Повреждения судовых трубопроводов от коррозии и эрозии. Способы ремонта, материалы прокладок.

По характеру функций, осуществляемых трубопроводами судовых систем, они являются относительно простыми конструктивными элементами судна. В то же время от надежности систем во многом зависит безопасность эксплуатации судна. Специфические условия, в которых находятся трубопроводы при эксплуатации, обусловили их интенсивное поражение коррозией и эрозией. Это предъявляет высокие требования к их обслуживанию и знанию причин их повреждений. Судно имеет значительное количество систем, выполняющих различные функции, трубопроводы которых находятся в контакте с различными средами. В целом трубопроводы, арматура и другие части систем в процессе эксплуатации подвергаются коррозии, в них появляются свищи, трещины и разрывы, на рабочих плоскостях арматуры -царапины и задиры, возможны вмятины, дыры, изломы. В местах подвесок и креплений наблюдаются коррозия, истирание отдельных участков труб, если отсутствуют прокладки или имеются недостатки монтажа. Нарушается плотность соединений и герметичность арматуры.

Повреждения трубопроводов обусловлены теми условиями, в которых они находятся при эксплуатации: воздействием среды, протекающей по трубопроводу, и окружающей. Играют роль температура, давление, характер среды и ее качество, а также недостатки постройки, некачественный материал и др.

Коррозия может распространяться по всей поверхности труб либо носить местный характер; наблюдается часто в соединениях (места сварки, пайки). Также коррозии подвергаются детали арматуры. В присутствии морской воды наблюдается интенсивное коррозионное поражение трубопроводов и арматуры, в частности систем забортной воды. Арматура трубопроводов разрушается также в результате контактной коррозии.

Латунные и красномедные трубы в морской воде также коррозируют в силу особых причин. Так, коррозия латуни в морской воде происходит вследствие обесцинкования (избирательная коррозия), красная медь коррозирует из-за окислителей, содержащихся в морской воде. На медных трубах в морской воде появляются отдельные очаги, которые могут превратиться в глубокие язвы и даже свищи. В этом смысле опасны омываемые водой места пайки труб латунным припоем.

Под действием коррозии разрушаются отдельные части трубопроводов, решетки фильтров, приемные патрубки и шахты, корпуса клапанов, штоки и др.

Арматура трубопроводов в зависимости от назначения, условий, конструкции имеет специфические повреждения. В клапанной арматуре наблюдаются царапины, раковины и трещины на рабочих поверхностях тарелки клапана или гнезда, наработки на поверхностях прилегания клапана и гнезда, коробление тарелки клапана, изгиб и разрывы штока клапана, поломка пружин, разрыв прокладок стакана клапана. Вследствие отмеченных дефектов клапанной арматуры увеличиваются зазоры между тарелкой клапана и гнездом, возможно заклинивание штока клапана, выход из строя арматуры.

Для пробковой арматуры характерны следующие дефекты: царапины, задиры на пробках и гнездах, царапины, задиры и трещины на фланцах корпуса, несовпадение кратеров гнезд и пробок. Эти дефекты связаны с попаданием на трущиеся поверхности посторонних твердых тел, применением некачественного металла, недостатками изготовления и сборки. С точки зрения коррозионной стойкости материала труб различают трубопроводы со степенью коррозии:

относительно малой (0,15–0,2 мм/год) внутренних и наружных поверхностей. Это трубы, находящиеся в сухих помещениях, по которым транспортируются среды незначительной агрессивности к металлу данных труб (пар, паровой конденсат, питательная и питьевая вода, воздух, топливо, масла и др.);

повышенной внутри (не менее 0,2 мм/год) и умеренной снаружи (не выше 0,15 мм/год). Сюда относятся трубопроводы, по которым транспортируются вещества с повышенной агрессивностью (забортная морская вода, холодильные рассолы, попеременно нефтепродукты и морская вода, агрессивные газы);

повышенной снаружи и умеренной внутри. Это трубопроводы, проходящие на открытых палубах, в междудонных отсеках, под шпигатами машинного отделения (МО), под котлами, по которым подаются вещества с умеренной агрессивностью;

повышенной внутри и снаружи. К ним относятся трубопроводы, по которым транспортируются агрессивные среды, проложенные в неблагоприятных условиях (открытых палубах, грузовых танках, междудонных пространствах и т.п.).

Недопустимо наличие: трещин, расслоения материала труб, групповых коррозионных раковин, глубина которых превышает более 50%, а на участках изгиба - более 20% исходной толщины трубы; утонения стенок труб более чем на 25%, овальности 10% и более, вмятин глубиной более 0,08 и протяженностью более 1,5 наружного диаметра. Овальность и вмятины недопустимы для труб, работающих при большом давлении наружной среды.

Ниже рассмотрены характер и виды повреждений трубопроводов некоторых судовых систем.

Трубопроводы охлаждения судовых энергетических установок забортной водой. Трубопроводы изготовляют из меди и ее сплавов или из стали. На некоторых судах медные трубы системы охлаждения разрушались забортной водой Разрушение носило местный очаговый характер и наблюдалось в зонах образования завихрений (крутые изгибы, стыки, места установки вентилей, задвижек, штуцеров, отводов и т. п.) Эти поражения связаны с недостаточной коррозионной стойкостью меди при высокие скоростях морской воды. Поэтому рекомендуется не допускать скорость воды в медных трубах выше 1,34 -1,5 м/с и удалять из воды воздух и взвешенные твердые частицы.

Для более высоких скоростей среды внутри труб рекомендуются медно-никелевые сплавы. Однако необходимо учитывать относительную дороговизну и дефицитность этих сплавов.

При изготовлении и монтаже следует избегать крутых поворотов, резких изменений сечении, выступающих внутрь кромок штуцеров и отводов, несоосных стыков, прокладок несоответствующих размеров и т. п. Выделяющийся из воды воздух усиливает коррозию и эрозию труб. Поэтому следует дегазировать воду. Температура воды практически не сказывается на повреждениях медных труб.

При спокойной морской воде и малых ее скоростях движения коррозионная стойкость стали ниже, чем меди. При скорости движения воды, не превышающей 2 - 2,5 м/с, коррозия стальных труб относительно невелика. Характер коррозии сплошной и составляет 5 - 0,5 мм/год. При значительных скоростях интенсивность коррозии возрастает.

Повышение температуры воды увеличивает интенсивность коррозии стальных труб: при температуре выше 45°С применение стальных труб при проточной воде не рекомендуется.

Трубопроводы пожарные, балластно-осушигельные, сточно-шпигатные, оросительные, моечные. Трубопроводы собирают из стальных труб, иногда с применением защиты (цинкование и др.). Скорость коррозии внутренней поверхности этих трубопроводов примерно одинакова; коррозия наружных поверхностей зависит от того, в каких местах судна проходят трубы. Влияет также качество ухода и защиты. Те участки трубопроводов, которые проходят в труднодоступных местах, из-за чего затруднен уход, а также трубы, проходящие на палубах, под плитами МО, площадками коррозируют более интенсивно, чем трубы, проходящие в жилых и служебных помещениях, трюмах, коридорах, т. е. в местах с хорошей доступностью и, следовательно, хорошим уходом.

Если трубопроводы постоянно заполнять холодной водой, то скорость коррозии внутри может быть 0,2 - 0,3 мм/год. При периодическом опорожнении трубопроводы коррозируют больше, в среднем 0,3 - 0,4 мм/год. Это трубопроводы орошения палуб танкера, сточно-шпигатные, искрогашения, балластно-осушительные.

При хорошем уходе и окраске труб коррозия с внешней стороны не решает вопроса долговечности. В таких условиях интенсивность коррозии составляет 0,03 - 0,06 мм/год.

Трубопроводы пресной мытьевой и питьевой воды. Здесь коррозия с внешней стороны аналогична описанной. Внутренние поверхности, находящиеся в контакте с пресной водой, склонны к появлению местной коррозии, особенно при наличии на стенках металлургической окалины. Однако по сравнению с другими судовыми системами коррозия внутренних поверхностей трубопроводов пресной воды менее интенсивна. На этих поверхностях обычно наблюдается умеренная коррозия при наличии незначительного количества бугорков продуктов коррозии.

Обычно ремонтное вмешательство, связанное с заменой части труб, происходит по причине разрушения наружных поверхностей.

Питательные и конденсатные трубопроводы. Коррозия внутренних поверхностей сравнительно мала. Наружные поверхности находятся в условиях, аналогичных предыдущим. Наибольшему разрушению подвергаются трубопроводы, находящиеся на палубе, из-за частого контакта с морской водой (скорость коррозии 0,2 - 0,3 мм/год). Значительное разрушение наблюдается у трубопроводов, покрытых тепловой изоляцией, которая удерживает влагу (скорость коррозии 0,4 - 0,5 и даже 0,6 - 0,8 мм/год).

Трубопроводы острого и отработанного пара. Наибольшему разрушению трубопроводы подвергаются снаружи. Значительно разрушаются трубопроводы (змеевики) обогрева груза в танках. Особенно это заметно у змеевиков обогрева балластируемых танков, где попеременно происходит контакт труб с балластной морской водой и нефтепродуктами при различный соотношениях среды и температуры. Известны случаи появления сквозных отверстий вследствие коррозии через 3 -1,5 года.

Грузовые трубопроводы танкеров. Степень коррозии зависит от места расположения трубопровода (на палубе, внутри танка, в закрытых помещениях). Наибольшей коррозии подвергаются трубы в танках, наименьшей - в закрытых помещениях. Внутренние поверхности попеременно контактируются с нефтепродуктами и морской водой при ограниченном доступе кислорода.

Плотность во фланцевых и штуцерных соединениях трубопроводов восстанавливают их обжатием, так как она нарушается в основном из-за ослабления затяжки фланцевых болтов и накидной гайки.

При восстановлении плотности прокладки её обычно заменяют.

В условиях эксплуатации судна возможно устранение трещин, свищей и потери плотности соединений трубопроводов. Для устранения трещин и свищей применяют сварку, либо дефектные трубы меняют на новые.

В тех случаях, когда сварку применить нет возможности, применяют способы временного устранения повреждений труб:

- используют мягкую прокладку и металлическую накладку. Плотность обеспечивают натяжением хомута с помощью винта;

- способ клетневания (навивка проволокой);

- дефектный участок трубопровода вырезают и на его место устанавливают новый трубопровод, либо дюритовый шланг, концы которого обжимают;

- обмотка трубы стеклотканью на эпоксидной смоле, или применяют другие материалы.

Отдельные вмятины устраняют правкой с нагревом трубы до 650-700 С в месте дефекта. На фланцы устанавливают заглушки, а через штуцер одной из заглушек соединяют с трубопроводом сжатого воздуха и поднимают давление до 0,4 МПа. По мере нагрева вмятина начинает выправляться под воздействием давления сжатого воздуха в трубе. Чтобы не образовалась выпуклость, на дефектный участок накладывают накладку, а разогретый участок охлаждают водой. Процесс изготовления труб и компенсаторов состоит из заготовки шаблонов, гибки труб, вырезки отверстий для штуцеров, приварки фланцев и гидравлических испытаний. Шаблоны изготавливают из стальной мягкой проволоки диаметром 6 мм по месту, либо по заменяемым трубам, либо по контрмакетам, либо по чертежам, предварительно перечерченным в натуральную величину на плазе. Трубы изгибают горячим способом с наполнителем, или холодным без наполнителя, на трубогибочных станках. При горячей гибке труб, в качестве наполнителя используют кварцевый или чистый речной песок, просушенный при температуре 150-220 С и просеянный через сито № 6 (размер ячеек 3x3 мм). Для заполнения труб небольшого диаметра (из цветных металлов) применяют канифоль. Выходные отверстия трубы забивают деревянными пробками. При холодной гибке труб диаметром до 25 мм применяют ручные станки, а диаметром от 25 до 300 мм – станки с механическим приводом. Прочность труб проверяют при гидравлических испытаниях пробным давлением, превышающим в 1,5-2 раза рабочее давление (в зависимости от назначения трубопровода).

При проведении ремонтных работ по восстановлению прочности и плотности системы подвергают гидравлическим испытаниям. Перед испытанием все трубы очищают от грязи, краски и ржавчины, трубы медные и латунные подвергают отжигу с последующим охлаждением в воде или на воздухе. Температура отжига красномедных труб составляет 550-650 С, латунных – 640-680 С, время выдержки 1 мин на 1 мм толщины трубы.

Для увеличения срока службы стальных трубопроводов применяют металлические, лакокрасочные, полимерные и другие покрытия. Цинковые покрытия на трубу наносят следующими методами: термодиффузионным – в порошковой смеси; горячим – в расплаве цинка; гальваническим методом.

При термодиффузионном методе трубы заполняют смесью из 80% цинкового порошка и 20% молотого пылевидного кварца, укладывают в муфели, засыпают шихтой и накрывают крышкой. Муфели помещают в печь и выдерживают 8-10 часов при температуре 480-500 С.

Наиболее широко применяют метод горячего цинкования, для этого трубы погружают в расплав цинка через флюсовую подушку. Для повышения стойкости покрытия в расплав цинка вводят микродобавки титана, магния и алюминия. Время выдержки трубы в ванне с расплавом цинка зависит от необходимой толщины цинкового покрытия и температуры расплава.

Представляет интерес способ повышения коррозионной стойкости судовых трубопроводов, изготовленных из углеродистой стали путём нанесения на них защитного титанового покрытия методом диффузионного насыщения. Диффузионное титанирование образцов из стали марки 10 и 25 проводят в смеси порошка ферротитана, плавикового шпата и фтористого натрия при температуре 900-1000 С в течение 6 часов. В результате диффузионного насыщения на стали образуется слой светло-серого цвета толщиной до 1,5 мм, прочно связанный с металлом. Диффузионные титановые покрытия на сталях по своей коррозионной стойкости в морской воде мало чем уступают титановым сплавам, за счёт образования на поверхности стали защитных плёнок типа ТЮ2. Результаты испытаний в морской воде позволяют рекомендовать титанированую углеродистую сталь для работы в агрессивных средах, содержащих ионы хлора. На ряде судоремонтных предприятий в качестве защитного покрытия труб применяют фенольную эмаль ФЛ-412, которая представляет собой суспензию цинкового крона и алюминиевой пудры в бакелитовом лаке. Нанесение эмали на трубопроводы выполняют в три слоя, общая толщина покрытия составляет 250-300 мкм. С целью повышения защитных свойств эмали окрашенные трубы подвергают термообработке при температуре 60-80 С в течение 7-8 часов в пресной воде, турбинном масле или воздушной среде. Срок службы трубопроводов забортной воды достигает 6-9 лет.

Для пригонки и сборки труб применяют следующие методы: с промежуточной пригонкой на судне; по макетам без пригонки на судне; по эскизам и аналитической информации на механизированных сборочных стендах.

Метод промежуточной пригонки на судне может применяться для сборки забойных труб с приварными фланцами, сварными соединениями встык, а также забойных труб со свободными фланцами на приварном кольце.

Пригонку труб с фланцами по месту производят в следующей последовательности. Изогнутые с припусками на концах трубы и фланцы транспортируют на судно и размещают по штатным местам. Путём различных перемещений добиваются соосности концов труб. Размечают чертилкой линии отрезки припусков. Отрезку припусков и зачистку концов труб на судне производят вручную, а в цехе – на стационарных отрезных и зачистных станках.

Для уплотнения соединяемых между собой при монтаже труб и арматуры применяют прокладки из различных материалов. Материал прокладок выбирают в зависимости от рабочей среды, ее температуры и давления. Прокладки представляют собой кольца, изготовленные из мягких материалов или металла. Эти кольца при монтаже трубопроводов устанавливают между фланцами, а в штуцерных соединениях – между ниппелем и штуцером. Качество получаемого уплотнения соединений зависит от материала прокладки, степени пригонки фланцев одного к другому, качества изготовленных прокладок и правильности их установки и равномерности обжатия.

При плохой пригонке фланцев прокладки зажимаются неравномерно, вследствие чего легко образуется неплотность. Материал прокладок должен обладать: – достаточной упругостью для восприятия внутреннего давления и температурных удлинений трубопровода; – устойчивостью против разъедающего действия среды, протекающей через трубопровод; – стойкостью при изменении температуры.

Обычно в судовых трубопроводах применяют прокладки ив паронита, клингерита, резины, картона, асбеста, меди, фибры и других материалов. Приведены данные о прокладочных материалах, применяемых в судовых трубопроводах и системах в зависимости от транспортируемой в них среды. Толщину паронитовых прокладок выбирают в зависимости от условного прохода труб по отраслевой нормали ОН9-653-67. Резиновые прокладки для аналогичных диаметров труб ставят на 0,5 мм толще указанных. Проходящие, по трубопроводам под давлением вода, пар, воздух, нефть, масло и другие вещества могут при достаточно плотных фланцевых соединениях труб просачиваться через сальники, установленные на трубопроводе арматуры. Во избежание такой утечки сальники набивают плетеным шнуром, материал которого выбирают в зависимости от проводимой в трубопроводе среды. Указаны материалы для набивки сальников арматуры, применяемые в зависимости от давления, температуры и ч среды, проходящей по трубопроводам