Экструзионно-намоточный способ нанесения покрытия

При использовании для изоляции труб композиций гранулированного полиэтилена применяют экструзионно-намоточный способ и способ непрерывной экструзии «чулком». Для труб диаметром более 600 мм пригоден первый способ, а для труб меньшего диаметра - способ непрерывной экструзии «чулком».

При экструзии используют гранулированный полиэтилен высокого и низкого давления и его сополимеры. При этом в конструкции покрытия обязательно предусматривается подклеивающий слой (адгезив). В качестве адгезива могут применяться сополимеры этилена с эфирами акриловой кислоты, сополимер этилена с винилацетатом (жесткие адгезивы), а также композиции на основе бутилкаучука (мягкий адгезив).

Для нанесения основного слоя покрытия может быть использован термо-светостабилизированный полиэтилен высокого давления (низкой плотности).

Электрические показатели композиций полиэтилена высокого давления:

Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом×см	1 × 1016 – 1 × 1017
Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом	1015
Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1010 Гц	0,0002 – 0,0005
Диэлектрическая проницаемость при частоте 1010 Гц	2,25 – 2,31

 

Для особо стойкой противокоррозионной защиты наносится трехслойное покрытие. В качестве первого слоя наносится слой эпоксидной смолы. В качестве второго слоя, методом экструзии, наносится полиэтилен, который соединяется со слоем эпоксидной смолы при помощи специального клея. Этот материал может применяться при рабочих температурах до 80⁰С и наружной температуре до – 40⁰С.

Преимуществом многослойного покрытия является то, что оно не сдвигается на поверхности стали, что имеет существенное значение для эксплуатируемых трубопроводов или для трубопроводов, еще не засыпанных землей, и позволяет нанести на область кольцевых швов высококачественное покрытие, особенно при высоких колебаниях температуры.

Наряду с вышеперечисленными преимуществами отмечается так же высокая противоударная прочность, прочность на сжатие и отслаивание. Опыт строителей трубопроводов свидетельствует о том, что высокая сопротивляемость ПЭ - покрытий почти полностью исключает механические повреждения во время транспортировки, хранения и укладки, при условии соответствующего отношения к ним.

В табл. 2.1 приводятся предъявляемые требования и виды контроля, которым подлежит заводское покрытие.

Таблица 2.1

Контроль и требования к покрытиям стальных труб

Для подземных трубопроводов

От трубы к трубопроводу	Контроль и требование
Изготовление	Контроль сырья, заключительный контроль покрытия на пористость, толщину слоя, адгезию, твердость, прочность, растяжение
Транспорт	Противоударная прочность и прочность на сжатие, адгезия, износостойкость
Хранение	Противоударная прочность и прочность на сжатие, адгезия, износостойкость, стойкость к ультрафиолетовому облучению
Прокладка	Противоударная прочность и прочность на сжатие, адгезия, износ
Эксплуатация	Противоударная стойкость, стойкость против старения, стойкость к окружающему грунту, противогрибковая и противобактериальная стойкость, большое переходное сопротивление, стойкость относительно проникновения воды в местах повреждения, а также в случае необходимости тепло- и морозоустойчивость

 

Изоляция труб методом экструзии предусматривает следующую последовательность технологических операций. Трубы по рольгангу поступают в сушильную печь для удаления с их поверхности влаги, снега, инея, наледи и далее в камеру дробеметной очистки. Трубы очищают так же, как и перед нанесением на поверхность покрытия из порошкообразного полиэтилена.

Трубы большого диаметра нагревают в газопламенной печи до 220⁰С. При изоляции труб диаметром менее 600 мм для нагрева используют высокочастотные индукторы.

При нанесении полиэтиленового покрытия экструзионно-намоточным способом на трубу, совершающую равномерное вращательно-поступательное движение, из экструдера через щелевую головку поступает лента клеевого слоя (адгезива) толщиной 0,15 - 0,2 мм и шириной 200 - 250 мм. На этой же позиции поверх клеевого слоя из другого экструдера также через щелевую головку наносится в несколько слоев основное покрытие из свето- и термостабилизированного полиэтилена. Существуют конструкции устройств нанесения полиэтиленовой изоляции методом экструдирования, в которых напыляется слой эпоксидной смолы как клеевая основа.

Температура изоляционных материалов на выходе из щелевых головок экструдеров составляет 200 – 220⁰С. Рабочая температура выбрана таким образом, чтобы могли склеиться под давлением соответственно углу подъема намотки наносимые друг на друга внахлест слои в бесшовное, однородное покрытие, которое прочно держится на трубе. Толщина полиэтиленового покрытия регулируется кратностью нахлеста спирально наматываемой ленты из головки экструдера, что в свою очередь обусловливает частоту вращения и осевое перемещение труб (рис. 2.3).

Толщина ленты основного слоя 0,3 - 0,5 мм и ширина 600 - 650 мм.

Для получения покрытия толщиной 2,5 - 3,0 мм выполняют четырех-пятикратный нахлест ленты основного слоя. В процессе формирования изоляционного покрытия трубы вращаются с частотой 7 об/мин и перемещаются в продольном направлении со скоростью 0,5 - 1,2 м/мин. Вращение труб осуществляется за счет косорасположенных роликов рольганга.

 

Рис. 2.3. Принцип способа экструзионной намотки

 

Для уплотнения полиэтиленового покрытия используется прижимной ролик с фторопластовым покрытием, который, обжимая изоляцию, способствует соединению отдельных слоев полиэтилена и превращает его в монолитное покрытие.

Покрытие методом непрерывной экструзии «чулком» наносится с помощью наклонной кольцевой головки, питание которой обеспечивается двумя или тремя экструдерами в зависимости от диаметра труб и производительности изоляционной установки.

Температурный режим работы экструдеров и головки аналогичен экструзионно-намоточному способу. Для обеспечения оптимальных условий формирования адгезионной связи между клеевым слоем (адгезивом) и поверхностью трубы применяется вакуумирование головки.

После нанесения полиэтиленового покрытия его охлаждают до температуры 60 – 70⁰С, обливая трубы холодной водой. Далее охлажденные трубы поступают на пост контроля для проверки сплошности, толщины и адгезии покрытия.

Трубы с полиэтиленовым покрытием можно гнуть холодным способом.

 

Эпоксидные покрытия

 

Из термореактивных материалов (эпоксидных, фенольных, полиэфирных, полиакрилатных и др.) широкое применение для изоляции труб нашли эпоксидные.

Основные требования к защитным покрытиям на основе эпоксидных порошковых красок:

Толщина, мм	0,25 – 0,50
Диэлектрическая сплошность при напряжении, кВ	2,0
Прочность при ударе, Дж, не менее	7,5
Переходное электросопротивление, Ом×м2, не менее: после нанесения защитных покрытий на законченных строительством и засыпанных участках сооружений	1,0 × 107 5,0 × 104
Максимальная температура эксплуатации (температура транспортируемого продукта), 0С	80

 

Эпоксидные порошковые краски представляют собой смесь эпоксидной смолы, отвердителя, ускорителя, пигмента, наполнителя, тиксотропных и поверхностно-активных добавок. Для получения порошков используют эпоксидные смолы с температурой плавления 95 – 110⁰С. В качестве отвердителя применяют дициандиамид, гидразин, метилтетрагидрофталевый ангидрид. Наполнителем может служить сульфат бария. В качестве пигментов применяют окислы титана, хрома, железа.

К преимуществам эпоксидных покрытий относятся высокая адгезионная прочность, стойкость к воздействию повышенных температур, низкая кислородопроницаемость. Их можно наносить без предварительного грунтования поверхности металла.

Порошковые эпоксидные краски наносят на трубы методом пневматического напыления как с применением электростатического поля так и без него.

Покрытия наносят на тщательно очищенную от всех загрязнений поверхность труб, нагретую до 220 – 230⁰С. Порошок напыляют на вращающуюся трубу через специальные распылители, при этом труба перемещается, вдоль распылителей со скоростью 0,8 - 1,2 м/мин. Далее труба с напылен-ным покрытием поступает в камеру полимеризации, где происходит отверждение изоляционного покрытия. Время отверждения при температуре 200⁰С составляет 20 - 30 мин. После камеры полимеризации изолированные трубы обдуваются воздухом и, охлажденные до комнатной температуры, поступают на пост контроля, где проверяют сплошность, толщину и ударную прочность изоляции.

 

Эмаль-этинолевое покрытие

 

Применяемая для изготовления защитных покрытий труб и емкостей эмаль этиноль представляет однородную массу, состоящую из пленкообразующего материала — лака этиноль и наполнителя - хризотилового асбеста.

Для изоляции трубопроводов, прокладываемых на участках, где отсутствуют блуждающие токи, в состав эмали этиноль может быть введен литейный графит.

Плотность эмали этиноль при 20⁰С составляет 1,65 - 1,75 г/см³.

Толщина эмали этинолевого покрытия, соответствующего весьма усиленному типу, должна быть не менее 0,6 мм. Покрытие наносится в условиях трубоизоляционных баз (мастерских).

Лак этиноль (ТУ 6-01-985-75) представляет собой однородную прозрачную жидкость коричневого цвета, являющуюся раствором полимеризованных производных ацетилена в ксилоле или ксилольной фракции. В состав лака входят стабилизаторы, древесно-смоляной антиокислитель или антиполимеризатор.

Приготовление эмали этиноль сводится к перемешиванию компонентов в специальной мешалке - диспергаторе, рассчитанном на единовременное приготовление 250 - 300 кг эмали этиноль. Диспергатор должен быть оборудован водяным охлаждением и заземлением. Частота вращения вала диспергатора должна быть 1400 - 1600 об/мин. При изготовлении эмали этиноль в диспергатор заливают лак этиноль и при непрерывном перемешивании порциями вводят асбест. В случае приготовления эмали этиноль с литейным графитом последний вводится в лак этиноль порциями одновременно с асбестом. После введения всего нормируемого количества компонентов массу продолжают перемешивать 45 мин.

Подготовка поверхности должна обеспечить полную очистку стали от продуктов коррозии, грязи, неплотно сцепленной со сталью окалины и т.д. Одновременно с очисткой поверхности металла ему следует придать оптимальную шероховатость, обеспечивающую наилучшую адгезию защитного покрытия к стали, путем дробеструйной обработки поверхности стальной или чугунной колотой дробью с размером частиц 0,6 - 0,8 мм. Для дробеструйной очистки труб могут быть использованы двухкамерные аппараты напорного действия или инжекционные дробеструйные установки.

Эмаль этиноль наносится на трубы трехвалковым механизмом в режиме обратной ротации, при котором совпадают направления вращения изолируемой трубы наносящего и подающего валков. Трехвалковый механизм состоит из подающего, калибрующего и наносящего валков, смонтированных в емкости для эмали этиноль и приводимых в действие одним электродвигателем.

Механизм установлен на каретке, передвигающейся под действием пневмоцилиндра в направлении, перпендикулярном к оси трубы.

Каретка со всем наносящим устройством монтируется на тележке, передвигающейся по рельсам параллельно оси вращаемой изолируемой трубы.

Трубы и емкости с нанесенными эмаль-этинолевыми защитными покрытиями могут оставаться на складе не менее 120 ч, в течение которых происходит сушка покрытий.

 

Стеклоэмалевые покрытия

 

Стеклоэмалевые покрытия обладают высоким сопротивлением на истирание, устойчивы к воздействию различных агрессивных сред, к почвенной коррозии и высоким температурам. Их рекомендуется применять на горячих участках нефте- и газопроводов. Стеклоэмалевые покрытия толщиной 0,5 - 0,6 мм допускается эксплуатировать при температурах транспортируемого по трубопроводу продукта до + 300⁰С. Термическая стойкость эмалей 220 - 290⁰С.

Стеклоэмалевое покрытие состоит из одного слоя грунтовой и трех слоев покровной эмали.

Технология индукционного эмалирования труб заключается в следующем. Чтобы удалить с поверхности органические загрязнения, трубы обжигают в печи при температуре 400 – 650⁰С, затем очищают от ржавчины, окалины на дробеструйных установках.

На очищенную поверхность трубы наносят эмалевый шликер методом распыления или окунанием в шликерную ванну.

Сушка и обжиг нанесенного шликера осуществляются индукционным способом на роторном стане. Толщина одного слоя эмали не превышает
150 мкм. Сушат покрытие при температуре 95 – 110⁰С.

Температура обжига эмали зависит от ее состава. После нанесения и обжига каждого слоя эмали контролируют качество покрытия.

 

Номенклатура материалов,