Изоляционные материалы

Практическое занятие 5

ИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ НАРУЖНОЙ КОРРОЗИИ

Цель работы: Ознакомление с новыми методами антикоррозионных

мероприятий и защитных покрытий.

Способы защиты трубопроводов от наружной коррозии

Промысловые подземные трубопроводы эксплуатируются в среде, представляющей собой почвенный электролит, который весьма активно способствует коррозионному разрушению незащищенного металла.

Классификация способов защиты трубопроводов от коррозии:

Первый способ - пассивная защита (защитные покрытия, прокладка в каналах и коллекторах).

Второй способ защиты — введение в металл компонентов, повышающих его коррозионную стойкость в данных условиях, или удаление вредных примесей, ускоряющих коррозию.

Третий способ защиты предусматривает снижение агрессивности окружающей среды (деаэрация электролита почвы, нейтрализация грунта кислотами или щелочами, уменьшение опасности биокоррозии путем обработки ядохимикатами, замена грунта на менее коррозионноагрессивный).

Четвертый способ — активная защита или электрохимическая защита (ЭХЗ) трубопроводов (катодная защита, протекторная защита, электродренажная защита).

Классификация применяемых защитных покрытий трубопроводов:

В зависимости от диаметра и конкретных условий прокладки и эксплуатации трубопроводов применяются два типа защитных покрытий:

усиленный и нормальный.

Усиленный тип защитных покрытий применяется на участках трубопроводов I и II категорий всех диаметров, а также на трубопроводах любого диаметра, прокладываемых в зонах повышенной коррозионной опасности: нефтепроводах, прокладываемых на расстоянии менее 1000 м от рек, озер, водохранилищ, а также от границ населенных пунктов и промышленных предприятий; на территориях компрессорных станций, газовых распределительных станций, насосных станций, и т.д.

Во всех остальных случаях применяются защитные покрытия нормального типа.

Тепловая изоляция трубопроводов предусматривается в случае необходимости: обеспечения заданной температуры продукта в соответствии с нормами технологического проектирования при транспортировке его в зимних условиях (высокопарафинистая нефть, обводненная нефть, конденсат, вода); исключения пучения и осадки трубопровода.

Защитные покрытия трубопроводов должны обладать следующими свойствами: водонепроницаемостью; хорошей адгезией (прилипаемость) покрытия к металлу; сплошностью, обеспечивающей надежность покрытия; химической стойкостью, обеспечивающей длительную работу покрытия в условиях агрессивных сред; электрохимической нейтральностью и т. д.

Всем этим требованиям не отвечает ни один материал, так как при обеспечении высокого качества покрытий несоизмеримо возрастает стоимость.

Поэтому выбор изоляционного покрытия определяется конкретными условиями строительства и эксплуатации трубопроводов, наличием сырьевой базы, технологичностью процесса нанесения покрытия.

Изоляционные материалы

Для изоляции магистральных трубопроводов применяют специальные изоляционные твердые нефтяные битумы. Их получают окислением или обработкой паром остаточных продуктов после прямой перегонки или после крекинга нефти или нефтепродуктов.

Битум нефтяной изоляционный имеет марки: БНИ-IV, БНИ-IV-3 и БНИ-V. Битум нефтяной строительный применяют марок БН-90/10 и БН-70/30 в случае отсутствия изоляционных битумов. Плотность нефтяных битумов составляет 1,01-1,07 г/см 3 .

Битум представляет собой твердую, плавкую или вязкожидкую смесь углеводородов и их неметаллических производных, хорошо растворимых в сероуглероде, хлороформе и других органических растворителях.

Компонентами группового состава (в %) битума служат: вязкие минеральные масла 28—52, смолы 18—30, асфальтены, карбены, карбоиды 18-52, асфальтогеновые кислоты и их ангидриды - свыше 1,25. При увеличении содержания асфальтенов карбенов и карбоидов битум становится тверже, глубина проникновения (пенетрация) иглы его понижается, а температура размягчения увеличивается. Увеличение количества смол и масел в битуме повышает его пластичность (растяжимость), уменьшает твердость – повышает пенетрацию.

В состав битума входят также парафин, сера и минеральные остатки. При содержании в битуме серы более 2 % увеличивается его хрупкость. Если в битуме имеется более 4 % парафина, то уменьшается сила сцепления его с защищаемым металлом и одновременно повышается его хрупкость при отрицательной температуре. Битум должен быть не водонасыщаемым, так как водонасыщаемость влияет на срок службы покрытия трубопровода в грунтовых условиях. Водонасыщаемость, а также наличие вредных примесей парафина и серы зависят от месторождения нефти и соответственно от нефтеперерабатывающего завода — поставщика битума. Содержание в битуме для изоляции трубопроводов серы более 2 %, а парафина более 4 % не допускается.

Большое влияние на свойства изоляционного покрытия подземного трубопровода оказывает присутствие в битуме водорастворимых соединений, которые могут вымываться грунтовыми водами, нарушая сплошность покрытия. Присутствие их в битуме не допускается, а содержание водорастворимых кислот и щелочей должно быть не более 0,2 — 0,3 %.

На основе нефтяного битума для изоляции газонефтепроводов изготовляют мастики, грунтовки, рулонные обертки.

В настоящее время в нашей стране трубопроводы в основном изолируются: полимерными ленточными покрытиями; битумными, битум-полимерными, асфальто-смолистыми мастиками с применением полимерных ленточных материалов; полимерными покрытиями заводского нанесения. Из этих материалов наилучшими эксплуатационными свойствами на сегодняшний день обладают полимерные изоляционные покрытия заводского нанесения толщиной 3,5-5 мм с изоляцией зоны сварных стыков термоусаживающимися лентами и манжетами. Наиболее перспективными по своим свойствам являются полимерцементные, полиуретановые, полипропиленовые, фосфатно-керамические покрытия. Их широкое применение возможно при значительном понижении стоимости.

Контрольные вопросы:

1. Какие виды материалов применяют для изоляции газонефтепроводов?

Ответ: В настоящее время в нашей стране трубопроводы в основном изолируются: полимерными ленточными покрытиями; битумными, битум-полимерными, асфальто-смолистыми мастиками с применением полимерных ленточных материалов; полимерными покрытиями заводского нанесения. Из этих материалов наилучшими эксплуатационными свойствами на сегодняшний день обладают полимерные изоляционные покрытия заводского нанесения толщиной 3,5-5 мм с изоляцией зоны сварных стыков термоусаживающимися лентами и манжетами. Наиболее перспективными по своим свойствам являются полимерцементные, полиуретановые, полипропиленовые, фосфатно-керамические покрытия. Их широкое применение возможно при значительном понижении стоимости.

 

 

2. Какие основные требования предъявляют к изоляционным материалам?

Ответ: Согласно ГОСТ Р51164-98 к изоляционным покрытиям предъявляются требования по 21-му показателю. Например: проч­ность, относительное удлинение, температура хрупкости, проч­ность при ударе, адгезия, грибостойкость, переходное сопротивле­ние, диэлектрическая сплошность, пенетрация, водопоглощение и т. д.

 

Всем этим требованиям не отвечает ни один материал, так как при обеспечении высокого качества покрытий несоизмеримо возрастает стоимость.

Поэтому выбор изоляционного покрытия определяется конкретными условиями строительства и эксплуатации трубопроводов, наличием сырьевой базы, технологичностью процесса нанесения покрытия.

 

3. Какие виды  материалов на основе битума применяют для газонефтепроводов, их характеристики?

Ответ: На основе нефтяного битума для изоляции газонефтепроводов изготовляют мастики, грунтовки, рулонные обертки.

 

3. Какие типы битумных покрытий применяют для газонефтепроводов?

Ответ: Битум нефтяной изоляционный имеет марки: БНИ-IV, БНИ-IV-3 и БНИ-V. Битум нефтяной строительный применяют марок БН-90/10 и БН-70/30 в случае отсутствия изоляционных битумов.

4.  Опишите состав битума.

Ответ: Компонентами группового состава (в %) битума служат: вязкие минеральные масла 28—52, смолы 18—30, асфальтены, карбены, карбоиды 18-52, асфальтогеновые кислоты и их ангидриды - свыше 1,25.

5. Опишите классификацию способов защиты трубопроводов от коррозии.

Ответ: Первый способ - пассивная защита (защитные покрытия, прокладка в каналах и коллекторах).

Второй способ защиты — введение в металл компонентов, повышающих его коррозионную стойкость в данных условиях, или удаление вредных примесей, ускоряющих коррозию.

Третий способ защиты предусматривает снижение агрессивности окружающей среды (деаэрация электролита почвы, нейтрализация грунта кислотами или щелочами, уменьшение опасности биокоррозии путем обработки ядохимикатами, замена грунта на менее коррозионноагрессивный).

Четвертый способ — активная защита или электрохимическая защита (ЭХЗ) трубопроводов (катодная защита, протекторная защита, электродренажная защита).

 

6. Опишите усиленный тип защитных покрытий.

Ответ: Усиленный тип защитных покрытий применяется на участках трубопроводов I и II категорий всех диаметров, а также на трубопроводах любого диаметра, прокладываемых в зонах повышенной коррозионной опасности: нефтепроводах, прокладываемых на расстоянии менее 1000 м от рек, озер, водохранилищ, а также от границ населенных пунктов и промышленных предприятий; на территориях компрессорных станций, газовых распределительных станций, насосных станций, и т.д.

 

7. Когда применяют лакокрасочные покрытия? Особенность их нанесения?

Ответ: Трубопроводы при надземной прокладке необходимо защи­щать от атмосферной коррозии лакокрасочными металлическими покрытиями или покрытиями из консистентных смазок. Лакокра­сочные покрытия имеют общую толщину не менее 0,2 мм и сплош­ность не менее 1 кВ на толщину. Контроль лакокра­сочных покрытий производят: по толщине – толщиномером типа МТ-41НЦ или МТ-ЗЗН, а по сплошности – искровым дефек­тоскопом типа ЛКД-1 или «Крона-1Р».

 

8. Перечислите свойства защитных покрытий трубопроводов.

Ответ: Защитные покрытия должны обладать свойствами:  1) водонепроницаемостью, исключающей возможность насы­щения пор покрытия почвенной влагой и тем самым препятствую­щей контакту электролита с поверхностью защищаемого металла;

2) хорошей адгезией (прилипаемость) покрытия к металлу, что предотвращает отслаивание изоляции при небольшом местном разрушении, а также исключает проникновение электролита под покрытие;

3) сплошностью, обеспечивающей надежность покрытия, так как даже мельчайшая пористость в покрытии приводит к созданию электролитических ячеек и к протеканию коррозионных процессов;

4) химической стойкостью, обеспечивающей длительную рабо­ту покрытия в условиях агрессивных сред;

5) электрохимической нейтральностью: отдельные составляю­щие покрытия не должны участвовать в катодном процессе, в про­тивном случае это может привести к разрушению изоляции при электрохимической защите металлического сооружения;

6) механической прочностью, достаточной для проведения изо­ляционно-укладочных работ при сооружении металлического объекта и выдерживающей эксплуатационные нагрузки;

7) термостойкостью, определяемой необходимой температурой размягчения, что важно при изоляции «горячих» объектов, и необходимой температурой наступления хрупкости, что имеет большое значение при проведении изоляционных работ в зимнее время;

8) диэлектрическими свойствами, определяющими сопротив­ление прохождению тока, предотвращающими возникновение коррозионных элементов между металлом и электролитом и обус­ловливающими экономический эффект от применения электрохи­мической защиты;

9) отсутствием коррозионного и химического воздействия на защищаемый объект;

10) возможностью механизации процесса нанесения изоляци­онного покрытия как в базовых, так и в полевых условиях;

11) недефицитностью (широкое применение находят только те материалы, которые имеются в достаточном количестве);

12) экономичностью (стоимость изоляционного покрытия должна быть во много раз меньше стоимости защищаемого объекта).