С.Г. Низьев - Директор Центра защиты от коррозии ООО «Институт ВНИИСТ»
Технология трассовой изоляции газонефтепроводов липкими полимерными лентами и битумно-мастичными покрытиями осталась в прошлом веке. Все новое строительство магистральных трубопроводов осуществляется с использованием стальных труб и фитингов, имеющих заводские защитные покрытия. Можно спорить о том, насколько хороши или плохи требования стандартов и отраслевых норм, предъявляемые к заводским покрытиям труб, какие именно покрытия (эпоксидные, полипропиленовые, полиэтиленовые, комбинированные) в наибольшей степени подходят для заданных условий строительства и эксплуатации трубопроводов, но теперь уже совершенно очевидно – и настоящее, и будущее остается за заводскими покрытиями.
Преимущества заводской изоляции труб связаны, прежде всего, с повышением темпов прокладки и с обеспечением круглогодичного строительства трубопроводов. Применение труб с заводским покрытием исключает зависимость изоляционных работ от погодных условий. За счет переноса изоляции труб из трассовых условий в заводские в значительной степени повышается качество подготовки поверхности труб. Вместо малоэффективной механизированной щеточной очистки поверхность изолируемых труб обрабатывается фракционированной стальной дробью до требуемой степени очистки и шероховатости. Перед нанесением покрытия при современных методах заводской изоляции труб может проводиться дополнительная промывка очищенной поверхности труб горячей обессоленной водой. Для повышения стойкости заводского покрытия к катодному отслаиванию и к длительному воздействию почвенного электролита практически на всех современных линиях изоляции труб предусмотрена обработка очищенной поверхности труб водным раствором солей хромата (хроматирование). При заводской изоляции труб достаточно легко наладить сквозной пооперационный технологический контроль по оценке параметров абразивной очистки и нагрева труб, проконтролировать режимы нанесения защитного покрытия, организовать проведение приемо-сдаточных и периодических испытаний покрытий труб. Ну и, наконец, при заводском способе изоляции труб появляется возможность использовать самые современные материалы, покрытия, технологии и оборудование, которые невозможно применять при изоляции трубопроводов в трассовых условиях. В конечном счете, все это вместе взятое и определяет высокое качество заводских покрытий труб, позволяет говорить о том, что современные многослойные полимерные покрытия труб способны обеспечить эффективную противокоррозионную защиту трубопроводов на продолжительный (до 40-50 лет) срок их эксплуатации.
Разработкой технологии заводской полиэтиленовой изоляции труб ВНИИСТ начал заниматься еще с середины 60-х годов прошлого века. С высоты накопленного практического опыта кажутся очевидными и легко объяснимыми те ошибки, которые были допущены первыми разработчиками новых технологий. Сохранились научные отчеты, рабочая документация, фотографии узлов экспериментального оборудования по очистке и наружной заводской изоляции труб. За основу технологии заводской изоляции труб был принят метод напыления порошковых полиэтиленовых композиций на предварительно очищенные и нагретые до температуры 270-300 оС трубы. При этом способе изоляции прошедшая абразивную или иглофрезерную очистку труба закреплялась и вращалась на специальном стенде, а из ванны, расположенной под трубой, с применением вращающихся турбин осуществлялось напыление (набрасывание) порошкового полиэтилена. Напыленное полиэтиленовое покрытие прикатывалось к поверхности трубы теплостойкими эластичными роликами, изготовленными из радиационно-вулканизированной резины, после чего труба с покрытием охлаждалась в ванне с водой. Именно по вышеописанной технологии была предпринята первая попытка реализации отечественного проекта заводской полиэтиленовой изоляции труб. В Западной Сибири (п. Белый Яр) в конце 70-х, начале 80-х годов был построен цех, изготовлено и смонтировано технологическое оборудование, проведены пуско-наладочные работы, но технология так и осталась не реализованной. Основные причины этой неудачи были связаны с конструкцией внедряемого защитного покрытия и используемыми изоляционными материалами. Время показало, что при всех несомненных преимуществах полиэтилена как изоляционного материала (низкая влаго-кислородопроницаемость, высокая эластичность, отличные диэлектрические свойства) он, в силу своей неполярности, характеризуется крайне низкими адгезионными свойствами. Именно поэтому так и не были внедрены однослойные полиэтиленовые покрытия труб, именно по этой причине полиэтилен применяется для противокоррозионной защиты трубопроводов только в сочетании с другими изоляционными материалами, обладающими достаточно высокой и стабильной адгезией к стали (дублированные полиэтиленовые ленты с липким каучуковым подслоем, полиэтиленовые покрытия, наносимые по битумно-мастичному подслою, полиэтиленовые покрытия, наносимые по термоплавкому полимерному подслою и т.д.).
Но, если материал обладает такими высокими защитными и изоляционными свойствами, его преимущества все равно должны быть реализованы. За рубежом заводская полиэтиленовая изоляция труб стала применяться, начиная с 60-х годов. Первоначально полиэтиленовые покрытия наносились на трубы по битумно-мастичному слою, затем фирмами «BASF» и «Mannesmann» (Германия) была разработана и внедрена технология заводской двухслойной полиэтиленовой изоляции труб по жесткому адгезиву – сополимеру полиэтилена и винилацетата (или сополимер полиэтилена и эфира акриловой кислоты). В 70-е годы процесс заводской полиэтиленовой изоляции труб в странах Европы, в Японии стал внедряться на многих трубных заводах, тогда как в нашей стране начинался бум полимерной ленточной изоляции трубопроводов. Потребовалось не так уж много времени для того, чтобы недостатки полимерных ленточных покрытий стали очевидны не только для специалистов, занимающихся проведением их испытаний, но и для организаций, отвечающих за строительство и эксплуатацию трубопроводов.
Переломный момент произошел в 1982 году, когда почти одновременно были введены в эксплуатацию производства по заводской двухслойной полиэтиленовой изоляции труб в г. Альметьевске (диаметры труб 114-426 мм) и в г. Харцызске (диаметры труб 1220-1420 мм). Для заводской изоляции труб было использовано импортное («Demag Meer», «Mannesmann») технологическое оборудование, некоторые узлы которого до сих пор продолжает работать, оправдывая высокую марку немецкого качества. С этого периода времени и следует вести отсчет истории применения заводской изоляции труб на отечественных предприятиях.
Нельзя не отметить и накопленный к тому времени определенный опыт Волжского трубного завода по заводской изоляции труб порошковыми эпоксидными покрытиями. Опыт был не таким продолжительным и не совсем успешным, хотя некоторые специалисты, принимавшие участие во внедрении данной разработки, до сих пор продолжают доказывать преимущества эпоксидных покрытий, сетовать о введении ограничений на их применение (по ГОСТ Р 51164-98 применение эпоксидных покрытий ограничивается диаметрами трубопроводов не выше 820 мм) и говорить о необходимости выполнения всех требований и норм, связанных с технологией строительства, укладки и засыпки трубопроводов. Тем не менее, тонкопленочные (350-400 мкм) эпоксидные покрытия из-за своей низкой ударной прочности и из-за большого количества повреждений, образующихся при транспортировке труб и проведении строительно-монтажных работ, оказались непригодными для специфических условий строительства отечественных трубопроводов. Первые повреждения эпоксидных покрытий отмечались еще до отгрузки изолированных труб с территории завода, а к моменту укладки и засыпки трубопровода таких повреждений накапливалось значительное количество. Поэтому, чтобы сдать построенный участок трубопровода в эксплуатацию (при проверке методом катодной поляризации), иногда приходилось поверх эпоксидного покрытия наносить полимерные липкие ленты. Последний опыт практического использования однослойных эпоксидных покрытий был предпринят в 1998-1999 гг. при строительстве магистрального нефтепровода «КТК», когда на некоторых участках прокладки трубопровода были использованы трубы диаметром 1060 мм Волжского трубного завода с наружным эпоксидным покрытием на основе импортной порошковой краски. Однако опять возникли проблемы, связанные с механическими повреждениями защитного покрытия при перевозке и укладке труб, опять появились проблемы по сдаче в эксплуатацию построенных участков трубопроводов. После этого маятник заводской изоляции окончательно и бесповоротно качнулся в сторону достаточно толстых (не менее 2,5-3,0 мм), надежных и ударопрочных заводских полиэтиленовых покрытий труб.
Все тот же Волжский трубный выступил инициатором нового направления в области заводской изоляции труб. Впервые в нашей стране на этом заводе была смонтирована поточная линия трехслойной полиэтиленовой изоляции труб поставки фирмы «Bredero Price». В конструкции трехслойного полиэтиленового покрытия (эпоксидный праймер толщиной 100-200 мкм, адгезионный подслой толщиной 200-300 мкм и полиэтиленовый слой толщиной от 1,5 мм и выше) порошковая эпоксидная краска, наконец-то, оказалась «сильным звеном». Именно эпоксидный праймер обеспечивает высокую адгезию покрытия к стали, повышенную стойкость к катодному отслаиванию, стойкость к длительному воздействию воды. Именно по этим показателям свойств трехслойные полиэтиленовые покрытия выгодно отличаются от двухслойных полиэтиленовых (адгезионный подслой, полиэтилен) покрытий труб. Основные преимущества заводских полиэтиленовых покрытий труб определяются не только их низкой влаго-кислородопроницаемостью, высокой диэлектрической сплошностью и повышенной ударной прочностью. Полиэтиленовые покрытия после введения в состав полиэтиленовых композиций добавок термо-светостабилизаторов характеризуются повышенной стойкостью к УФ и тепловому старению, обладают высокой грибостойкостью, стойкостью к растрескиванию, к продавливанию. Они могут применяться для условий подземной и подводной прокладки трубопроводов, при температурах строительства и эксплуатации трубопроводов от минус 60 до плюс 80 оС. Все вместе делает данный класс защитных покрытий наиболее оптимальным для строительства трубопроводов в нашей стране. В зависимости от диаметров строящихся трубопроводов, условий их прокладки, температуры строительства и эксплуатации может изменяться общая толщина полиэтиленовых покрытий, осуществляться оптимальный выбор исходных изоляционных материалов.
Требования к заводским полиэтиленовым покрытиям труб, предназначенным для строительства магистральных нефтепроводов, определяются разработанными ОАО ВНИИСТ по заданию ОАО «АК «Транснефть» общими техническими требованиями - ОТТ-04.00-27.22.00-КТН-005-1-03. В соответствии с этими требованиями двухслойные полиэтиленовые покрытия могут применяться только для изоляции труб диаметрами до 820 мм включительно. При этом данный тип покрытия соответствует защитному покрытию усиленного типа нормального исполнения, а температура его применения не должна быть выше плюс 60 С.
Заводские трехслойные полиэтиленовые покрытия относятся к покрытиям усиленного типа и могут применяться без ограничений по диаметрам труб.
В соответствии с ОТТ-04.00-27.22.00-КТН-005-1-03 заводские трехслойные полиэтиленовые покрытия труб, применяемые для строительства магистральных нефтепроводов, подразделяются на 4 типа покрытий:
- тип 1 – покрытие нормального исполнения с температурой применения до плюс 60 оС;
- тип 2 – покрытие нормального исполнения с повышенной теплостойкостью – для противокоррозионной защиты трубопроводов с температурой применения до плюс 80 оС; - тип 3 – покрытие нормального исполнения с повышенной морозостойкостью – для строительства трубопроводов в условиях Восточной Сибири и Крайнего Севера;
- тип 4 - покрытие специального исполнения – для строительства подводных переходов и строительства участков трубопроводов методами «закрытой» бестраншейной прокладки.
С момента внедрения технологии трехслойной полиэтиленовой изоляции труб на отечественных предприятиях прошло менее 10 лет. Но за это время произошли очень большие перемены. В 2000 году вслед за Волжским трубным заводом технологию трехслойной полиэтиленовой изоляции труб освоили: ОАО «Челябинский трубопрокатный завод», ОАО «Выксунский металлургический завод», ГУП «Московский опытно-экспериментальный трубозаготовительный комбинат». Чуть позже к ним присоединились ООО «Копейский завод изоляции труб», ЗАО «НЕГАС», г. Пенза, ООО «Трубопласт», г. Екатеринбург. В последние годы трехслойная полиэтиленовая изоляция труб была внедрена также на ОАО «Ижорский трубный завод», ОАО «Альметьевский трубный завод», в ООО «Усть-Лабинскгазстрой», г. Усть-Лабинск, Краснодарского кр., ОАО «Газпромтрубинвест», г. Волгореченск, Костромской обл., ООО «ТВЭЛ-Теплоросс», г. Санкт-Петербург.
Идет постоянное наращивание мощностей по заводской полиэтиленовой изоляции труб, вводятся в эксплуатацию все новые и новые технологические линии. Причем происходит не только расширение «географии» строительства новых производств по заводской изоляции труб, но и значительное увеличение производительности на действующих предприятиях. Если раньше на крупных трубных заводах находилась в эксплуатации, как правило, только одна поточная линия, работающая практически круглосуточно, то теперь Челябинский и Волжский трубные заводы имеют по две высоко производительные технологические линии, а на ОАО «Выксунский металлургический завод» к концу 2007 года были введены в эксплуатацию уже 5 технологических линий. Стоит также отметить, что процесс наращивания мощностей не идет в ущерб качеству заводской изоляции труб. Напротив, все новые линии изоляции труб по своим техническим характеристикам и технологическим возможностям, как правило, превосходят предыдущие. Практически все технологические линии, введенные в действие в 2005-2007 гг., имеют по две установки дробеметной очистки труб, после первой абразивной очистки производится промывка наружной поверхности труб горячей обессоленной водой, линии снабжены установками для хроматирования поверхности труб. Для нанесения расплавов адгезива и полиэтилена используются самые современные высокопроизводительные экструдеры, укомплектованные плоскощелевыми экструзионными головками и оборудованием, обеспечивающим кратковременную дополнительную подачу расплава полиэтилена в зону продольного сварного шва труб. Некоторые предприятия вводят в эксплуатацию оборудование для контроля толщины защитного покрытия в потоке изолируемых труб, системы для регистрации основных параметров технологического процесса изоляции труб, включая систему компьютерного слежения и регистрации данных по каждой трубе.
Одновременно заводы совместно с институтами ВНИИСТ и ВНИИГаз проводят постоянные поисковые работы по выбору и аттестационным испытаниям новых изоляционных материалов, новых систем трехслойных и двухслойных покрытий труб. Наиболее активно такие работы проводятся в ОАО «Выксунский металлургический завод», ОАО «Челябинский трубопрокатный завод». Данные предприятия имеют по нескольку аттестованных систем покрытий, поэтому, в зависимости от поступающих заказов, от способов прокладки, температурных условий строительства и эксплуатации трубопроводов, они могут оперативно решать вопросы по закупке и оптимальному применению тех или иных изоляционных материалов и систем покрытий.
В настоящее время для заводской трехслойной полиэтиленовой изоляции труб используются преимущественно импортные высоко качественные изоляционные материалы (порошковые эпоксидные краски поставки фирм «3М», «BS Coating», «Akzo Nobel», композиции адгезива и полиэтилена поставки фирм «Borealis AS», «MPB S.R.L Polieco», «DU PONT», «Total Petrochemicals» и др.). Но за последние годы были подобраны и аттестованы для применения в системах трехслойных полиэтиленовых труб следующие отечественные изоляционные материалы:
- порошковые эпоксидные краски «Грунтовка П ЭП-0305 М» производства ООО «НПК ПК «Пигмент», г. Санкт-Петербург и «П ЭП-0130» производства ООО «Ярославский завод порошковых красок»;
- композиция адгезива «АТИ-06» производства ЗАО «Терма», г. Санкт-Петербург;
- композиция полиэтилена высокой плотности «F3802 В» производства ООО «Ставролен», г. Буденновск, Ставропольского кр.;
- композиции полиэтилена низкой плотности «153-10 К» НПК «Полимер-Компаунд», г. Томск, «Дитален-01 ТС», п. Селятино, Московской обл.
Одним из привлекательных направлений в области заводской изоляции труб является разработка и внедрение систем трехслойных полиэтиленовых покрытий на основе жидкого эпоксидного праймера. В принципе технология заводской полиэтиленовой изоляции труб с использованием жидких двухкомпонентных эпоксидных праймеров, известна уже достаточно давно. На крупных трубных заводах Японии («Nippon Still», «Sumitomo», «JFE») именно по этой технологии производится заводская изоляция труб вот уже около 30 лет. В 2007 году ВНИИСТом были проведены комплексные испытания трехслойного полиэтиленового покрытия труб вышеназванных заводов на соответствие требованиям ОАО «АК «Транснефть». Во всех случаях были получены положительные результаты испытаний покрытия по самым жестким техническим требованиям, в результате чего трехслойное покрытие труб, полученное с использованием двухкомпонентного жидкого эпоксидного праймера, было аттестовано для применения при строительстве магистрального нефтепровода «Восточная Сибирь-Тихий океан».
Еще больший интерес представляет использование в системах трехслойных полиэтиленовых покрытий труб жидких однокомпонентных эпоксидных праймеров, так как это значительно упрощает процедуру праймирования труб. На ряде отечественных предприятий за последние 2-3 года был освоен технологический процесс трехслойной полиэтиленовой изоляции труб с применением вместо порошковой эпоксидной краски жидкого однокомпонентного эпоксидного праймера «COPON L. 4098» фирмы «E.Wood». Технология нанесения такого трехслойного покрытия была внедрена на заводе «ЮКОРТ», г. Нефтеюганск, в ООО «Завод изоляции труб», г. Тимошевск, Краснодарского кр., ООО «Линия», г. Тихорецк, Краснодарского кр., ЗАО «Изопайп», г. Рязань, в ООО «Укртрубоизол», г. Днепропетровск, Республика Украина.
Специалистами ЗАО «Анкорт» разработано и внедрено специальное комплектное оборудование для предварительного нагрева эпоксидного праймера до требуемой температуры и равномерного нанесения на трубы с заданным расходом ( 40-60 мкм).
Разработан отечественный вариант однокомпонентного эпоксидного праймера (праймер марки «ТРЕПП»), опробованный в системе трехслойного полиэтиленового покрытия труб на заводе ООО «Юкорт». В ближайшее время планируется проведение испытаний покрытия, полученного на основе этого праймера, на соответствие предъявляемым техническим требованиям.
В связи с широким применением при строительстве магистральных трубопроводов стальных труб с заводскими покрытиями появилась острая необходимость и в создании производств по заводской изоляции элементов трубопроводов – гнутых отводов, соединительных деталей, запорной арматуры. В качестве заводских покрытий фасонных соединительных деталей и задвижек магистральных трубопроводов наибольшую популярность получили полиуретановые, модифицированные полиуретановые и эпоксидно-полиуретановые защитные покрытия. Данные типы защитных покрытий, наносимые на очищенную поверхность изолируемых изделий методом «горячего» безвоздушного распыления двухкомпонентных (основа + отвердитель) изоляционных материалов, по толщине, по температурному диапазону применения, по комплексу защитных и эксплуатационных свойств, вполне сопоставимы с заводскими полимерными покрытиями труб.
Впервые в системе ОАО «АК «Транснефть» полиуретановые защитные покрытия стали применяться в 2001-2002 гг. при строительстве магистрального нефтепровода «Балтийская трубопроводная система», когда для изоляции гнутых отводов в трассовых условиях были использованы: полиуретановое покрытие «Сopon Hycote 165» (Великобритания) и эпоксидно-полиуретановое покрытие «UP 1000 | Frucs 1000 A» (Япония). Данные типы защитных покрытий, равно как и другие покрытия на основе термореактивных жидких материалов, способны отверждаться лишь при температурах выше плюс 5-10°С. Это в значительной степени ограничивает возможность изоляции фасонных деталей в зимнее время. Кроме того, для нанесения полиуретановых покрытий требуется очень качественная подготовка поверхности изделий, абразивная очистка до шероховатости поверхности порядка 80-100 мкм. Этого крайне сложно добиться при выполнении работ в трассовых условиях. Как и в случае наружной изоляции труб, наиболее целесообразно производить очистку и изоляцию элементов трубопроводов в стационарных заводских условиях.
Впервые технология заводской изоляции фасонных соединительных деталей трубопроводов полиуретановым покрытием типа «Сopon Hycote 165» была внедрена на ОАО «Трубодеталь», г. Челябинск. За последние 3-4 года технология нанесения на задвижки и фасонные детали трубопроводов полиуретановых и эпоксидно-полиуретановых покрытий была освоена на целом ряде предприятий. По существу, в данном направлении наблюдается такой же бум, как и в области заводской изоляции труб. Заводская изоляция фасонных соединительных деталей и гнутых отводов, используемых при строительстве магистральных трубопроводов, производится в настоящее время на ОАО «Трубодеталь», г. Челябинск, ЗАО «Трубостан, г. Челябинск, ЗАО «Соединительные отводы трубопроводов», г. Челябинск, ООО «Нефтегаздеталь», г. Пермь, ООО «Юкорт», г. Нефтеюганск, ОАО «Лискимонтажконструкция», г. Лиски, Воронежская обл., ОАО «Газстройдеталь», г. Тула. Заводская изоляция задвижек трубопроводов осуществляется на предприятиях: ОАО «Тяжпромарматура, г. Алексин, ОАО «Пензтяжпромарматура», г. Пенза, АО «Усть-Каменогорский арматурный завод», ООО «Кургангаздеталь».
Как и в случае заводской полиэтиленовой изоляции труб, для изоляции фасонных деталей и задвижек трубопроводов должны использоваться материалы и покрытия, прошедшие испытания на соответствие техническим требованиям и допущенные к применению. Требования к защитным антикоррозионным покрытиям фитингов и задвижек, используемым для строительства магистральных нефтепроводов, определяются общими техническими требованиями ОАО «АК «Транснефть» - ОТТ-04.00-27.22.00-КТН-006-1-03. Данным документом устанавливаются требования, предъявляемые к защитным покрытиям фитингов и задвижек трубопроводов, как для условий заводского нанесения, так и для условий трассовой изоляции.
В связи с тем, что данные требования разрабатывались в то время, когда заводская изоляция фитингов еще не была внедрена ни на одном отечественном предприятии, когда не было еще накоплено достаточных данных испытаний и опыта применения полиуретановых защитных покрытий, выше упомянутые технические требования требуют серьезной корректировки или полной переработки. В 2008 г. предполагается разработка второй редакции технических требований, внесение в них дополнений и изменений, с учетом замечаний заводов-изготовителей, с учетом гармонизации с аналогичными зарубежными нормами и стандартами.
Как никогда актуальна сейчас и тематика, связанная с поиском и выбором изоляционных материалов, предназначенных для изоляции фитингов и задвижек трубопроводов. За прошедшее время, помимо выше упомянутых покрытий («Сopon Hycote 165», «UP 1000 | Frucs 1000 A») прошли аттестационные испытания и были рекомендованы к практическому применению еще несколько типов защитных покрытий: «Protegol UR-Coating 32-55», «Protegol UR-Coating 32-60» (Германия), «Биурс», «Карбофлекс», «Галоплен», «Изокор-140» (Россия) и др. В последнее время для проведения испытаний и последующего применения предлагаются все новые и новые защитные покрытия на основе полиуретанов, полимочевины, форполимеров, полученные на основе отечественных и импортных термореактивных изоляционных материалов. Задача институтов, заказчиков и потребителей сделать правильный выбор в пользу наиболее технологичных и высоко эффективных материалов и покрытий.
В тоже время качество защитных покрытий зависит не только от используемых изоляционных материалов, оно во многом определяется качеством подготовки поверхности изолируемых изделий, технологическим оборудованием, применяемым для их нанесения, квалификацией изолировщиков. В этой связи представляются интересными предложения целого ряда компаний (ЗАО «Протекор», ЗАО «Нефтегаз-изоляция», ООО «НГ «Ремсервис»), предлагающих не только осуществлять поставку аттестованных изоляционных материалов, но и на базе своего технологического оборудования, с использованием своих специалистов производить работы по очистке и наружной изоляции фасонных изделий. В этом случае за качество защитных покрытий деталей трубопроводов будет нести ответственность только один производитель, только одно юридическое лицо.
В целом следует отметить, что за счет широкого применения при строительстве трубопроводов труб и фасонных соединительных деталей с наружными заводскими покрытиями, общий уровень противокоррозионной защиты магистральных трубопроводов за последнее время заметно повысился. Внедрение новых разработок, новых материалов и технологий нанесения заводских покрытий будет способствовать дальнейшему повышению надежности трубопроводных систем.
