Противокоррозионные изоляционные покрытия и материалы

Основные требования к нанесению лент

Подземный газопровод изолируют в процессе изоляционно-укладочных работ следующими способами:

· раздельным;

· совмещённым;

· способом протаскивания.

Наибольшее распространение получил совмещённый способ, при котором изоляционные работы выполняют в следующей последовательности: поднимают трубопровод, осушают и очищают его наружную поверхность, наносят покрытие и погружают его обратно в траншею.

Для проведения ремонтных работ в случае замены старого изоляционного покрытия на новое производят следующие дополнительные работы: раскопочные или подкопочные работы; приподнятие и удержание трубопровода; ремонт дефектных мест; укладка трубопровода; присыпка с подбивкой грунта под газопровод и засыпка траншеи.

Установки для сушки трубопроводов предназначены для сушки наружной поверхности и нагрева трубопроводов перед очисткой и нанесением изоляции с целью улучшения адгезии изоляционной мастики или изоляционной полимерной плёнки к поверхности трубы при строительстве и ремонте магистральных газопроводов.

Для газопровода диаметром 1420 мм применяют унифицированные сушильные установки СТ 1424. Скорость сушки такой установкой составляет 200 м/ч, температура трубы после сушки 200єС, число печей 2. Тепло, отданное печью, расходуется на плавление льда, испарение воды и нагрев газопровода до заданной температуры. Печи насаживают на газопровод последовательно и соединяют между собой шарнирным сочленением. Переднюю печь снабжают скребком для сбрасывания с трубопровода снега и соединяют с помощью промежуточной рамы с троллейной подвеской, подвешенной на стреле трубоукладчика, который передвигает печи и буксирует движущийся по земле агрегат питания сушильной установки. Топливо и воздух попадают к печам по гибким рукавам.

Шероховатость оказывает существенное влияние на прочность и качество изоляционного покрытия. Она увеличивает поверхность сцепления с изоляцией и тем самым при прочих равных условиях упрочняет сцепление изоляционного покрытия с металлом. При чрезмерно же большой шероховатости поверхности (особенно с применением плёночных покрытий) могут обнаруживаться выступы под защитным покрытием. Поэтому чистота поверхности и величина шероховатости должны быть выдержаны в соответствии с существующими требованиями к очистке при наложении определённого типа изоляции. Например, при применении битумно-резиновой изоляции шероховатость (высота неровностей) должна быть не менее 15 - 20 мкм.

Процесс очистки и нанесения грунтовки следующий: сначала поверхность обрабатывают скребками (снимают слой прилипшего грунта, ржавчину и окалину), затем металлическими щётками (подчищают разрыхлённые слои грунта, ржавчину и окалину); на очищенную поверхность наносят слой грунтовки. Подачу грунтовки регулируют специальным краном. При переходе машины через поперечный стык трубопровода подача грунтовки увеличивается.

Грунтовка считается высохшей, если при касании её пальцем на нём не остаётся грунтовки, а на грунтовке не остаётся отпечатка пальца.

Требования к нанесению лент:

· ленты наносятся так, чтобы обеспечивалось плотное их прилегание ко всей поверхности трубопровода (а обёрточных материалов - к изоляционному материалу) без перекосов, карманов, морщин, гофр, пузырей;

· ленты наносятся строго в соответствии с проектом (заменять одну маркой другой можно только по согласованию с проектной организацией и заказчиком);

· ширина и толщина изоляционной ленты должны быть определёнными и не превышающими установленные для них допусков;

· в процессе работы должны выдерживаться температурные условия для каждого типа лент;

· лента должна быть, с одной стороны, хорошо сцеплена с грунтовкой и металлом, а с другой - с нелипкой стороной той части ленты, которая расположена в нахлёсте;

· нахлёст сложных витков полимерной ленты при однослойной намотке должен быть не менее 30 мм, а при двухслойном покрытии наносимый виток должен перекрывать уложенный на 50% его ширины плюс 30 мм;

· при установке на шпулю машины нового рулона ленты конец нанесённого полотнища длиной не менее 100 мм необходимо приподнимать и под него подкладывать начало разматываемого полотнища;

· если на трубопровод одна из лент или обёрточный материал наматывается так, что образуются гофры, то машину необходимо остановить, вернуться к участкам без гофр, установить причину образования гофр и снять повреждённую изоляцию.

При раздельном способе газопровод сначала очищают и изолируют, затем укладывают на инвентарные лежки, расположенные на берме, а затем опускают в проектное положение на дно траншеи.

При совмещённом способе нанесение изоляционного покрытия и укладку трубопровода проводят одновременно (трубопровод изолируют и сразу же укладывают в траншею).

При протаскивании плети с ранее нанесённым покрытием протаскивают в продольном направлении.

Подкопочные работы производятся подкопочными машинами в случаях, когда невозможен подъем трубопровода или когда его надо заглубить. Автоматизированная подкопочная машина непрерывного действия предназначена для раскопки грунта под вскрытым трубопроводом и перемещения его в приямки, для обеспечения возможности работы других машин, участвующих в процессе переизоляции трубы.

К работам по ремонту дефектных мест можно отнести восстановление или усиление стенки трубы, монтаж муфт и т.д.

Укладка труб в траншеи осуществляется трубоукладчиками с помощью траверс с мягкими полотенцами, которые предназначены для погружения трубопровода без повреждения его изоляции.

Траверсы могут быть грузоподъёмностью от 30 до 60 т. Количество полотенец на траверсах составляет 2 и 4.

2.3 Контроль качества изоляционного покрытия

Качество очистки газопровода перед нанесением изоляции контролируют визуальным и инструментальным методами. Инструментальный метод контроля, исключающий субъективность в оценке степени очистки, осуществляют переносными (для периодического ручного контроля) и стационарными (для автоматического непрерывного 100 %-го контроля) приборами.

При контроле качества изоляционного покрытия оценивают следующие характеристики:

· внешний вид;

· диэлектрическую сплошность;

· толщину покрытия;

· прочность при ударе;

· адгезию покрытия;

· площадь отслаивания покрытия при катодной поляризации;

· переходное электросопротивление покрытия;

· водопоглощение покрытия.

Внешний вид покрытия оценивают визуально, сравнивая его с эталонными образцами, без применения увеличительных средств.

Диэлектрическую сплошность покрытия контролируют искровым дефектоскопом постоянного тока. Принцип работы ИДМ-1 основан на контроле электрической изоляции трубопроводов. В местах нарушения сплошности изоляции или недостаточной ее толщины происходит электрический пробой, который фиксируется прибором. Количество пробоев зависит от качества антикоррозионного покрытия трубопровода.

Толщину защитного покрытия контролируют неразрушающими методами контроля с помощью толщиномеров типа МТ-10НЦ, МТ-50НЦ, МТП-01, МТ-101 и др. Принцип действия основан на магнитном методе, при котором регистрируется изменение магнитного сопротивления между ферромагнитным сердечником преобразователя и ферромагнитным основанием контролируемого изделия, обусловленное толщиной измеряемого покрытия. Диапазон измерений толщиномеров в среднем составляет от 0,2 до 10 мм.

Проверку толщины защитного покрытия проводят:

· при заводском или базовом нанесении - на 10 % труб и в местах, вызывающих сомнение, не менее чем в трех сечениях по длине трубы и в четырех точках каждого сечения;

· при трассовом нанесении - не менее одного измерения на каждые 100 м газопровода и в местах, вызывающих сомнение, в четырех точках каждого сечения.

Прочностные измерения проводят на 2% труб с защитным покрытием в 10 точках, отстоящих друг от друга на расстоянии не менее 0,5 м, а также в местах, вызывающих сомнение специальным ударным приспособлением. В точках проведения испытаний на ударную прочность предварительно определяют сплошность покрытия искровым дефектоскопом.

Ударное приспособление устанавливают на поверхности покрытия в точках проведения испытания с помощью винтов-ножек и уровня. Груз поднимают на высоту Н и сбрасывают на поверхность защитного покрытия. Свободно падающий груз ударяется об испытываемую поверхность. В месте удара искровым дефектоскопом контролируют сплошность покрытий.

Защитное покрытие считают удовлетворительным, если после испытания в 10 точках покрытие не разрушено, то есть при падении груза с высоты, определяемой в зависимости от ударной прочности покрытия, в местах удара отсутствуют поры и трещины.

Адгезию покрытия контролируют методом нормального отрыва для покрытий из полимерных лент и покрытий на основе битумных мастик.

Контроль адгезии защитных покрытии из полимерных лент осуществляется устройством для контроля адгезии плёночных защитных покрытий - адгезиметром АР-2, обеспечивающим погрешность не более 0,1 Н/см (0,01 кгс/см). Контроль проводят в трех точках, отстоящих друг от друга на расстоянии не менее 0,5 м. В назначенных точках специальным ножом вырезают на трубе полосу защитного покрытия шириной 10-40 мм, затем стальным ножом надрезают конец вырезанной полосы, приподнимают его и закрепляют в зажиме устройства.

Отслаивание ленты (обертки) производят равномерно под углом 180 к поверхности трубы на длину 50-100 мм, позволяющую определить устойчивое усилие отслаивания, визуально определяя характер разрушения: адгезионный, когезионный, смешанный.

Адгезию защитных покрытий А, Н/см (кгс/см), определяют по формуле

,

где F - усилие отслаивания, Н (кгс); В - ширина отслаиваемой ленты, см.

За значение адгезии защитного покрытия принимают среднее арифметическое трех измерений, вычисленное с погрешностью 0,1 Н/см (0,01 кгс/см).

Контроль адгезии защитных покрытий на основе битумных мастик осуществляется адгезиметром для битумных покрытий в трех точках, отстоящих друг от друга на расстоянии не менее 0,5 м. На образце вручную делают надрез размером 1010 мм до металла в испытуемом защитном покрытии. Вокруг полученного образца расчищают площадку размером 3035 мм (снимают покрытие).

Устанавливают прибор СМ-1 на защитное покрытие так, чтобы подвижная грань ножа находилась против торцевой плоскости вырезанного образца. Поднимают нож вверх путём вращения винта, затем нажимают на корпус прибора так, чтобы опорные ножи вошли в защитное покрытие. Вращая винт, подводят нож к торцевой плоскости образца до соприкосновения с ней и опускают нож до металлической поверхности трубы. Снимают крышку, устанавливают нуль на индикаторе доведением подвижной ножки индикатора до соприкосновения с торцом регулировочного винта и вращением верхней подвижной части индикатора.

Вращая винт передают усилие на нож, а, следовательно, и на образец защитного покрытия через систему штоков и тарированную пружину. Вращая винт по часовой стрелке со скоростью примерно 1/4 об/с, что соответствует скорости деформации пружины 15 мм/мин.

Деформацию пружины, пропорциональную передаваемому усилию, фиксируют индикатором. Ведомый шток горизонтально перемещается вместе с ножом, в результате чего индикатор смещается относительно торцевой плоскости регулировочного винта. Рост показаний индикатора при этом прекращается. Фиксируют максимальный показатель индикатора в миллиметрах и по шкале определяют усилие сдвига образца защитного покрытия. Визуально определяют характер разрушения (адгезионный, когезионный, смешанный).

Адгезия защитного покрытия определяется усилием сдвига образца изоляции площадью 1 см. Измерения проводят в интервале температур защитного покрытия от минус 15 до плюс 25С. При температуре выше 25С допускается показатель менее 0,20 МПа (2,00 кгс/см), характеризующий адгезию материала.

За значение адгезии защитного покрытия принимают среднее арифметическое трех измерений с погрешностью не более 0,01 МПа (0,1 кгс/см).

Площадь отслаивания покрытия при катодной поляризации контролируют на образцах:

- в виде трубок;

- в виде пластин или карт, вырезанных из изолированных труб (используется, как правило, для неленточных покрытий).

В центре образца в защитном покрытии сверлят цилиндрическое отверстие до образования в металле конического углубления. Металл при этом не должен быть перфорирован. Диаметр отверстия должен быть в три раза больше толщины покрытия, но не менее 6 мм. Поверхность металла в отверстии обезжиривают спиртом.

Образцы выдерживают в растворе электролита под действием наложенного катодного тока в течение 30 дней при температуре 18-22 С и 30 или 7 дней (по требованию заказчика) при более высокой температуре, например, 60, 80 или 97 С. Выбор температуры испытаний определяется максимальной температурой эксплуатации покрытия. Испытания при повышенной температуре проводят в электронагревательном шкафу с поддержанием требуемой температуры. Уровень электролита при этом следует контролировать не реже одного раза в сутки.

Периодически через каждые 7 дней испытаний производят замену раствора электролита. Для этого подачу напряжения на образцы прекращают, электролит выливают, емкость и образцы промывают дистиллированной водой, заливая ее 2-3 раза и взбалтывая. Затем заливают свежий 3 %-ный раствор NaCl. По окончании испытаний образец с покрытием демонтируют, промывают водой и вытирают ветошью. Площадь отслоившегося участка покрытия оголяют, осторожно поддевая и срезая покрытие скальпелем. Для жестких покрытий толщиной более 1,2 мм допускается нагревание покрытия выше температуры размягчения с последующим полным удалением покрытия с металла. Площадью отслаивания покрытия в этом случае является площадь, ограниченная контуром изменения цвета металла с серого на более темный.

Площадь отслаивания переводят на кальку, а затем вычисляют методом взвешивания. Для этого переносят площадь с кальки на плотную бумагу с известной массой единицы площади. Площадь отслаивания S, см², вычисляют по формуле

S = т/т',

где т - масса бумаги площадью, равной площади отслаивания, г; т' - масса 1 см² бумаги (значение т' определяют как среднее арифметическое массы 10 образцов площадью 1 см², вырезанных по диагонали листа бумаги), г/см².

За значение площади отслаивания данного покрытия при катодной поляризации принимают среднее арифметическое результатов измерений на трех образцах испытуемого покрытия, вычисляемое с точностью до 0,5 см.

Сущность контроля переходного электросопротивления заключается в измерении переходного сопротивления системы покрытие - труба (после выдержки образцов в 3 %-ном растворе NaCl).

Испытания заводских покрытий проводят на образцах, вырезанных из изоляции труб или непосредственно на трубах с покрытием. Размеры образцов 150 150 мм (нормируются не жестко). Количество параллельных образцов для заданных условий испытаний - не менее 5 штук. Образцы с дефектами покрытия к испытаниям не допускаются. Толщина и диэлектрическая сплошность образцов должны соответствовать требованиям нормативной документации на испытываемое покрытие.

К образцам с помощью пластилина (герметика) прикрепляют стеклянные или полиэтиленовые цилиндры 4. В прикрепленный к образцу цилиндр заливают 3 %-й раствор NaCl до метки на уровне не менее 50 мм от поверхности покрытия. Цилиндр накрывают стеклотекстолитовой крышкой.

Испытания проводят при температуре (20±5) С. Переходное сопротивление покрытия образца измеряют с помощью тераомметра при погружении платинового (графитового) электрода в раствор. Исходное переходное сопротивление покрытия измеряют после выдержки образцов в этих условиях в течение 3 сут. К дальнейшим испытаниям допускают только те образцы, переходное сопротивление которых не менее стандартных значений.

При длительных испытаниях (100 сут) через каждые 25 сут измеряют переходное сопротивление покрытия. Если хотя бы в одном цилиндре сопротивление меньше значения, регламентируемого требованиями стандарта, испытания прекращают.

Не реже одного раза в 10 сут проверяют уровень раствора в цилиндрах и, доливая дистиллированную воду, доводят его до первоначального.

Расчет среднего значения переходного сопротивления покрытия R_iсp, Омм², на каждом образце проводят по формуле

,

где i - номер образца;

j - номер измерения;

п - количество измерений на j-м образце;

R_ij - сопротивление i-го образца при j-м измерении, Ом;

S - площадь контакта образца с раствором, м².

,

где D_u - внутренний диаметр цилиндра, м.

Покрытие считают выдержавшим испытание, если переходное сопротивление покрытий на всех пяти образцах не ниже установленных стандартом значений.

Определение влагопоглощения основано на изменении массы и толщины слоя изоляционного покрытия, нанесенного на подложку из стекла или металла, после воздействия на него воды в течение 24 ч при температуре (20 ±2)°С.

Высота Н определяется по формуле:

, см

где U - прочность покрытия при ударе, Дж (кгссм); Р - вес груза, равный 3 кгс.

2.4 Причины разрушения изоляционных покрытий

Срок службы покрытия начинается с момента нанесения его на трубопровод и заканчивается временем его разрушения, когда покрытие полностью перестает эффективно выполнять защитные антикоррозионные функции. Срок службы можно разделить на два периода - строительный и эксплуатационный.

Строительный период начинается с момента нанесения покрытия на трубы и заканчивается засыпкой трубопровода в траншее. Его продолжительность от нескольких минут до нескольких месяцев.

Изолированный газопровод при укладке в траншею подвергается изгибу в вертикальном и горизонтальном направлениях, трению и ударам о стенки и дно траншеи. Кроме того, покрытие подвергается термическим нагрузкам и атмосферным воздействиям. При стационарном (в том числе заводском) способе изоляции добавляются транспортные и погрузочно-разгрузочные операции, приводящие к дополнительным механическим воздействиям на покрытие. Следовательно, в этот период изоляционное покрытие подвергается удару, растяжению, сжатию, изгибу и сдвигу. Если указанные воздействия превосходят определенные для данного вида покрытия нагрузки, то они вызывают его повреждение или разрушение. Таким образом, в строительный период особенно важна устойчивость покрытия к сдвигу и растяжению. В этот момент могут изменяться и физико-химические свойства покрытия в результате воздействия атмосферных факторов.

Эксплуатационный период начинается с момента после засыпки газопровода грунтом и заканчивается разрушением защитного покрытия. Продолжительность этого периода - несколько лет. В эксплуатационных условиях покрытия на газопроводах изменяют свои защитные свойства под влиянием множества совокупных факторов, воздействующих на них. Поэтому изоляционные покрытия должны обладать необходимыми физико-химическими и физико-механическими свойствами. Они должны быть достаточно прочными, способными выдерживать длительное давление грунта и в то же время достаточно гибкими и эластичными, чтобы сопротивляться растягивающим усилиям при изгибах газопроводов и другим изменениям геометрических размеров участков газопроводов.

Повреждённый участок изоляции на МГ Утратившее защитные свойства покрытие

В эксплуатационный период покрытие испытывает одновременное воздействие многих факторов, как со стороны окружающего грунта, так и со стороны трубы.

Факторы, влияющие на состояние покрытия газопровода:

· давление грунта и газопровода на битумно-резиновое покрытие;

· перемещение газопроводов в грунте;

· объемное изменение грунтов;

· температурный режим грунта;

· биологические факторы;

· повреждение покрытий грызунами и растениями;

· коррозионная среда.

В результате давления грунта и веса трубы происходит сдвиг покрытия, вследствие чего толщина покрытия в местах наибольшего давления уменьшается, а в местах наименьшего давления увеличивается. Сдвиг покрытия в отдельных местах может достигать 15-20 % от начальной толщины. Причем максимальная скорость сдвига наблюдается в период стабилизации грунта и зависит от структуры грунта и климатических условий. Сдвиг покрытия происходит между двумя поверхностями: трубы и окружающего грунта. Наибольшему смещению подвергаются верхние слои покрытия. Участки газопровода в период эксплуатации испытывают перемещения в продольном и поперечном направлениях. При этом в изоляционном покрытии также возникают местные сдвиговые деформации, которые приводят к нарушению его сплошности. Результаты экспериментальных исследований показали, что влияние сдвигающих сил грунта при полиэтиленовой изоляции гораздо меньше, чем при битумной. Поэтому вероятность разрушения полиэтиленовой изоляции при механических воздействиях подобного рода оказывается небольшой.

Механическое воздействие грунтов различное и зависит от их структуры. Грунты, не связанные или обладающие постоянным объемом при увлажнении и высыхании, действуют на защитное покрытие в основном весом, вызывая его сдвиг и продавливание. Связанные же грунты (глины) при увлажнении и высыхании изменяют свой объем и действуют на покрытие не только своим весом, но и обладая высокой липкостью, они в период усадки и набухания вызывают сдвиговые деформации. При этом покрытие может разрушаться или отрываться от трубы. Влияние указанного фактора на покрытие на битумной основе намного сильнее, чем на покрытие из полимерных лент.

Длительная эксплуатация газопровода при повышенных температурах увеличивает склонность к оплыванию и выдавливанию защитного покрытия на участках наибольшего давления грунта, а в ряде случаев и к перфорации его твердыми составляющими грунта. В условиях меняющегося температурного режима наблюдается растрескивание битумного покрытия и ослабление адгезии.

Проведенные эксперименты показывают, что битумно-резиновые мастики, бризол, гидроизол и крафт-бумага поражаются бактериями и грибками. Изоляция же из полиэтиленовых пленок оказывается устойчивой к ним. Опыты показывают, что изоляционные материалы на битумной основе повреждаются грызунами и корнями растений, а стабилизированные полиэтиленовые и полихлорвиниловые пленки с отталкивающими добавками не повреждаются грызунами. Пластмассовые пленки не повреждаются корнями растений. Поглощение воды в условиях непосредственного контакта покрытия с водной средой протекает неравномерно во времени. В начальный период степень и скорость насыщения покрытия водой высоки. Затем наступает условно равновесное состояние насыщения и общее влагосодержание покрытия изменяется во времени очень медленно. Изменение же степени насыщения оказывает влияние на изменение переходного сопротивления покрытия.

Размещено на Allbest.ru