БИТУМНО-МАСТИЧНЫЕ И ЛЕНТОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ.

В середине двадцатого века основным антикоррозионным покрытием магистральных нефтегазопроводных труб были два вида изоляции - битумная и изоляция полимерными липкими лентами. Эти покрытия наносились прямо на трассе, имели низкую механическую прочность и обеспечивали защиту труб от коррозии не более 10 - 12 лет.

Недостатки данных покрытий связаны, прежде всего, с крайне узким температурным диапазоном их применения. В зимнее время, при отрицательных температурах воздуха, битумные покрытия охрупчиваются и разрушаются при незначительных механических нагрузках и деформациях. В летний же период, а также при температурах выше плюс 30ºС, битумно-мастичные покрытия размягчаются, переходят в вязко-текучее состояние и могут оплывать и продавливаться как под воздействием грунта, так и под весом трубопровода. Кроме того, битумные покрытия обладают высоким водопоглащением. Это приводит к ухудшению их диэлектрических характеристик, к снижению переходного сопротивления покрытия, в результате чего со временем в значительной степени возрастают расходы на катодную защиту трубопроводов.

По сравнению с битумно-мастичными покрытиями полимерные ленточные покрытия технологичны при нанесении, обладают более широким температурным диапазоном применения (от -20ºС до +40ºС), с незначительным водопоглащением, крайне низкой влаго-кислородопроницаемостью, высокими диэлектрическими характеристиками, переходным сопротивлением, повышенной стойкостью к катодному отслаиванию.

В то же время накопленный практический опыт применения данных покрытий на трубопроводах больших диаметров показал, что из-за пониженной адгезии покрытия к стали (1,5-2,0 кг/см ширины) и естественной ползучести бутилкаучукового клеевого подслоя полимерной ленты под воздействием оседающего в траншее грунта происходит сдвиг покрытия по поверхности трубы. Это приводит к растрескиванию покрытия под напряжением или даже к его полному механическому разрушению и, как следствию, ускорению коррозионных процессов (62; 13 - 14).

КОМБИНИРОВАННОЕ ЛЕНТОЧНО-ПОЛИЭТИЛЕНОВОЕ ПОКРЫТИЕ

Первоначально исследования в данной области были направлены на разработку однослойных полиэтиленовых покрытий, которые наносились на предварительно очищенные и нагретые до заданной температуры трубы посредством напыления порошковых полимерных композиций. Однако, из-за недостаточной водостойкости адгезии и низкой стойкости к катодному отслаиванию при повышенных температурах эти покрытия так и не получили широкого применения.

В 60-е годы были разработаны и внедрены в практику строительства трубопроводов мастично-полиэтиленовые покрытия, конструкция которых состоит из слоя экструдированного полиэтилена, наносимого по мастичному подслою (так называемому "мягкому" адгезиву). В качестве адгезионного подслоя в таких покрытиях использовались изоляционные мастики на основе битумных композиций и асфальто-смолистых соединений.

С целью снижения стоимости заводских ленточных покрытий, а также повышения устойчивости покрытий к продавливанию и к воздействию ударных нагрузок в АО "ВНИИСТ" было разработано комбинированное ленточно-полиэтиленовое покрытие для труб до 530 диаметра, в конструкции которого вместо дополнительных слоев полимерной ленты и защитной обертки используется ударопрочный слой на основе экструдированного полиэтилена.

По основным показателям физико-механических, защитных и эксплуатационных свойств комбинированное ленточно-полиэтиленовое покрытие в значительной степени превосходит битумно-мастичные и ленточные покрытия трубопроводов. Трубы с этим покрытием могут храниться при температурах окружающей среды от -50ºС до +50ºС. Температурный диапазон эксплуатации данных трубопроводов от минус 20 до плюс 40ºС, а прогнозируемый срок службы - 35 - 40 лет.

ПОЛИЭТИЛЕНОВЫЕ ПОКРЫТИЯ.

В конце 60-х годов фирмой "BASF" (Германия) был разработан сополимер этилена и эфира акриловой кислоты ("Lucalen"), который впервые стал применяться в качестве термоплавкого клеевого подслоя в конструкции двухслойного полиэтиленового покрытия. Позднее был разработан еще целый ряд термоплавких клеевых композиций на основе сополимеров, обеспечивающих высокую адгезию полиэтиленового покрытия к стали. Двухслойное полиэтиленовое покрытие получило очень широкое применение в Европе и на долгие годы стало по существу основным заводским антикоррозионным покрытием труб (60; 59).

В первую очередь это были различные марки полиэтилена низкой и высокой плотности, имеющие хорошую механическую прочность, теплостойкость до 50 - 60ºС, стойкость к различным агрессивным средам, незначительное водопоглащение и хорошую морозостойкость. Производство полиэтилена было самым крупнотоннажным во всей нефтехимической отрасли, стоимость его была низкой, и заводская полиэтиленовая изоляция получила широкое распространение. По своим защитным свойствам она более чем в двое превосходила трассовые типы изоляции, а по стоимости была ниже, чем полимерные липкие ленты. Нанесение полиэтилена осуществлялось методом боковой экструзии на трубы, двигающиеся поступательно-вращательно по специальным рольгангам.

Отечественный опыт заводской изоляции труб полимерными материалами насчитывает около 25 лет.

В 1976 году на Волжском трубном заводе на базе отечественного оборудования был сдан в эксплуатацию участок антикоррозионных эпоксидных покрытий спирально-шовных труб производительностью до 100 тыс. тонн в год. После модернизации оборудования в 1982 г. производительность линии изоляции составляла 120 тыс. тонн в год.

Для обеспечения нужд Москвы в 1986 г. Московским правительством была закуплена, а в 1987 г. запущена в производство на Московском опытно-экспериментальном трубозаготовительном комбинате линия двухслойной полиэтиленовой изоляции труб диаметром 630 - 2020 мм, поставленная голландской фирмой "Selmers". В 1988 - 89 гг. силами специалистов комбината были спроектированы, изготовлены и запущены в производство три линии изоляции труб малого диаметра (57 - 530 мм) на которых за восемь лет работы было выпущено 1500 км изолированных труб.

В 1999 г. взамен третьей линии совместно с голландской фирмой "Selmers" была изготовлена, смонтирована и запущена в производство линия для нанесения 3-х слойной полиэтиленовой изоляции (77; 26).

Конструкция трехслойного покрытия отличается от двухслойного покрытия наличием еще одного слоя - эпоксидного праймера. Эпоксидный праймер (толщина слоя от 70 до 20 мкм) наносится на предварительно очищенные и нагретые до заданной температуры методом напыления в электростатическом поле порошковой эпоксидной краски, после чего по праймеру экструзии наносятся расплав термоплавкой композиции адгезива и расплав полиэтилена (60; 59).

В планах строительства нефтегазопроводов на период 1985 - 1990 гг. подчеркивалось, что сооружение объектов нефтяной и газовой промышленности будет отличаться выполнением самых крупных строительных программ за весь период существования отрасли, в том числе по обустройству промыслов на газовых и нефтяных месторождениях, расположенных в исключительно сложных природно-климатических условиях на севере Западной Сибири.

В качестве одной из основных задач планировалось повысить уровень защиты трубопроводов от коррозии путем широкого применения изоляции труб на трубопрокатных заводах и доведения их выпуска к 1990 г. до 2,45 млн. тонн; создать к 1988 г. крупнотоннажное отечественное производство изоляционных полимерных лент и оберток в Миннефтегазстрое на 60 тыс. т и в Минхимпроме на 30 тыс. т, чтобы полностью отказаться от импорта изоляционных материалов; организовать выпуск термостойких изоляционных лент типа ЛЭТСАР-ЛТМ с 1987 г. по 1000 т/год на основе радиационно-модифицированного полиэтилена, с 1988 г. по 1000 тыс. т/год автономных катодных станций, протяженных протекторов из деформируемых магниевых сплавов (112; 297 - 298).

ПОЛИМЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СИСТЕМЕ ГАЗИФИКАЦИИ.

Многими специалистами подчеркивалось, что качественно новым и кардинальным решением проблемы защиты от коррозии стальных газопроводов был бы переход на сооружение их из пластмассовых труб. В СССР этап развития внедрения пластиковых труб (конец 50-х - 60-е годы) характеризуется поиском способов соединений труб и термопластов, пригодных для сооружения газопроводов.

Так ВНИИСТ приступил к разработке технологии стыковых сварных соединений полиэтилена. Полиэтиленовые трубы стали применяться при строительстве водопроводов, канализационных, дренажных и технологических трубопроводах. В конце 70-х годов полиэтиленовые трубопроводы стали применяться в нефтяной, а затем и в газовой промышленности (24; 23 - 25).

В это время ВНИИСТом была сконструирована и изготовлена на Киевском экспериментально-механическом заводе серия контактно-сварочных машин УСПТ-7 для сварки полиэтиленовых трубопроводов диаметрами 63 - 630 мм в полевых условиях. Эта оригинальная автоматизированная установка выполняла все подготовительные и сварочные процессы по программе механизированным способом, так как имела гидро- и электропривод. По трассе она перемещалась как прицеп к автотранспорту. Установка УСПТ-7 отлично зарекомендовала себя при сварке полиэтиленовых трубопроводов в 1982 г. на обустройстве Астраханского ГНЗ и промыслах, где газ содержит до 30% сероводорода, губительного для стальных труб.

Позднее в ИЭС им. Патона были сконструированы трубосварочные установки для сварки пластмассовых труб диаметрами 10 - 1200 мм и налажен их серийный выпуск в Армении (24; 23 - 25).

Однако ограниченный выпуск пластмассовых труб в стране, а главное, специализированных для транспортирования газа, значительно ограничивал объемы строительства полиэтиленовых газопроводных сетей.

С началом выпуска в 1986 г. заводом ОАО "Казаньоргсинтез" полиэтиленовых газовых труб значительно увеличивается доля этих труб в газификации страны. К этому времени ГИПРОНИИГАЗом были разработаны государственные строительные нормы и правила на проектирование и строительство полиэтиленовых газопроводов. Все это позволило сооружать газопроводы не только низкого давления - до 0,003 МПа, но и межпоселковых на давление 0,6 МПа.

Таким образом, в 80-х и начале 90-х годов отечественное машиностроение и трубное производство, применительно к строительству систем газификации, находилось в динамичном развитии. С распадом государства прекратился выпуск трубосварочных установок, сократился объем выпуска труб. Многие заводы, производящие полиэтиленовые трубы, остались в ставших самостоятельными государствами республиках (24; 23 - 25).

Уже в конце 90-х годов российский рынок стал активно заполняться сварочно-монтажным оборудованием и полиэтиленовыми газовыми трубами зарубежного производства. ГИПРОНИИГАЗ и ВНИИСТ разработали СП 42-101-96 на проектирование и строительство распределительных газопроводов на давление до 0,6 МПа, в том числе с учетом труб, соединительных деталей и сварочных машин зарубежного производства. На очереди встал вопрос о повышении давления газа в системах газификации (24; 23 - 25).