Изоляционные материалы и способы защиты трубопроводов от наружной коррозии

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 смесьуглеводородов 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 грунтовыхусловиях. 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?

2. Какие основные требования предъявляют к изоляционным материалам?

3. Какие виды материалов на основе битума применяют для

газонефтепроводов, их характеристики?

4. Какие типы битумных покрытий применяют для газонефтепроводов?

5. Опишите состав битума.

6. Опишите классификацию способов защиты трубопроводов от коррозии.

7. Опишите усиленный тип защитных покрытий.

8. Когда применяют лакокрасочные покрытия? Особенность их нанесения?

9. Перечислите свойства защитных покрытий трубопроводов.

 

Практическое занятие 6

НА ТРУБОПРОВОДЫ

Цель работы: Изучение различных способов нанесения изоляционных

покрытий.

Общие сведения

Самым распространенным способом нанесения наружного покрытия из полиэтилена является экструдирование. Для улучшения сцепления покрытия с поверхностью металла при экструдировании полиэтилена применяется промежуточный слой клейкого материала. Использование клейких свойств промежуточного слоя позволило значительно повысить плотность полиэтилена.

Эпоксидные покрытия нашли широкое применение в течение последних лет для труб различных диаметров и назначения. Наиболее распространенный способ нанесения эпоксидного покрытия на поверхность металла — напыление в электростатическом поле. Одним из эффективных путей повышения ударной прочности тонкопленочной эпоксидной изоляции является применение комбинированных защитных покрытий.

Одним из таких видов является эпоксидно-полиэтиленовое покрытие.

Такое покрытие многослойно и обеспечивает высокую степень сцепления с металлом и надежность. Первый слой толщиной 0,1 —0,3 мм состоит из смеси различных смол (основной компонент — эпоксидная смола) в порошкообразном состоянии. После обычной подготовки поверхности трубы на нее наносится слой порошка, предварительно прошедшего электронное облучение. Порошок наносится на поверхность металла, нагретого до 150 °С или выше.

Первый слой покрытия получается пористым, что обусловливает хорошее сцепление со сталью и с последующим слоем покрытия. Поверх эпоксидного слоя наносятся два слоя полиэтиленового покрытия с различной плотностью.

Трубопроводы, работающие при высоких давлениях и температурах, в последние годы изолируются материалами, одним из компонентов которых является стеклоткань или стекловолокно, заметно повышающее прочность покрытий и их термо- и коррозионную стойкость.

Битумные покрытия в сочетании со стекловолокном образуют надежную и устойчивую изоляцию. Покрытия, получаемые на основе каменноугольных материалов, отличаются высокой температурой плавления, поэтому их используют для изоляции труб, идущих от компрессорных станций. Благодаря использованию стеклоткани прочность покрытия значительно увеличивается, что в сочетании с устойчивостью каменноугольной смолы к воздействию высоких температур дает совершенно новые свойства покрытий. Широкое применение каменноугольных материалов ограничивается из-за высокой токсичности.

Наиболее надежными из применяемых в системе магистральных нефтепроводов изоляционных материалов являются покрытия типа "Пластобит", где применены битумные мастики, защищенные от потери пластификаторов пленочными покрытиями. Наиболее распространенные в настоящее время материалы на основе полимеров, наносимых экструдированием, и эпоксидных смол требуют тщательной очистки подготовки поверхности труб перед нанесением и используются только в заводских и базовых условиях.

На основе нефтеполимера "Асмол" разработан спектр мастик для антикоррозионной защиты нефтепроводов, предназначенных для применения как в теплое время года, так и в зимних условиях. Значение коэффициент теплопроводности материалов "Асмол" на порядок выше, чем у битумов.

Разработана новая технология нанесения асмольных мастик на нефтепроводы в условиях трассы путем экструдирования их на поверхность трубы. Разработаны технические условия на покрытия типа ПАЛТ (покрытие на основе термоусаживающейся ленты и мастики "Асмол") для нефтепроводов диаметрами до 1220 мм включительно.

Также разработана мастика для подклеивающего слоя повышенной толщины в составе ленты ЛИАМ (лента изоляционная асмольная модифицированная). Повышенная (до 1,5 мм) толщина подклеивающего слоя изоляционной ленты ЛИАМ позволяет обеспечить надежный ее контакт с трубой в местах сварных швов трубы и тем самым повысить качество изоляции.

Покрытия "Пластобит" и "Пластобит-40" соответствуют требованиям к изоляции усиленного типа и обеспечивают эффективную защиту трубопровода. Конструкция покрытия состоит из грунтовки, мастики битумно-полимерной, ленты изоляционной и защитной обертки. В качестве грунтовки могут использоваться грунтовки ГПБ-1, ГТ-831, ГТ-760 ИН или битумная. В качестве мастик применяется битумная изоляционная "Изобит", битумно-полимерная "Изобитен-Н", битумно-резиновая МБР. В качестве изоляционной ленты можно использовать ленты полимерные для защиты газо-, нефте- и нефтепродуктопроводов или ленту поливинилхлоридную (ПВХ). В качестве защитной обертки применяются оберточные материалы рулонного типа с прочностью не менее 0,5 МПа и толщиной в пределах 0,5— 1,2 мм.

В настоящее время в газовой промышленности существуют три основных метода изоляции стальных труб полиэтиленом: агломерация, рукавная и обмоточная экструзии.

Процесс нанесения защитных покрытий в заводских условиях можно условно разделить на три стадии: подготовительные работы, нанесение изоляции, завершающие работы.

Основными причинами возникновения дефектов защитных покрытий являются: Применение некачественных изоляционных материалов; некачественная подготовка поверхности защищаемого металла трубопровода (очистка его от ржавчины, окалины, обезжиривание); некачественное нанесение грунтовки на трубопровод; дефекты, возникающие при нанесении полимерных изоляционных лент (большая разнотолщинность ленты при механизированном нанесении приводит к складкам, морщинам, гофрам); дефекты, возникающие при изоляционно-укладочных работах; неправильная эксплуатация трубопровода (резкий перепад температур перекачиваемого продукта, перекачка продукта с температурой выше проектной); несоблюдение режимов нанесения изоляционных покрытий в зимних условиях; смерзание изоляционного покрытия трубопровода с водонасыщенным грунтом.

Контрольные вопросы:

1. Опишите основные причины возникновения дефектов защитных покрытий

2.Опишите процесс экструдирования.

3. Дайте определение эпоксидно-полиэтиленового покрытия.

4. На какие типы делятся ленточные покрытия.

5. Перечислите три основных метода изоляции стальных труб полиэтиленом.

6. Какие способы нанесения изоляционных покрытий вы знаете?

7. Для чего нужна изоляция?

 

Практическое занятие 7

ВНУТРЕННЕЙ КОРРОЗИИ

Цель работы: Ознакомление с материалами, применяемыми для защиты трубопроводов от внутренней коррозии

Практическое занятие 8

ОТ ВНУТРЕННЕЙ КОРРОЗИИ

Цель работы: Изучение способов защиты трубопроводов от внутрен-

ней коррозии

Общие сведения

Основными направлениями борьбы с коррозией внутренней поверхности нефтегазопромысловых трубопроводов является применение: различных технологических мероприятий; ингибиторов коррозии; высокоэффективных и экономичных и защитных покрытий (полимерные, силикатные, металлические, комбинированные); труб из коррозионностойких и неметаллических материалов.

К технологическим методам повышения надежности нефтепромысловых трубопроводов относится применение электрохимической защиты (ЭХЗ); регулирование (повышение) производительности и скорости потока перекачиваемой среды; предварительная подготовка и очистка продукции скважин от примесей (механические, соли, сероводород, углекислый газ, кислород, сульфатвосстанавливающие бактерии (СВБ), понижение цикличности перекачки, понижение температуры.

Другим методом защиты внутренней поверхности нефтегазопромысловых трубопроводов является использование ингибиторов коррозии. Их защитное действие обусловлено воздействием на кинетику электрохимических реакций, лежащих в основе коррозионного процесса.

Механизм защитного действия связан, в первую очередь, с адсорбцией ингибиторов коррозии на границе металл—среда, т. е. с образованием на поверхности металлов защитных пленок. В настоящее время в мире создано и запатентовано несколько тысяч индивидуальных химических соединений и ихсмесей, применяемых в качестве ингибиторов коррозии. К ингибиторам предъявляют следующие требования: растворимость в углеводородах и способность образовать устойчивую эмульсию или суспензию в водной среде.

При этом ингибитор должен обеспечивать защиту внутренних стенок трубопроводов от агрессивного воздействия сероводорода и хлористого водорода при относительно высоких температурах.

Наиболее широкое применение находят азот и аминосодержащие соединения. К таким реагентам относятся: СНПХ-6301 «А», «3», «КЗ», СНПХ-6302 «Б», «Амфикор», «Нефтехим», реагенты комплексного действия СНПХ-1004, Тинкор-1, Альпан.

Ингибиторы можно применять на более поздней стадии эксплуатации трубопровода, когда возрастает обводненность добываемой нефти. Ингибиторы могут быть поданы в агрессивную среду в любом месте функциональной системы без существенного изменения технологического процесса транспорта нефти.

Выбор ингибиторов для нефтепроводов зависит от степени обводненности продукции скважин. При обводненности до 30 % предпочтение отдается ингибиторам, растворимым в водной фазе. С увеличением содержания воды в нефти более эффективны пленкообразующие ингибиторы.

Эффективность ингибиторов коррозии зависит от многих факторов, однако очень важным условием является необходимость того, чтобы ингибитор достиг поверхности защищаемого металла и адсорбировался на ней. Низкая концентрация ингибитора может скорее привести к ускорению коррозии, чем к ее замедлению.

Существует несколько технологий применения ингибиторов коррозии, это: непрерывное дозирование, непрерывное дозирование с предварительной ударной дозировкой, пробковые технологии, периодическая подача, закачка в пласт.

Одним из наиболее перспективных способов защиты внутренней поверхности нефтегазопромысловых трубопроводов от коррозии является применение эффективных защитных покрытий.

Изоляция внутренней поверхности труб позволяет уменьшить мощность, необходимую для перекачки продукции скважин на 5—15 %, а в некоторых случаях и до 35 %, почти на 90 % сокращаются также расходы на очистку трубопроводов в процессе их эксплуатации.

Наиболее распространенные покрытия, применяемые в настоящее время можно разделить на три основные группы: силикатные, полимерные и комбинированные.

Из силикатных материалов применяются стеклоэмалевые и цементные покрытия.

Полимерные материалы в зависимости от физического состояния в процессе их нанесения подразделяются на лакокрасочные материалы, представляющие собой растворы полимеров; порошковые материалы, наносимые в виде расплавов; пленочные. Наибольшее применение для внутренней защиты труб нефтяного сортамента нашли лакокрасочные материалы на основе эпоксидных, фенолформальдегидных и виниловых смол, а также полиэтиленовые и полипропиленовые покрытия.

Разработаны и широко применяются комбинированные материалы.

В настоящее время для внутренней защиты труб нефтяного сортамента как в России, так и за рубежом нашли применение эпоксидные покрытия и лакокрасочные материалы на основе низкомолекулярных эпоксидных смол ЭД-20 и ЭД-16.

В последние годы в отечественной промышленности и за рубежом для покрытия внутренней поверхности труб все более широкое применение находят покрытия из порошковых полимерных материалов. Все порошковые материалы наносятся на предварительно очищенную и подогретую до 300 °С поверхность. Эпоксидные порошковые покрытия занимают ведущее место среди других порошковых материалов: в США — 35 %, в Великобритании —22%, в России — 25 %.

Контрольные вопросы:

1. Что относят к технологическим методам повышения надежности

нефтепромысловых трубопроводов.

2. Какие требования предъявляют к ингибиторам?

3. Какие технологии применения ингибиторов коррозии существуют?

4. Опишите наиболее распространенные защитные покрытия.

5. Назовите материалы, применяемыми для защиты трубопроводов от

внутренней коррозии.

 

 

Практическое занятие 9

Практическое занятие 5

ИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ НАРУЖНОЙ КОРРОЗИИ

Цель работы: Ознакомление с новыми методами антикоррозионных

мероприятий и защитных покрытий.