книги / Материалы для сооружения газонефтепроводов и хранилищ

Т а б л и ц а 44. Состав битумно-резиновых мастик, % по массе

ния на защищаемые поверхности труб при определенных температурах воздуха.

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

Битумно-полимерные мастики

Улучшения физико-механических свойств битума можно достичь при вве­ дении в него полимеров, а также отходов и полупродуктов различных по­ лимеров. Свойства битумно-полимерных мастик в значительной степени зависят также от эффекта контактирования составляющих компонен­ тов и марки применяемого битума. Более активное взаимодействие би­ тума с полимерами происходит при высокой дисперсности сырья (по сравнению с простым смешиванием битума с полимерами) и нагреве до определенной температуры. При высокой температуре смешения и

281

большой степени дисперсности среды составляющие битума и полимеров легче объединяются, в результате чего происходит улучшение свойств битумно-полимерных мастик.

Освоено промышленное производство новой битумно-полимерной ма­ стики типа ’’Изобитэп” Битум марки БНИ-IV подают при температуре 220 °С по трубопроводам с нефтеперерабатывающего завода в емкости для хранения, из которых половина расчетного для мастики количества битума поступает в варочный котел-смеситель. Он представляет, собой ап­ парат с рубашкой и двумя перемешивающими устройствами (шнековая

и рамная мешалка). Полимерное вещество —термоэластопласт, приготов­ ленный в виде крошки размером 10—15 мм, засыпают в определенном количестве в смеситель при перемешивании битума непосредственно пос­ ле его загрузки. Через 2 ч варки при температуре 180 °С в смеситель до­ бавляют остальное необходимое количество битума. Перемешивание про­ должается еще 2 ч до получения гомогенной системы. Затем мастику сли­ вают и упаковывают в крафт-мешки.

Разработаны составы мастик ”Изобитэп-Н” из битума марки БНИ-IV с добавкой термоэластопласта и ”Изобитэп-30” из битума марки БНД-60/ 90 с добавкой термоэластопласта.

Битумная грунтовка (праймер)

Для улучшения прилипаемости изоляционной мастики к металлу сна­ чала на трубопровод наносят битумную грунтовку (праймер), которая представляет собой раствор битума в бензине. Она заполняет неровности металла на поверхности труб и способствует лучшему прилипанию нано­ симой затем изоляционной мастики. Для приготовления зимней грунтов­ ки применяют битум нефтяной изоляционный марки БНИ-IV или строи­ тельный битум марки БН-70/30; для летней грунтовки — БНИ-V или БН-90/10. Для летней и зимней грунтовок используют авиационный неэтилированный бензин при соотношении битума и бензина по массе 1 2 или по объему 1 :3. Для летней грунтовки применяют также авто­ мобильный бензин А-72. Слой грунтовки должен быть равномерным без пузырей и подтеков. Расход грунтовки —ОД кг/м 2

Более высокими свойствами обладает полимерно-битумная грунтов­ ка типа ГТ-754ИН с ингибитором.

Усиливающие обертки

В качестве усиливающих оберток в битумном изоляционном покрытии газонефтепроводов широко используют стеклохолст, который обладает высокой прочностью и невысокой стоимостью.

Стеклохолст — нетканый стекловолокнистый рулонный материал, например марок ВВ-Г и ВВ-К, состоящий из хаотически расположенных

2 8 2

штапельных стеклянных волокон, скрепленных синтетическим связую­ щим. В качестве связующего используют поливинилацетатную эмульсию, мочевиноформальдегидную или карбамидную смолу, каучуковые латек­ сы, а также композиции из них и других веществ. Стеклохолст обладает хорошими диэлектрическими и механическими свойствами, малой гигро­ скопичностью и высокой химической стойкостью. Он предназначен для по­ вышения механической прочности, морозостойкости и защитной эффек­ тивности битумного покрытия. Стеклохолст марки ВВ-Г изготавливают шириной 400 мм, длиной в рулоне 150—200 мм, а стеклохолст марки ВВ-К —шириной 960 мм, длиной в рулоне не менее 170 м. Усилие разрыва продольной полоски шириной 50 мм из стеклохолста марки ВВ-К состав­ ляет не менее 100Н, а из стеклохолста марки ВВ-Г - не менее 80 Н. При­ меняют в качестве усиливающих оберток при температурах воздуха от 30 до —30 °С. Битумная изоляция, армированная рулонным стекловолок­ нистым материалом, устойчива против бактериальной коррозии и имеет большой срок службы.

Защитные обертки

Для битумных изоляционных покрытий в качестве защитных оберток рекомендуется применять бикарул. Защитные обертки предохраняют изоляционные покрытия от повреждения при укладке и засыпке грун­ том трубопроводов.

Бикарул изготавливают толщиной 1 мм, шириной 450 и 500 мм, длиной ленты в рулоне 120 м. Прочность на разрыв бикарула составляет не менее 6 МПа, относительное удлинение не менее 30 %, водопоглощение за 24 ч не более 0,3 %, теплостойкость до 35 °С, морозостойкость не выше —20 °С, температура нанесения и эксплуатации —от —20 до 50 °С.

Типы битумных покрытий

Тип битумного покрытия зависит от удельного электрического сопротив­ ления грунта, а послойный состав —от характера осложненное™ условий прокладки газонефтепроводов. Применяют нормальный и усиленный ти­ пы изоляционного битумного покрытия, выполненные в основном в трас­ совых условиях (табл. 46). Для городских трубопроводов используют изоляцию усиленного типа общей толщиной 7,5 и 9 мм для труб диамет­ ром соответственно менее 150 мм и свыше 150 мм (мастику наносят в три слоя с промежуточной оберткой стекло холстом).

Магистральные трубопроводы защищают на трассе битумными по­ крытиями механизированным способом специальными машинами. По­ крытия рекомендуют применять для трубопроводов диаметром менее 820 мм при температуре воздуха в период строительства не более 25 °С.

2 8 3

Т а б л и ц а 46. Типы и послойный состав битумных изоляционных покрытий

В отдельных случаях допускается их применение для трубопроводов диаметром 1020 мм. Для нефтепроводов диаметром не более 1020 мм используют также изоляционное покрытие усиленного типа ’’Пластобит2М”. Его наносят в трассовых условиях. Оно состоит из грунтовки, изоля­ ционной мастики на основе пластифицированного битума (3 мм), усили­ вающей обертки в виде поливинилхлоридной ленты без слоя клея (0,35 мм) и защитной обертки (0,5 м м).

Цинковые и алюминиевые покрытия

Для повышения качества и долговечности защитных покрытий надзем­ ных участков и воздушных переходов магистральных и промысловых трубопроводов от атмосферной коррозии ВНИИСТом разработан газо­

284

термический метод нанесения цинковых и алюминиевых покрытий на трубы в базовых условиях, а на сварные стыки и дефектные места —в трассовых условиях толщиной не менее 0,25 мм.

Способ газотермического нанесения покрытия представляет собой процесс металлизации распылением, заключающийся в нагреве металла для покрытия до жидкого или пластичного состояния и распыления его на защищаемую поверхность с помощью газовой струи (сжатый воз­ дух). Расплавление и распыление металла для покрытия трубопровода проводят газоэлектрическими или газопламенными аппаратами.

Процесс нанесения газотермйческим методом цинковых и алюминие­ вых покрытий на трубы включает в себя следующие операции: тщатель­ ную очистку наружной поверхности труб от ржавчины, окалины, жира и других загрязнений; газотермическую металлизацию очищенной поверх­ ности труб цинком или алюминием до получения покрытия заданной толщины; контроль качества покрытия.

Защитные смазки

Для надземных трубопроводов допускается применение покрытий из консистентной (жировой) смазки преимущественно в северных районах страны с температурой воздуха не ниже —60 °С. Температура эксплуата­ ции этих участков должна быть не выше 40 °С. Известна консистентная смазка ’’ВНИИСТ-2”, состоящая из осевого масла марки 3 (пластифика­ тор) 60 %, петролатума (ингибитор коррозии) 20 %, защитной ингибитор­ ной смазки НГ-204У (или НГ-203 марки А) 20 %.

Перед употреблением смазку тщательно перемешивают при тем­ пературе 50—80 °С с алюминиевой пудрой ПАК-3, добавляемой в количе­ стве до 20 % от массы смазки. Консистентную смазку применяют при температуре не выше 40 °С. Толщина покрытия поверхности трубы жи­ ровой смазкой должна быть в пределах 0,2—0,5 мм.

32. ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Лакокрасочные материалы — поверхностные пленкообразующие покры­ тия, так как при нанесении их на какую-нибудь поверхность они способны высыхать с образованием твердой эластичной пленки. Их широко приме­ няют для защиты от коррозии наружной и внутренней поверхности газонефтепроводов, резервуаров, различных подземных, надземных и подвод­ ных строительных конструкций и т.д.

Процесс полимерного пленкообразования на поверхности труб заклю­ чается в переходе растворов или расплавленных пленкообразователей в аморфное твердое (стеклообразное) состояние. Пленкообразующее по­ крытие —сравнительно тонкий защитный слой.

2 8 5

В состав лакокрасочных материалов входят пленкообразующее ве­ щество, наполнитель, пигмент, растворитель. В качестве пленкообразую­ щих веществ применяют: высыхающие масла (главным образом расти­ тельные) ; группу олиф, представляющих собой предварительно обрабо­ танные масла; синтетические и натуральные каучуки; синтетические искусственные и природные смолы; некоторые продукты переработки нефти, которые характеризуются высокой полимеризационной способ­ ностью при обчных условиях (при небольшем повышении температуры) и т. д. Другую группу пленкообразующих веществ состваляют лаки, представляющие собой растворы природных высокомолекулярных и синтетических полимерных веществ в том или ином легколетучем раство­ рителе.

Полимерные пленкообразователи могут быть превращаемыми, непревращаемыми и смешанными. Превращаемыми пленкообразоыателями считаются такие, при которых образование пленки происходит в процессе реакций полимеризащии, поликонденсации или обеих реакций непосред­ ственно в нанесенном слое покрытия. Непревращаемыми пленкообразователями считаются такие при которых пленкообразователь наносят в виде раствора не защищаемую поверхность и он образует пленку впроцессе коагулящии или испарения растворитель. Смешанными называются пленкообразователи, действующие частично по принципу превращаемы

инепревращаемых.

Вкачестве полимерных пленкообразователей используют феноль-

ноформальдегидные, мочевино- и меламиноформальдегидные смолы, полистирол, прерхлорвинил. эфиры целлюлозы и другие полимерные ма­ териалы.

Защитные покрытия выполняют многослойными, так как покров­ ный материал не может давать беспористого слоя по условиям полимер­ ного пленкообразования. Процессы испарения растворителя (для не­ превращаемых пленкообразователей) или удаления летучих (для превра­ щаемых пленкообразователей) протекают после образования в перывй момент внещней гелеобразной полимерной корочки (пленки). При этом молекулы растворителя или паров вынуждены проходить сквозь пленку, образую мелкие поры, или оставаться под пленкой, снижая адгезию плен­ ки к покрываемой поверхности трубы.

Лакокрасочные материалы для наружной поверхности труб

Лакокрасочные материалы подразделяют на крунтовки и покровные эмали и лаки. Наносят их на поверхность трубопровода разбрызгиванием при помощи пневматических краскораспылителей КРУ-1,0-45 под давле­ нием 0,2-0,3 МПа. Необходимую вязкость лакокрасочным материалом придают, добавляя к ним соответствующие растворители. Растворитель уменьшает вязкость смол и увеличивает их смачивающую способность.

286

Для надземных трубопроводов применяют грунтовки вязкостью 20-22 с повискозиметру ВЗ-4 марок ФЛ-03 и ФЛ-013 на основе фенолоформальдегидной смолы, растворитель — сольвент каменноугольный; ХС-010 на основе сополимера хлорвинила и винилденхлорида (спола СХВ-40), растворитель Р-4; ВЛ-08 на основе поливинилбутиралевой смо­ лы, растворитель ОВЛ-08 (фосфатирующие грунтовки и др. Окрашивают надземные труботпрводы покровными эмалями и лаками вязкостью 17—19 по визкозиметру ВЗ-4, изготовленными на основе перхлорвиниловой смолы (эмали ХВ-125 и ХВ-124, 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 ме­ таллу и устойчивы в неорганических кислотах и щелочах, обладают хо­ рошей 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 долговеч­ ного покрытия поверхность стальных труб тщательно очищают от окали­ ны, ржавчины, масляных и других загрязнений, обезжиривают бензином и просушивают. В полустационарных условиях трубы очищают дробест­ руйным аппаратом или химическим способом в 10—20 %-ной соляной кис­ лоте с последующей нейтрализацией щелочными растворами, промывкой водой и просушкой. После очистки наносят распылением грунтовку и покровные эмали с промежуточной сушкой каждого слоя.

Лакокрасочные материалы для внутренней поверхности труб

Защитный слой на внутренней поверхности труб повышает гладкость их стенок, уменьшая шероховатость и гидравлическое сопротивление, обеспечивает большую производительность транспортирования продуктов на 8—10 % и предохраняет металл труб от коррозионного воздействия рабочих сред. Технологический процесс нанесения покрытий включа­ ет множество операций по подготовке поверхности трубы, грунтовке, нанесению нескольких слоев (не менее пяти-шести) покрытия 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 % (на су­

2 8 7

хое вещество) и растворителем; лакокрасочные грунтовки и эмали на основе синтетических смол (перхлорвиниповой, эпоксидной, поливинилбутиралевой и т.д.). Наиболее широко известны лакокрасочные покры­ тия на основе эпоксидных смол ЭД-16 и ЭД-20, эпоксидных лаков Э-4100, Э-4001, эпоксидных шпатлевок ЭП-00-10 и других, которые обладают очень высокой адгезией к металлу, термо- и химической стойкостью и другими ценными свойствами.

В композиционный состав лакокрасочного покрытия входят отвер-

дитель, пластификатор, наполнитель и оастворитель. Перед нанесением покрытия на 100 % эпоксидных веществ вводят отвердитель (гексомети-

лендиамин, полиэтиленполиамиц и др.) в количестве: в смесь шпатлевки ЭП-00-10 с лаком Э-4001 —7 %, в лак Э-4001 —7 %, в эмаль ОЭП-4171 — 3,5 % и в лак Э-4100 —3 %. В качестве наполнителя добавляют, например, 0,5 частей (по массе) окиси хрома на 100 частей эпоксидных веществ. Растворитель (Р-40, Р-5, Р-4 и др.) вводят в количестве до 20—60 частей, пластификатор (трикрезилфосфат) —до 10 частей.

Общий слой эпоксидного покрытия имеет толщину 325-450 мкм. Состоит он из четырех последовательно наносимых слоев. После нанесе­ ния очередного слоя трубу поворачивают на 90° Покрытие полностью твердеет при воздушной сушке в течение нескольких суток, а при нагре­ ве до 120-130 °С —за 2—3 ч.

В СКВ ’’Газстроймашина” разработана базовая установка для внутренней изоляции труб бакелитовым лаком, во ВНИИСПТнефти - методика нанесения эпоксидных лакокрасочных покрытий в трассовых условиях с помощью очистных пробок и покровных поршней, перемеща­ емых механическим или пневматическим способом (рис. 95).

На строительстве трубопроводов объединения ’’Татнефтестрой” внутреннюю поверхность труб покрывали на стеллажах с применением разработанной ими каретки на роликах с переоборудованным пистолетомраспылителем (форсункой). Под действием реактивной силы пистолетараспылителя и за счет выборки из трубы шлангов каретка перемещает­ ся от одного конца плети труб длиной 60 м до другого, нанося лакокра­ сочное покрытие на внутреннюю поверхность. Перед нанесением покры­ тия внутреннюю поверхность труб очищают от грязи и загрязняющих предметов при помощи пробки с ершом, протаскиваемых через плеть. За­ тем плеть трубопровода моют раствором, состоящим, например, из ортофосфорной кислоты —50-г/л, соляной кислоты —50 г/л, поверхностно-

ройство

288

активных веществ ОП-7 или ОП-Ю —3 г/л, карбоксилметилцеллкшозы — 3 г/л и бензино-растворителя (или уайтспирита) — 300 г/л. Моющий раствор наносят на поверхность труб при помощи каретки с пистолетомраспылителем. Затем поверхность труб промывают водой с добавлением ингибитора коррозии (например, 0,1 % бихромата калия) во избежание ржавления металла, после чего снова протаскивают пробку со стальным ершом и далее сушат поверхность труб сжатым воздухом. На подго­ товленную таким образом поверхность труб наносят лакокрасочное по­ крытие.

Разработаны эпоксидные композиции для внутренней поверхности труб без применения растворителя.

К недостаткам противокоррозионной защиты лакокрасочными по­ крытиями относят то, что не всегда удается получить равномерный слой лака или краски на внутренней поверхности длинной трубы небольшого диаметра. Пленочные полимерные покрытия во многих случаях оказыва­ ются недостаточно стойкими и долговечными на трубопроводах, пред­ назначенных для различных сред, содержащих твердую фазу, оказываю­ щую эрозионное воздействие. Срок службы покрытий, например, на осно­ ве превращаемых смол даже в атмосферных условиях не превышает 2— 4 лет, а покрытие на основе непревращаемых фенольных глифталевых смол —не более полугода.

Лакокрасочные материалы для металлических резервуаров

Для защиты от коррозии наружную поверхность корпуса и кровлю резер­ вуаров, лестницы, ограждения и наружную часть понтона или плавающей крыши защищают сплошной пленкой лакокрасочного водостойкого и светоотражающего покрытия. Нижнюю поверхность днища предохра­ няют от агрессивного воздействия воздуха, почвы и почвенной воды изо­ лирующим гидроизоляционным слоем, который создают в основании резервуара из компонентов специального состава.

Внутреннюю поверхность корпуса, понтона и плавающей крыши ре­ зервуара защищают от агрессивного воздействия паров нефти и нефте­ продуктов различными лакокрасочными материалами и другими спосо­ бами. В зависимости от коррозионной агрессивности среды применяют следующие виды защитных покрытий обычно холодного отверждения.

Покрытия на основе виниловых смол применяют в виде эмалей ХС-710, ВЛ-515, лаков ХВ-77, ХС-76 и др. Покрытие на основе виниловой эмали ХС-710 состоит из одного слоя грунтовки ХС-010, двух слоев эма­ ли ХС-710 и двух слоев лака ХС-76. Эмаль ХС-710 представляет собой раствор виниловой смолы ВХВД-40, титановых белил и технического угле­ рода (сажи) в органических растворителях. Грунтовка ХС-010 —раствор

289

19 -6 6 8 2

виниловой смолы с тальком, железным суриком и свинцовым кроном в органических растворителях, а лак ХС-76 —раствор виниловой смолы в органических растворителях.

Грунтовку, эмаль и лак наносят пневматическим распылением, до­ водя напыляемый материал до рабочей вязкости добавлением раство­ рителя Р-4. Толщина покрытия составляет 85—100 мкм.

Каждый слой грунтовки, эмали и лака сушат при температуре 15— 20 °С в течение 24 ч, а затем выдерживают законченное покрытие в тече­ ние 5—7 сут.

Покрытие на основе эмали ВЛ-515 наносят без подогрева из четырех слоев или с подогревом до температуры 70—75 °С —из двух слоев.

Эмаль ВЛ-515 представляет собой раствор поливинилбутиральной и крезолоформальдегидной смол в смеси органических растворителей с добавкой талька и др. Покрытие эмалью ВЛ-515 наносят пневматическим распылением или обливом. Для получения необходимой вязкости эмаль ВЛ-515 разводят растворителем Р-60. Покрытия получают при холодной (15—20 °С) и горячей (120 °С) сушке. Каждый нанесенный слой при хо­ лодной сушке отверждается в течение 24 ч, при горячей —в течение 1 ч.

Покрытия на основе эмалей Х-710 и ВЛ-515 имеют высокую стой­ кость к нефтепродуктам при температуре от —50 до 50 °С.

Покрытия на основе перхлорвинилового лака ХВ-77 применяют для защиты внутренней поверхности резервуаров под светлые нефтепродукты после пескоструйной очистки.

Известны полиуретановые покрытия на основе лака УР-976 и красок ХС-717 и ХС-720. Покрытие на основе лака УР-976 состоит из двух слоев грунтовки УР-01 и трех слоев лака УР-976. Полиуретановую грунтовку

теля непосредственно перед применением. Полиуретановый лак УР-976 составляют также из двух компонентов: полуфабриката —раствора поли­ эфирной и фенолоформальдегидной смол в циклогексаноне и отвердителя непосредственно перед применением. Грунтовку и лак наносят распыле­ нием. Каждый слой грунтовки сушат при температуре 15—20 °С в течение 1 ч, а каждый слой лака —3—4 ч. Затем покрытие выдерживают при тем­ пературе 18—23 °С в течение 7 сут. Общая толщина покрытия составляет 55—75 мкм. Покрытие стойко по отношению к нефтепродуктам при тем­ пературе от -5 0 до 50 °С, растворителям и другим химическим вещест­ вам.

Полиуретановое покрытие на основе краски ХС-717 наносят в тричетыре слоя без грунтовки или по одному слою грунтовки ВЛ-023. Крас­ ка ХС-717 представляет собой раствор частично омыленного сополимера хлористого винила с винилацетатом в смеси органических растворителей с добавкой алюминиевой пудры ПАК-3 (пигмент) и отвердителя ДГУ.

29 0