Пассивная защита от коррозии

 

Задача пассивной защиты от коррозии состоит в устранении взаимодействия агрессивного раствора электролита и стальной поверхности. Чтобы достичь данного эффекта между грунтом или раствором электролита и поверхностью металла трубы, на трубопровод наносятся электрически изолирующие защитные покрытия. Комбинация пассивных средств с активным средством катодной защиты, представляет собой оптимальное решение с технико-экономической точки зрения (рис. 2.1).

 

Рис. 2.1. Меры защиты от коррозии

 

Покрытия металлических трубопроводов, защищающих их от коррозии, должны удовлетворять следующим основным требованиям:

- обладать высокими диэлектрическими свойствами;

- быть сплошными;

- иметь хорошую адгезию к металлу трубопровода;

- обладать низкой влагопроницаемостью и малой величиной влагопоглощения;

- химической способностью, обеспечивающей длительную работу покрытия в условиях наиболее агрессивных грунтов, то есть противостоять проникновению хлоридов, сульфатов и других ионов;

- обладать высокой механической прочностью;

- термостойкостью;

- материалы и конструкция покрытий должны иметь сравнительно простую технологию процесса нанесения, допускающую возможность механизации;

- экономичностью, то есть стоимость покрытия должна быть во много раз меньше стоимости сооружения.

 

Рис. 2.2. Системы покрытий, наносимых в заводских условиях:

1 – внутреннее покрытие на основе эпоксидной смолы;

2 – струйнообработанная поверхность трубы;

3 – трехслойная система из полиэтилена;

4 - трехслойная система из полиропилена;

5 – покрытие из порошковой эпоксидной смолы;

6 – полиуретан; 7 – сплавленный полиэтилен;

8 – механическая защита волоконноцеменным способом

 

Нанесение защитного покрытия на подземные объекты необходимо организовать таким образом, чтобы оно выполняло свою задачу без обновления в течение многих десятилетий. Тонкие защитные слои, как например, системы покрытий из краски с толщиной слоя менее 300 мкм в целом не подходят для пассивной защиты трубопроводов из-за активного процесса диффундирования кислорода и водяного пара. В настоящее время преимущественно применяются покрытия из полиэтилена, а также покрытия из пропилена, эпоксидного порошка и полиуретана (рис. 2.2). Для нанесения покрытия в трассовых условиях применяются защитные ленты и термоусаживающиеся материалы.

Защитное покрытие для труб можно подразделить в зависимости от назначения и, следовательно, способа изготовления на следующие группы:

- заводское покрытие;

- покрытие, наносимое в трассовых условиях;

- материалы для механического усиления обычного покрытия.

 

Битумные покрытия

 

Для защиты трубопроводов от коррозии применяются битумы. Битумы получают окислением остаточных продуктов прямой перегонки нефти или их смесей с асфальтами и экстрактами масляного производства. Строительные нефтяные битумы также получают окислением остаточных продуктов прямой перегонки нефти и их смесей с асфальтами и экстрактами масляного производства. Допускается получение строительных битумов и компаундированием окисленных и неокисленных указанных продуктов.

Упаковывают битум в четырехслойные бумажные мешки с внутренним покрытием, не прилипающим к битуму. Хранят битум под навесом с дощатым настилом. Запрещается применение битума загрязненного и засоренного посторонними предметами (земля, мусор и др.).

 

Наполнители

Для изменения эксплуатационных характеристик битума используют наполнители. Наполнителями называют материалы, вводимые в состав изоляционных мастик для придания им структурной и механической прочности. Это особенно важно при формировании покрытия методом облива на машинах. Малая вязкость мастики ограничивает возможность наращивания слоя необходимой толщины, а хрупкость при отрицательной температуре приводит к трещинообразованию. Наполнители, вводимые в битумные мастики, подразделяют на минеральные и полимерные. Мастика с минеральным наполнителем носит название битумно-минеральной, а с полимерным наполнителем - битумно-полимерной.

Добавка минерального наполнителя повышает прочность, теплостойкость, улучшает эластичные и пластические свойства. Введение 20% известняка в битум примерно в два раза повышает предельную вязкость. При эксплуатационных температурах увеличивается прочность и эластичность структуры мастик по сравнению с исходным битумом.

Гидрофильные поверхности частиц, минерального наполнителя образуют с асфальтогеновыми кислотами битума поверхностные химические соединения - кальциевые мыла, которые гидрофобизируют поверхности частиц наполнителя и улучшают их смачивание битумом.

Вокруг частиц наполнителя при этом образуются диффузионные структурированные оболочки битума с наибольшим значением вязкости в слое, прилегающем непосредственно к поверхности частиц, вследствие адсорбции на ней высокомолекулярных и адгезии коллоидообразующих составляющих битума. Некоторое увеличение всех реологических констант битума при объединении его с минеральным наполнителем связано с образованием вторичной коагуляционной структуры.

При большом процентном содержании (по массе) наполнителя увеличивается возможность образования прочных пространственных сеток из его частиц, разделенных тонкими прослойками - мостиками адсорбционно-упрочненной дисперсной среды битума, улучшаются и структурно-механические свойства битумно-полимерных материалов.

При введении полимеров в битуме формируется конденсационно-коагуляционная структура. Коагуляционная структура формируется вследствие ван-дер-ваальсового взаимодействия между частицами твердой фазы битума (эти связи обычно непрочные). Конденсационная сетка образуется в результате взаимодействия свободных полимерных радикалов системы (эти связи обычно прочные).

Битумно-полимерные материалы, имеющие конденсационно-коагуляционную структуру, по сравнению с битумно-минеральными материалами с коагуляционной структурой обладают большей прочностью и пластичностью при меньшей степени заполнения битума наполнителем.

В качестве минеральных наполнителей для битумных изоляционных мастик используют доломит, доломинизированный известняк, асфальтовый известняк, тальк, асбест.

Основными требованиями, предъявляемыми к минеральным наполнителям битумных мастик, являются тонко дисперсность, низкая влагонасыщенность, гидрофобность, устойчивость к воздействию различных агрессивных сред, способность к смачиванию битумом.

Доломит (ГОСТ 8267-75) - минерал из группы карбонатных осадочных пород, представляет собой двойную углекислую соль кальция и магния CaMg (CO ₃)₂. Состав наиболее распространенных доломитовых пород следующий: СаО 30,4%; MgO 21,7%; СО₂ 47,9% или СаСО₃ 54,35% и MgCO ₃ 45,65%.

Доломитизированный известняк (ГОСТ 8267-75) представляет собой так же, как доломит, карбонатную осадочную горную породу группы известняков, в состав которой входит менее 40% доломита. Остальное содержание составляют кальциты (СаСО₃).

Химический состав чистых известняков приближается к теоретическому - составу кальцита (СаО 56%, СО₂ 44%). В наиболее часто встречающихся доломитизированных известняках содержание MgO достигает 17%.

Асфальтовый известняк (ГОСТ 8267-75). Природный асфальт расположен в районах неглубокого залегания или выхода на поверхность земли нефтеносных пород. Обычно он заполняет трещины и каверны в известковых породах.

Асбест состоит из смеси волокон различной длины и их агрегатов. Он образует тонкие эластичные и прочные волокна, которые легко расщепляются. Асбест получают из минерала хризотил-асбеста. Химический состав минерала хризотил-асбеста приближенно соответствует теоретической формуле 3 MgO × 2 SiO ₂ × 2Н₂О. Его плотность 2,5 г/см³. Асбест обладает малыми теплопроводностью и электропроводностью. Хризотиловый асбест имеет слабую кислотоустойчивость, но он щелочеустойчив. В качестве наполнителя в битумно-минеральную мастику вводят асбест хризотиловый по
ГОСТ 12871-67*.

Для получения битумно-полимерных мастик используются полидиен, атактический полипропилен, порошкообразный нестабилизированный полиэтилен и резиновая крошка.

Атактический полипропилен (ТУ 6-05-131-2-78) - побочный продукт полимеризации пропилена в среде тяжелого растворителя. Атактический полипропилен представляет собой аморфный каучукоподобный продукт серого цвета с высокой текучестью и предназначается для производства изоляционных битумных мастик.

По физико-химическим характеристикам атактический полипропилен должен соответствовать следующим требованиям:

Содержание летучих, %, не более	3
Зольность, %, не более	3
Содержание изотактического полипропилена	не регламентируется
Посторонние примеси, инородные включения (песок, механические загрязнения)	отсутствуют
Температура плавления (ГОСТ 4255-75), 0С	до 128

 

Низкомолекулярный полиэтилен (воск) получается при полимеризации этилена и наряду с полиэтиленом высокой плотности является отходом производства. Он представляет собой воскообразную монолитную массу от белого до серо-желтого цвета. Содержание влаги в нем не более 3% от массы; зольность не более 2,0%; содержание летучих углеводородов не более 0,5%. Температура плавления 80 - 120, температура воспламенения около 300, температура самовоспламенения около 400⁰С.

Полидиен (ТУ 38-103-280-75) представляет собой продукт совместной полимеризации высших диэтиленовых углеводородов (минерилена, гексадиега и др.) с этинолевыми, углеводородами (гексилен, эмилен и др.). Полидиен - прозрачная жидкость от светло-желтого до вишнево-красного цвета. Полидиены выпускаются марок А и Б в зависимости от температуры вспышки. Полидиены должны соответствовать следующим техническим требованиям:

	Марка А	Марка Б
Плотность при 200С, г/см3	0,910 – 0,960	0,910 – 0,960
Температура вспышки, 0С, не ниже	145	137
Содержание влаги, %, не более	0,1	0,20

 

Каучуки, используемые в качестве наполнителя, должны соответствовать указанным свойствам. Необходимо, чтобы вводимый каучук диспергировал до коллоидной дисперсии или молекулярного раствора. Поэтому большое значение имеет эффект контактирования составляющих компонентов и вида применяемого битума, а также форма каучука, применяемая для гуммирования битума. Вводимый каучук должен растворяться в расплавленном битуме и образовывать тончайшую сетку, которая армирует битум, придавая ему упруго-пластические свойства. При введении в битум полидиена, в состав которого входят маномеры, димеры и полимеры с разной степенью полимеризации, в системе увеличивается содержание дисперсной среды, поэтому мастика становится эластичной и менее чувствительной к повышению температуры.

Дробленая резина (резиновая крошка) (ТУ 38-104-38-70) - продукт переработки изношенных автомобильных покрышек. Резиновая крошка должна отвечать следующим техническим требованиям:

Содержание текстиля, %, не более	5
Просев через сито, %, не менее: с отверстиями диаметром 1,5 мм с отверстиями диаметром 1,0 мм	100 96
Содержание влаги, %, не более	1,5
Содержание черных металлов после магнитной сепарации, %, не более	01
Содержание видимых посторонних включений	отсутствие

 

Пластификаторы

Основное назначение пластификаторов - повышение пластичности изоляционной мастики при отрицательных температурах.

В качестве пластификаторов битумных мастик применяют зеленое и осевое масла.

Масло зеленое (ОСТ 38-01140-77) - продукт пиролиза нефтепродуктов.

Масла осевые (ГОСТ 610-72) - неочищенные смазочные масла, изготовляются из продуктов прямой перегонки нефти.

 

 

Растворители

Для приготовления битумных и полимерных грунтовок в качестве растворителей применяют бензины: неэтилированный авиационный Б-70 (ГОСТ 1012-72*); автомобильный А-72 (ГОСТ 2084-77).

 

Армирующие обмотки

В качестве материала для армирующих обмоток применяют стеклохолст, соответствующий основным показателям, установленным нормативно-технической документацией.

Стеклохолст должен иметь неворсистую, ровную без складок поверхность и ровно обрезанные края. На поверхности холста не допускаются жгуты. Холст не должен расслаиваться.

 

Наружные обертки

В качестве, материалов для наружной обертки применяют материалы, обеспечивающие гидрофобность и защиту от механических воздействий на битумное покрытие.

 

Грунтовки

Битумные грунтовки изготовляются из битума, растворенного в бензине в соотношении 1:3 по объему или 1:2 по массе. Составы битумных грунтовок зависят от сезона нанесения.

Для приготовления битумной грунтовки нужное количество соответствующего битума расплавляют, обезвоживают и охлаждают до 70⁰С; затем в бак наливают необходимое количество соответствующего бензина, в который при непрерывном перемешивании деревянной лопастью вливают небольшими порциями битум. В случае если в зимний период трубы изолируют битумными мастиками в помещении с температурой не ниже – 10⁰С на поточных линиях, оборудованных устройством сушки грунтовки, допускается применять битумную грунтовку для летнего времени.

Для приготовления каменноугольной грунтовки каменноугольную основу грунтовки расплавляют, обезвоживают и охлаждают до температуры не выше 85⁰С. Затем в бак наливают необходимое количество толуола, в который при непрерывном перемешивании деревянной лопастью вливают небольшими порциями каменноугольную основу в соотношении 1:3 по объему.

Грунтовка считается готовой, если в ней после смешивания нет комьев основы.

 

Мастики битумные

Битумную мастику можно изготовлять в заводских условиях и непосредственно на трассе строящегося или ремонтируемого трубопровода в битумноплавильных установках с механическим смесителем или в передвижных котлах и на стационарных установках в условиях изоляционных баз строительно-монтажных управлений.

Битумно-резиновые мастики (ГОСТ 15836-79) готовятся в заводских условиях из обезвоженного битума и просушенной резиновой крошки путем продувки через смесь этих продуктов перегретого пара в течение 60 - 90 мин при температуре смеси 200 – 240⁰С (в механических смесителях). Для розлива мастики температуру понижают до 160 – 180⁰С. Битумно-резиновая мастика заводского производства поступает на трассу в бумажных мешках по 45 - 50 кг.

При отсутствии мастик заводского изготовления разрешается изготавливать мастики на месте производства работ. Перед загрузкой битума в котел его тщательно очищают. Для приготовления мастики битум освобождают от тары, разбивают на куски и загружают в котел до ¾ его объема.

В начале изготовления битумной мастики загруженный битум нагревают при температуре 140 – 150⁰С до полного расплавления. Для предотвращения интенсивного вспенивания в битум добавляют низкомолекулярный силоксановый каучук из расчета 2 г на 1 т массы или пеногаситель в тех же количествах. После полного обезвоживания при температуре 170 – 180⁰С в битум при непрерывном его перемешивании добавляют наполнитель. Для получения однородной мастики необходимо интенсивное ее перемешивание в процессе изготовления. С этой целью котлы, в которых изготовляется мастика, снабжают механическим перемешивающим устройством.

При использовании в качестве наполнителя атактического полипропилена последний следует добавлять в расплавленный и обезвоженный битум порциями по 10 - 15 кг.

В случае применения в качестве наполнителя полидиена в котел сначала заливают полидиен и загружают 10 - 20% от предусмотренного рецептурой количества битума в кусках. После полного расплавления битума в котел по мере расплавления вводится порциями остальное количество битума.

При использовании в качестве минерального наполнителя доломита, асфальтового или доломитизированного известняка или талька мастики изготовляют в битумоварочных котлах с огнеупорной футеровкой, исключающей прямой контакт пламени с днищем котла. Минеральный наполнитель загружают в разогретый и обезвоженный битум с помощью бункеров-дозаторов с щелевым регулирующим затвором и наклонным лотком. Бункер устанавливается над загрузочным отверстием котла. К наружной плоскости днища лотка укреплен стандартный плоский вибратор. При включении вибратора наполнитель, загруженный в бункер, должен высыпаться в котел полосой. Количество поступающего из бункера в котел наполнителя регулируется щелевым затвором и не должно превышать 25 кг/мин.

Мастика изготовляется при включенном механизме перемешивания. После введения необходимого количества наполнителя в битум перемешивание мастики продолжается в течение 10 - 15 мин до получения однородной массы. Перемешивающее устройство должно работать непрерывно до полной выработки мастики, чтобы минеральный наполнитель не оседал на дно котла. В случае применения в качестве наполнителя асбеста и низкомолекулярного полиэтилена сначала в расплавленный и обезвоженный битум вводится в нужном количестве асбест (порциями, не превышающими 15 кг). После получения однородной обезвоженной массы ее температуру снижают до 150⁰С и в. котел вводят низкомолекулярный полиэтилен кусками до 10 -
15 кг. Готовые битумные мастики должны быть хорошо перемешаны, однородны, чтобы избежать коксования битумных мастик, не следует держать их при температуре 180 – 190⁰С более 1 ч и при температуре 160 – 170⁰С более
3 ч. Признаком начинающегося коксования битума является появление на поверхности расплавленной массы пузырей и зелено-желтого дыма. Температура готовой битумно-асбополимерной мастики в изоляционной ванне перед нанесением на трубы должна быть в зависимости от температуры наружного воздуха в пределах 150 – 170⁰С.

 

Нанесение битумных покрытий

Важнейшим условием, определяющим качество защитного покрытия и продолжительность срока его службы, является соблюдение технологического и температурного режимов в процессе изготовления мастики и нанесения ее на трубы. Толщина наносимого битумного изоляционного слоя, сплошность и прилипаемость его, степень пропитки армирующей обмотки в основном зависят от вязкости битумной мастики, которую регулируют изменением температуры в ванне в зависимости от температуры окружающего воздуха.

Битумную мастику наносят по периметру и длине трубопровода ровным слоем заданной толщины, без пузырей и посторонних включений.

Слои армирующей обмотки из стеклохолста и наружная обмотка должны накладываться на горячую мастику по спирали с нахлестом и определенным натяжением, исключающим пустоты, морщины и складки и обеспечивающим непрерывность слоя и необходимую толщину защитного покрытия.

При нанесении защитных покрытий концы труб оставляют неизолированными длиной 150 - 200 мм для труб диаметром 57 - 219 мм и 250 -
300 мм для труб диаметром 277 - 1420 мм.

Изоляционные работы в зимнее время в трассовых условиях разрешается проводить при температуре воздуха не ниже – 25⁰С.

Нанесение защитных покрытий па основе битумных мастик непосредственно на месте укладки трубопроводов (изоляция сварных соединений, исправление мест повреждений) во время дождя и снега запрещается.

Поверхность изолируемого трубопровода перед нанесением грунтовки не должна иметь заусенцев, задиров, брызг металла, шлака. Очистку трубопроводов от грязи, неплотной окалины, ржавчины и пыли производят очистными машинками.

Очищенная поверхность должна быть серого цвета с характерными металлическими проблесками, шероховатой и обеспыленной. Поверхность трубопровода при нанесении грунтовки должна быть сухой; наличие влаги в виде пленки, пузырьков, наледи или инея не допускается. Грунтовку наносят на сухую поверхность тонким слоем сразу после очистки трубопровода. Слой грунтовки должен быть ровным, без пропусков, сгустков, подтеков и пузырей. Особенно тщательно следует огрунтовывать околошовную зону прямых и спиральных швов.

Марку битумно-резиновой мастики выбирают в зависимости от температуры транспортируемого продукта и минимальной температуры воздуха.

В случае использования битумных мастик при отрицательной температуре, но не ниже – 30⁰С изоляционно-укладочные работы выполняют с подогревом трубопровода до температуры не ниже 15⁰С, но не выше температуры его эксплуатации. Чтобы предохранить покрытие от растрескивания при чрезвычайном охлаждении (ниже температур для соответствующих марок битумно-резиновых мастик), трубопровод немедленно опускают в траншею и засыпают.

 

Полимерные покрытия

 

Для защиты подземных трубопроводов применяют полимерные покрытия из полиэтиленовых изоляционных липких лент, поливинилхлоридных изоляционных липких лент, экструдированного или напиленного полиэтилена, эпоксидной порошковой краски, эмали этиноль. В зависимости от условий нанесения полимерные покрытия делят па заводские, базовые или трассовые.

Защитные покрытия из полиэтилена отличается также высокой стойкостью относительно внешнего влияния после укладки, например, относительно агрессивности грунтов, пресной и соленой воды, морских растительных организмов, побегов растений в грунте, микроорганизмов, а также относительно большого спектра минеральных масел и химического воздействия. Покрытие из полиэтилена обладает высоким электрическим сопротивлением, которое остается постоянным в течение длительного времени. Данное свойство важно для электрохимической защиты.

Защитные покрытия заводского нанесения на основе порошковых полимеров следует применять на трубопроводах любого диаметра при температуре транспортируемого продукта не выше: + 70⁰С для полиэтиленовых покрытий, + 80⁰С - для эпоксидных. Защитные покрытия на основе полимерных лент допускается применять на трубопроводах диаметром не более 1420 мм при температуре транспортируемого продукта не выше: + 60⁰С для полиэтиленовых лент, + 40⁰С для поливинилхлоридных.

 

 

Грунтовки

Под покрытие из полимерных липких лент применяют клеевые или битумно-клеевые грунтовки.

Температурный интервал применения покрытий из полимерных лент на применяемой грунтовке должен соответствовать показателям ТУ на данный тип ленты, но не ниже – 60⁰С и не выше 70 – 80⁰С.