г. Санкт-Петербург, ЗАО «Сибпромкомплект», г. Тюмень.
Основные производители трубных порошковых эпоксидных красок – зарубежные фирмы: “3M”, “Jotun Powder Coatings Ltd.”, “BASF Coatings”, “Akzo Nobel Powder Coatings GmbH”, “BS Coatings” , “Kawakami Paint Mfg.” и др. В Российской Федерации порошковые эпоксидные краски производятся на предприятиях: ООО НПК “Пигмент”, г. Санкт-Петербург, ООО “Ярославский завод порошковых красок”.
В 2008 году Фирмой «3М» был введен в эксплуатацию завод по производству трубных порошковых эпоксидных красок в г. Волоколамске. На данном предприятии могут производиться порошковые материалы, предназначенные для однослойных эпоксидных и трехслойных полиэтиленовых покрытий труб, а также порошковые краски для внутренних защитных покрытий труб.
К настоящему времени разработана и внедрена конструкция двухслойного эпоксидного покрытия Akzo Nobel», «3М», «BASF Coatings», а также по результатам испытаний ОАО ВНИИСТ современные системы двухслойных эпоксидных покрытий труб способны обеспечить прочность покрытия при ударе, сопоставимую с ударной прочностью заводских покрытий труб, полученных на основе полиэтилена низкой плотности (до 15-20 Дж - в интервале температур от минус 40°С до плюс 40°С). При такой величине ударной прочности, и целом ряде других неоспоримых преимуществ (проницаемость для токов катодной защиты, стойкость к катодному отслаиванию, к прорезанию, атмосферостойкость), двухслойные эпоксидные покрытия могут в значительной степени потеснить заводские полиэтиленовые покрытия труб. Освоение и внедрение технологии заводской двухслойной эпоксидной изоляции труб, на наш взгляд, представляется одним из наиболее перспективных направлений в области противокоррозионной защиты трубопроводов. Данный тип покрытия может быть использован, в первую очередь, при строительстве морских, шельфовых трубопроводов (в том числе, при производстве теплоизолированных и обетонированных труб), при прокладке трубопроводов на участках проколов под дорогами, при строительстве методом наклонно-направленного бурения. Помимо этого трубы с двухслойным эпоксидным покрытием могут получить самое широкое применение при строительстве промысловых и технологических трубопроводов, а также при прокладке магистральных газонефтепроводов диаметром до 820 мм.
