О заводской изоляции труб на отечественных предприятиях
С.Г.Низьев, к.т.н, заведующий лабораторией антикоррозионных покрытий труб и элементов трубопроводов ООО «Институт ВНИИСТ».
В настоящее время при строительстве и вводе в эксплуатацию магистральных нефтегазопроводов как за рубежом, так и в Российской Федерации, применяются преимущественно трубы с наружным заводским полиэтиленовым покрытием. По сравнению с трассовой изоляцией трубопроводов внедрение технологии заводской изоляции труб не только позволило ускорить темпы строительства трубопроводов, но и в значительной степени повысить эффективность их противокоррозионной защиты.
Исследования по разработке наружных полиэтиленовых покрытий труб начали проводиться с середины 50-х годов прошлого века. Первые опыты осуществлялись с применением порошковых полиэтиленовых композиций, наносимых на предварительно очищенные и нагретые до заданной температуры трубы методом напыления порошка в электростатическом поле. Однако однослойные полиэтиленовые покрытия труб не получили достаточно широкого применения по причине низкой стойкости покрытия к воздействию воды и к катодному отслаиванию. Кроме того, в случае однослойного полиэтиленового покрытия возникли проблемы, связанные с необходимостью выполнения одним изоляционным материалом - композицией полиэтилена различных технических требований. Этого нельзя достичь без определенных компромиссов. В то же время при применении многослойной системы покрытия можно осуществить оптимальный выбор изоляционных материалов для каждого из наносимых слоев покрытия. При этом используемые в конструкции покрытия материалы должны обладать строго определенным комплексом свойств и сочетаться между собой, образуя единую систему. Благодаря конструкции покрытия типа «сэндвич» можно добиться оптимизации всей системы защитного покрытия труб.
Прогрессивным этапом в области заводской изоляции труб стало внедрение в 1960-1965 гг. нового «экструзионно-рукавного» способа нанесения на трубы полиэтиленового покрытия с применением в качестве клеевого подслоя «мягкого» адгезива. Для адгезионного подслоя в системе двухслойного полиэтиленового покрытия первоначально использовались битумно-мастичные материалы (битумно-каучуковые композиции, асфальтовые композиции и т.д.), а в качестве наружного слоя – термосетостабилизированный полиэтилен. Недостатки «мягкого» адгезионного подслоя, связанные с охрупчиванием битумных мастик при отрицательных температурах и повышенной текучестью при температурах выше плюс 40° С, потребовали поиска новых решений. Благодаря разработанному фирмой «BASF» (Германия) особого сополимера на основе этилена и эфира акриловой кислоты («Lucalen») впервые было получено двухслойное экструдированное полиэтиленовое покрытие с «жестким» адгезивом. С середины 60-х годов эта двухслойная система стала с большим успехом применяться при выпуске труб с заводским покрытием.
В начале 80-х годов в Германии была разработана и запатентована система трехслойного полиэтиленового покрытия труб (покрытие типа «MAPEC»), состоящая из слоя порошкового эпоксидного праймера (толщина от 60 до 200 мкм), адгезионного подслоя на основе термоплавкой полимерной композиции (толщина от 200 до 400 мкм) и наружного полиэтиленового слоя толщиной от 1,5 до 3,0 мм. Включение в конструкцию покрытия в качестве первого слоя специального эпоксидного праймера, обладающего высокой адгезией к стали, повышенной стойкостью к катодному отслаиванию и к воздействию воды, позволило в значительной степени повысить защитные и эксплуатационные характеристики полиэтиленового покрытия. Трехслойная система покрытия представляет собой наилучшую и технически рациональную комбинацию изоляционных материалов, сочетающую превосходную связь покрытия со сталью, стойкость к катодному отслаиванию, низкую влаго- кислородопроницаемость с высокими диэлектрическими и механическим свойствами. Заводские трехслойные полиэтиленовые покрытия, наносимые на трубы с использованием специально подобранной системы изоляционных материалов, общей толщиной от 2,0 до 3,5 мм, отвечают самым современным техническим требованиям и способны обеспечить защиту трубопроводов от коррозии практически на весь период их эксплуатации (до 40-50 лет и более).
Следует отметить, что внедрение технологии заводской изоляции труб в нашей стране проходило в несколько этапов. Впервые заводская полиэтиленовая изоляция труб была внедрена в 1981 году на Альметьевской базе спирально-шовных труб. При этом заводское двухслойное полиэтиленовое покрытие наносилось на трубы диаметром от 114 до 426 мм методом «кольцевой» экструзии расплавов композиции адгезива и полиэтилена.
В 1982 году на Харцызском трубном заводе было освоено производство труб диаметром 1220-1420 мм с двухслойным полиэтиленовым покрытием, наносимым на трубы методом «боковой» плоскощелевой экструзии. Примерно в это же время на Волжском трубном заводе была внедрена технология заводской изоляции труб тонкопленочным (350-400 мкм) эпоксидным покрытием. В конце 80-х - начале 90-х годов на нескольких отечественных предприятиях (АОЗТ «Изопайп», г.Рязань, ООО «Трубопласт», г.Екатеринбург, ЗАО «НЕГАС», г. .Пенза, ГУП «МОЭ ТЗК», г. Москва и др.) была освоена заводская изоляция труб двухслойным полиэтиленовым покрытием. В эти же годы для строительства vагистральных газопроводов диаметрами 1220-1420 мм РАО «Газпром» стал осуществлять закупку труб с заводским полиэтиленовым покрытием по импорту.
Накопленный более чем 20- летний опыт практического применения труб с заводским полиэтиленовым покрытием показал, что данный тип защитного покрытия в наибольшей степени подходит для условий строительства трубопроводов в Российской Федерации. Использование достаточно толстых и ударопрочных полиэтиленовых покрытий позволяет осуществлять перевозку изолированных труб, их длительное хранение и проведение строительно-монтажных работ при прокладке трубопроводов без существенных повреждений защитного покрытия.
Вместе с тем, несмотря на очевидные преимущества заводских полиэтиленовых покрытий, на протяжении достаточно длительного периода времени при строительстве отечественных промысловых и магистральных трубопроводов в качестве наружных антикоррозионных покрытий использовались преимущественно битумно-мастичные и полимерные ленточные покрытия трассового нанесения. Лишь с введением в действие российского стандарта ГОСТ Р 51164-98 «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии», ограничивающим применение полимерных ленточных и битумных покрытий диаметрами трубопроводов не выше 820 мм, применение при строительстве трубопроводов труб с заводской изоляцией стало повсеместным. В настоящее время практически все отечественные магистральные газонефтепроводы строятся из труб с заводским полиэтиленовым покрытием.
На сегодняшний день технология заводской полиэтиленовой изоляции труб освоена более, чем на 20 российских предприятиях. В основном, отечественные предприятия специализируются на двухслойной полиэтиленовой изоляции труб диаметром до 426-530 мм включительно, при этом производительность технологических линий наружной изоляции труб составляет до 150-200 м2/ч.
Первым предприятием, освоившим технологию заводской трехслойной полиэтиленовой изоляции труб, стал Волжский трубный завод. В 1999 году на ОАО «ВТЗ» была смонтирована поточная механизированная линия наружной изоляции фирмы «Bradero Price» (США), обеспечивающая нанесение на трубы диаметром от 168 до 1420 мм трехслойного полиэтиленового покрытия производительностью до 500 м2/ч.
Следующий 2000 год стал по существу поворотным, этапным годом в освоении технологии трехслойной полиэтиленовой изоляции труб в Российской Федерации. С использованием технологического оборудования поставки фирмы «Selmers» (Нидерланды) были введены в эксплуатацию производства по трехслойной полиэтиленовой изоляции труб сразу на нескольких отечественных предприятиях (ГУП «Московский опытно-экспериментальный трубозаготовительный комбинат», ОАО «Челябинский трубопрокатный завод», ОАО «Выксунский металлургический комбинат»). При этом каждая из вводимых в эксплуатацию поточных линий обеспечивала нанесение на трубы диаметром до 1220-1420 мм включительно высококачественных трехслойных полиэтиленовых покрытий с расчетной производительностью до 300-350 м2/ час.
К настоящему времени период освоения новых технологий успешно завершен. Заводы с участием специалистов институтов «ВНИИСТ» и «ВНИИГаз» довольно быстро сумели подобрать системы современных изоляционных материалов для трехслойных защитных покрытий, оптимизировать режимы заводской изоляции труб, оснастить испытательные лаборатории необходимым оборудованием, наладить систему контроля качества и приемосдаточных испытаний покрытий, подготовить собственных квалифицированных специалистов. Технологические линии наружной изоляции труб на данных предприятиях работают с полной загрузкой. Основными заказчиками труб с заводским покрытием являются ОАО «АК «Транснефть» и РАО «Газпром». Трубы с трехслойным полиэтиленовым покрытием используются при строительстве новых нефтяных и газовых магистралей, при проведении капитального ремонта трубопроводов, при обустройстве нефтяных и газовых промыслов.
Следующие задачи в области заводской изоляции труб связаны с расширением производства труб покрытием, с поиском новых эффективных изоляционных материалов. Ну а ОАО «Выксунский металлургический завод» поставил перед собой сверхзадачу – все трубы, производимые предприятием, должны иметь заводское полиэтиленовое покрытие!
Заводы уже приступили к решению этих задач. В 2003 году на Волжском трубном заводе была введена в эксплуатацию вторая линия трехслойной полиэтиленовой изоляции труб производительностью до 200 тыс.тонн изолированных труб в год (400-450 м2/ час ). Линия оснащена современным технологическим оборудованием, двумя установками дробеметной очистки, тремя печами нагрева, высокопроизводительными экструдерами. С вводом в действие второй технологической линии ОАО «ВТЗ» стал сегодня наиболее мощным отечественным предприятием по заводской изоляции труб.
Значительные изменения за последние два года произошли и на других трубных заводах. Практически без остановки производства ОАО «ЧТПЗ» и ОАО «ВМЗ» осуществили закупку дополнительного технологического оборудования (экструдеры полиэтилена, печи индукционного нагрева и др.), произвели его монтаж, наладку и ввод в эксплуатацию. Проведенная модернизация существующих технологических линий позволила заводам увеличить производительность заводской изоляции труб более, чем в 1,5 раза. В 2005 году на ОАО «ВМЗ» планируется смонтировать еще две линии наружной полиэтиленовой изоляции труб, одна из которых предназначена для изоляции труб диаметром до 530 мм включительно, а вторая – для изоляции труб диаметром 1220-1420 мм.
Одновременно с этим на Выксунском металлургическом заводе внедряется технология внутренней изоляции труб. Трубы с внутренним «гладкостным» покрытием будут поставляться для строительства магистральных газопроводов, а трубы с внутренним антикоррозионным покрытием – для строительства промысловых трубопроводов, водопроводов и нефтепродуктопроводов. Аналогичные работы по внедрению технологии и оборудования для внутренней изоляции труб запланированы и на других заводах.
В последнее время тенденция к расширению и модернизации производства наблюдается и на других предприятиях, специализирующихся в области заводской изоляции труб. Была произведена модернизация техноло гии и оборудования на ГУП «Москов ский опытно-экспериментальный трубозаготовительный комбинат». На сегодняшний день на данном комбинате могут проводиться работы по трех слойной полиэтиленовой изоляции труб одновременно на двух линиях. При этом линия изоляции №1 обеспе чивает изоляцию труб диаметром до 2020 мм включительно, а на линии №2 осуществляется изоляция труб диаметром до 1220 мм. Кроме того, на линии изоляции №3проводятся работы по наружной изоляции труб диамет ром до 530 мм двухслойным полиэти леновым покрытием.
После закупки дополнительного оборудования и модернизации существу ющих линий в 2002-2004 гг. внедрена технология трехслойной полиэтиле новой изоляции труб на предприяти ях: ЗАО «НЕГАС», г.Пенза, ООО «Копей ский завод изоляции труб», г.Копейск, Челябинской обл., ООО «Трубопласт», г.Екатеринбург, ООО«Усть-Лабинск газстрой, г.Усть-Лабинск, Краснодар ского кр.
Таким образом, за прошедшие 5 лет ситуация в области заводской изоляции труб в Российской Федерации существенно изменилась. Если в 1999 году производство труб с трехслой ным полиэтиленовым покрытием было освоено лишь на одном заводе, то на сегодняшний день изоляция труб современным трехслойным покрытием осуществляется уже на восьми отечеcтвенных предприятиях. Из-за более высокого качества трехслойного по лиэтиленового покрытия по сравнению с двухслойным покрытием труб заводы, освоившие технологию трехслойной изоляции, получили заметное преимущество перед другими трубоизоляционными предприятиями. В связи с этим на целом ряде предприятий (ОАО «Альметьевский трубный завод», «Нижневартовская база по ремонту труб», ООО «Линия», Краснодарского кр., завод «Юкорт», г.Нефтеюганск) в ближайшие годы планируется провести работы по модернизации линий с целью перехода на заводскую изоляцию труб трехслойным полиэтиленовым покрытием.
Несмотря на то, что заводская изоляция труб переживает сейчас в нашей стране пору своего расцвета, имеется достаточно много проблем, которые требуют срочного решения. Основные проблемы связаны прежде всего с поиском новых изоляционных материалов, используемых для заводской изоляции труб. Необходимо отметить, что до начала применения практически все изоляционные материалы как отечественной, так и импортной поставки, а также полученные на их основе системы двухслойных и трехслойных полиэтиленовых покрытий проходят обязательную комплексную проверку на соответствие предъявляемым техническим требованиям. До 2003 года оценка качества заводских полиэтиленовых покрытий труб проводилась по требованиям российского стандарта ГОСТ Р 51164-98 и по техническим условиям на трубы с покрытием, разработанным на основе данного стандарта. С введением в действие общих технических требований ОАО «АК «Транснефть» ОТТ 04.00-27.22.00-КТН-005-1-03 качество заводских полиэтиленовых покрытий труб, предназначенных для строительства магистральных нефтепроводов, стало оцениваться по новым, более жестким требованиям. Аналогичные технические спецификации на заводские полиэтиленовые покрытия труб были приняты и РАО «Газпром».
Проводимые институтами ООО «Институт ВНИИСТ», ООО «ВНИИГаз» и трубоизоляционными предприятиями испытания показали, что при использовании отечественных изоляционных материалов крайне сложно добиться выполнения современных технических требований, предъявляемых к заводским полиэтиленовым покрытиям труб. Достаточно сказать, что для заводской изоляции труб трехслойным полиэтиленовым покрытием в настоящее время применяются исключительно импортные изоляционные материалы (порошковые эпоксидные краски, полимерные композиции для адгезионного подслоя, композиции полиэтилена). Основными поставщиками порошковых эпоксидных красок являются компании: «ЗМ» (США), «BASF Coatings», «Akzo Nobel» (Германия), «BS Coating» (Франция). Наиболее крупными поставщиками композиций адгезива, композиций полиэтилена высокой и средней плотности являются компании: «Borealis A/G», «Basell Poliolefine», «MPB» (Италия), «Du Pont» (Канада), «Atofine» (Франция). Вышеперечисленные фирмы на протяжении многих лет специализируются в области разработки и производства материалов, предназначенных для заводской изоляции труб. Поставляемые ими изоляционные материалы отличаются высоким качеством и способны обеспечить получение покрытий, отвечающих самым жестким техническим требованиям.
В последнее время в связи с резким повышением мировых цен на нефть стоимость сырья, используемого для производства композиций адгезива и полиэтилена, заметно увеличилась. Одновременно с этим увеличилась и стоимость импортных изоляционных материалов. Задача поиска и выбора более дешевых отечественных и импортных материалов, предназначенных для заводской изоляции труб, стала еще более актуальной.
На протяжении последних двух лет в ООО «Институт ВНИИСТ» проводятся систематические исследования по выбору и испытаниям отечественных изоляционных материалов для двухслойных и трехслойных полиэтиленовых покрытий труб. С этой целью на промплощадке Инженерно-экспериментального Центра АО ВНИИСТ (п.Толбино, Подольского района, Московской обл.) в 2003 г была смонтирована экспериментальная линия наружной изоляции труб, которая позволяет осуществлять отработку технологии и нанесение на трубы диаметром 89-114 мм двухслойных и трехслойных полиэтиленовых покрытий. В состав оборудования линии входят: роликовый конвейер, перекладчики труб, установка дробеструйной очистки, печь индукционного нагрева, установка для напыления порошковых эпоксидных красок, узел нанесения жидких эпоксидных красок, экструдеры для нанесения на трубы методом боковой «плоскощелевой» экструзии полимерного адгезионного подслоя и наружного полиэтиленового слоя, прикатывающие устройства, камеры водяного и водо-воздушного охлаждения изолированных. Оборудование экспериментальной линии позволяет оптимизировать режимы заводской изоляции труб с использованием различных изоляционных материалов и осуществлять подготовку образцов труб с покрытием для проведения последующих испытаний.
В результате проведенных ООО «Институт ВНИИСТ» исследований удалось подобрать систему отечественных изоляционных материалов для двухслойного полиэтиленового покрытия труб. В качестве адгезионного подслоя была аттестована для практического применения клеевая композиция на основе модифицированного сэвилена марки «НОВОПЛАСТ» (ТУ 2243-020-05801845-2004) производства ОАО «Трубоизоляция», г.Новокуйбышевск, Самарской обл., а в качестве наружного слоя – композиция термосветостабилизированного полиэтилена низкой плотности марки «ДИТАЛЕН –01 Т» (ТУ 2243-002-56803716-03) производства ООО «Дита-Пласт», п.Селятино, Московской обл. Завершены испытания и дано положительное заключение на полиэтиленовую композицию марки «ТОМПОЛЕН –01 ТС» разработки и производства НПК «Полимер-Компаунд», г.Томск. Композиции полиэтилена могут применяться также и в системах трехслойного полиэтиленового покрытия труб, но по сравнению с композициями полиэтилена высокой плотности импортной поставки данные марки полиэтилена имеют более низкую механическую и ударную прочность, что несколько ограничивает область их применения. Из отечественных композиций на базе полиэтилена высокой плотности наиболее близка к положительной аттестации композиция полиэтилена марки «РЕ 4 РР 25 В» производства ООО «Ставролен», г.Буденновск.
В настоящее время для проведения аттестационных испытаний и последующего применения в системе заводского трехслойного полиэтиленового покрытия труб предлагается несколько отечественных порошковых эпоксидных красок. Завершены испытания образцов трехслойного полиэтиленового покрытия, полученного на экспериментальной линии с использованием системы изоляционных материалов, включающей: порошковую эпоксидную краску марки «П ЭП – 0130» производства ООО «Ярославский завод порошковых красок», композицию адгезива «Fusabond E MB 158 D» поставки фирмы «Du Pont», Канада и
композицию полиэтилена «Томполен 01 ТС» производства НПК «Полимер Компаунд». Испытания показали, что данная система покрытия, полученная на основе двух отечественных и одного импортного изоляционных материалов, отвечает требованиям ГОСТ Р 51164-98, а также требованиям ОАО «АК»Транснефть» ОТТ 04.00-27.22.00-КТН-005-1-03, предъявляемым к заводским трехслойным полиэтиленовым покрытиям труб нормального исполнения. До конца 2004 г предполагается провести испытания данной системы покрытия на промышленной линии изоляции труб в условиях ОАО «Выксунский металлургический завод» и при получении положительных результатов испытаний аттестовать указанную систему покрытия для практического применения.
Проводятся испытания образцов трехслойного покрытия труб, нанесенного на экспериментальной линии с применением в качестве эпоксидного праймера порошковой эпоксидной краски «П ЭП-0305 М» (ТУ 2329-145-05034239-01) производства ОАО НПФ «Пигмент», г.Санкт-Петербург., а в качестве адгезионного подслоя – полимерных композиций «Fusabond E MB158 D» фирмы «Du Pont» и «Borcoat МЕ - 0420» фирмы «Borealis AG». Полный цикл испытаний еще не завершен, но полученные предварительные результаты говорят о том, что данная порошковая краска также может найти свою область применения в конструкциях трехслойных полиэтиленовых покрытий труб.
Еще одним интересным и перспективным направлением в области заводской изоляции труб является проведение работ по выбору и испытаниям изоляционных материалов и систем покрытий с применением в качестве первого слоя в трехслойном покрытии специальных жидких эпоксидных праймеров. Наряду с порошковыми эпоксидными праймерами двухкомпонентные (смола+отвердитель) жидкие эпоксидные праймеры, наносимые на поверхность труб слоем толщиной 40-80 мкм, уже достаточно давно применяются за рубежом для заводской изоляции труб. Технология нанесения жидких эпоксидных праймеров достаточно проста, а стоимость оборудования по нанесению жидкого праймера несравненно ниже стоимости основного и вспомогательного оборудования, используемого для нанесения порошковых эпоксидных композиций. Внедрение такой технологии нанесения трехслойного покрытия наиболее подходит для небольших производств, которые не располагают достаточными финансовыми ресурсами. Однако самый большой практический интерес вызывает применение специальных однокомпонентных жидких эпоксидных праймеров, так как технология нанесения подобных материалов упрощается до предела. Вместе с тем основной проблемой при использовании однокомпонентного праймера является крайне ограниченный срок его хранения (2-3 месяца).
Сравнительно недавно фирмой «E. Wood Ltd», Великобритания был разработан новый жидкий однокомпонентный эпоксидный праймер типа «Copon Pipe Primer L. 4098», имеющий срок хранения не менее 6 месяцев и обладающий великолепными технологическими и защитными характеристиками. На экспериментальной линии наружной изоляции труб была проведена отработка технологических режимов нанесения трехслойного полиэтиленового покрытия с применением однокомпонентного праймера «Copon Pipe Primer L. 4098». Результаты предварительных испытаний показали, что при использовании данного праймера достаточно производить технологический нагрев поверхности праймированных труб до температуры 150-180° С, в то время как при использовании порошковых эпоксидных праймеров температура поверхности труб должна составлять 190-220° С. Кроме того, после выполненных испытаний экспериментальных образцов труб с трехслойным полиэтиленовым покрытием установлено, что в сочетании с композициями адгезива типа «Trisolen», «Fusabond E MB 158 D», «Eltex AD B 52» однокомпонентный эпоксидный праймер «Copon Pipe Primer L. 4098» обеспечивает выполнение самых жестких технических требований, в том числе по таким показателям свойств, как «стойкость покрытия к катодному отслаиванию» и «стойкость покрытия к воздействию воды после 1000 ч испытаний» при температурах 20, 40, 60 и 80° С.
Предварительные исследования завершены, на очереди - проведение комплексных работ в заводских условиях. Необходимо оптимизировать технологические режимы нанесения на трубы трехслойных покрытий по жидкому эпоксидному праймеру, осуществить отбор образцов труб с покрытием, провести аттестационные испытания покрытия на соответствие предъявляемым техническим требованиям и лишь после этого можно будет говорить о промышленном внедрении новой системы покрытия.
Поиск новых изоляционных материалов и технических решений в области заводской изоляции труб продолжается. Идет здоровая конкуренция между трубоизоляционными заводами, между поставщиками технологического оборудования и поставщиками изоляционных материалов. От такой конкуренции выигрывает прежде всего дело. Такая здоровая конкуренция приводит к повышению качества и уровня противокоррозионной защиты трубопроводов.
"Территория НЕФТЕГАЗ" выпуск № 11 за 2004 год.