Нефть и природный газ являются важнейшим сырьем для энергетики и химической промышленности. Несмотря на то, что ученые всего мира сообщают о скором истощении их запасов и многие заняты разработкой альтернативных источников энергии, нефть и газ, вне всякого сомнения, сохранят свое значение еще многие десятилетия.
Россия, страны Ближнего Востока, Средней Азии, Северной Африки и Карибского бассейна имеют наибольшие мировые запасы нефти и газа. Другие страны с развитой перерабатывающей промышленностью либо не имеют таких запасов вообще, либо ведут добычу в количестве, недостаточном для собственных нужд. Наиболее дешевый и эффективный способ транспортирования нефтегазового сырья на большие расстояния – это его перекачивание по трубопроводам. Поэтому практически вся планета опутана сетью трубопроводов и их строительство постоянно продолжается. Так как трубы изготовлены из стали, то их эффективная защита от коррозии – залог длительной и безаварийной работы этого вида транспорта.
Среди областей применения антикоррозионных ЛКМ для стальных труб различают заводское и полевое нанесение защитных покрытий. Полевое нанесение используется как при ремонте существующих трубопроводов, так и при монтаже новых, в основном для защиты сварных швов. Одной из разновидностей полевого нанесения является так называемое “оффшорное” нанесение, когда трубопровод должен проходить по дну моря, а сварка происходит на борту судна-трубоукладчика. Технологии заводского и полевого (оффшорного) нанесения принципиально различаются, так как в условиях промышленного предприятия возможно применение таких материалов, которые затруднительно или невозможно использовать в полевых условиях.
Порошковые эпоксидные покрытия (Fusion-Bonded Epoxies, FBE) обладают отличными защитными свойствами и термостойкостью вплоть до 110 °C при достаточно небольшой толщине покрытия (около 450 мкм). Но их можно наносить только в заводских условиях, поскольку процесс нанесения и отверждения требует крупногабаритного и дорогостоящего оборудования. Кроме того, они достаточно хрупкие, поэтому легко повреждаются при транспортировке и монтаже.
Эпоксидные покрытия на основе жидких ЛКМ также эффективны при низкой толщине (450 мкм) их, в отличие от FBE, можно наносить и в полевых условиях. Однако они медленно отверждаются, особенно при низкой температуре окружающего воздуха, их эластичность заметно ухудшается с течением времени эксплуатации.
Трехслойная обмотка полиэтиленовыми (ПЭ)/полипро-пиленовыми (ПП) лентами позволяет получать покрытия с оптимальным соотношением цена/качество, так как они обладают термостойкостью до 90 °C при использовании ПП или сшитого ПЭ. Но для реализации этой технологии необходим экструдер. Кроме того, долгосрочные характеристики таких покрытий не всегда удовлетворяют предъявляемым требованиям. Двухслойная обмотка ПЭ/ПП позволяет получать еще более недорогие покрытия, но их механические свойства и термостойкость значительно ниже.
Битумные эмульсии и ленточная обмотка являются самыми дешевыми и легко применяемыми способами защиты труб, но покрытия, полученные таким образом, самые недолговечные. Кроме того, во многих странах применение битумных материалов ограничено.
Покрытия на основе жидких полиуретановых ЛКМ, благодаря сочетанию высокой эластичности и ударной прочности, могут выдерживать механические нагрузки, возникающие при хранении, транспортировке и деформации труб при монтаже трубопроводов. Характеристики полиуретановых покрытий сохраняются в течение длительного времени. Быстрое отверждение даже при низких температурах окружающего воздуха позволяет наносить их практически в любых условиях, круглый год.
Компания «Байер МатериалСайенс» предлагает широкий ассортимент полиолов и полиизоцианатов для производства антикоррозионных ЛКМ, применяемых для защиты труб, с различными механическими свойствами, химстойкостью, вязкостью, жизнеспособностью и другими характеристиками.
Как и при окрашивании любых стальных конструкций, решающее значение для срока службы защитного покрытия имеет качество подготовки поверхности. Чаще всего для очистки поверхности от ржавчины и остатков старого покрытия используют пескоструйную или дробеструйную обработку. При окраске в полевых условиях минимальным требованием является очистка до “серого металла” (Sa 2,5), в заводских – до “белого металла” (Sa 3). Несмотря на то, что минимальную степень очистки указывают в большинстве международных стандартов, практически ни один международный стандарт не регламентирует минимальную среднюю шероховатость поверхности, которая сильно зависит от используемого для очистки абразивного материала. Для получения оптимальной адгезии покрытия к металлу и, как следствие, наилучшей коррозионной стойкости средняя шероховатость очищенной трубы Rz должна быть не менее 50-70 мкм. Более того, многие внутренние стандарты мировой нефтегазовой промышленности требуют, чтобы величина Rz составляла 80-120 мкмю
Наиболее важным методом испытания защитных покрытий для труб является тест на стойкость к катодному отслаиванию (Cathode Disbondment Test). Этот метод позволяет моделировать поведение покрытия в реальных условиях при наличии точечного повреждения покрытия в условиях катодной защиты. Несмотря на то, что показатель стойкости к катодному отслаиванию указывают в большинстве стандартов нефтегазовой отрасли, его значение часто переоценивают. Дело в том, что защитное покрытие для труб должно обладать достаточной эластичностью и ударной прочностью, чтобы выдерживать деформации, возникающие при транспортировке и монтаже труб. Кроме того, при ремонте трубопроводов часто возникает необходимость откапывать трубопровод, вынимать его на поверхность, окрашивать и снова закапывать в землю. При этом трубы вместе с защитными покрытиями подвергаются деформациям изгиба.
Для хорошей стойкости к катодному отслаиванию покрытие должно обладать достаточно высокой плотностью сшивки. Однако чем выше плотность сшивки, тем меньшей эластичностью обладает покрытие. Очевидно, что жесткое покрытие должно обязательно обладать хорошей стойкостью к катодному отслаиванию, потому что при различных манипуляциях с трубопроводом повреждения покрытия в этом случае не избежать. Напротив, повреждение эластичного покрытия в этих условиях маловероятно, поэтому его стойкость к катодному отслаиванию не так важна.
Одним из “слабых мест” нового трубопровода являются стыки. При использовании различных систем защитных покрытий для труб и для стыка может возникнуть проблема адгезии между этими двумя системами, особенно если место стыка окрашивают жидким эпоксидным ЛКМ, обматывают лентой или закрывают специальной манжетой. Особенно критична адгезия при защите труб двух- или трехслойными системами ПЭ/ПП. В данном случае стык предпочтительно защищать полиуретановым материалом, так как он обеспечивает лучшую адгезию к ПЭ/ПП по сравнению с другими ЛКМ. Однако наилучший результат будет достигнут при использовании полиуретановых покрытий как для стыков, так и для новых труб.
Таким образом, на рынке нефтегазовых труб применяются различные системы защитных покрытий. Если при производстве новых труб используют в основном порошковые эпоксидные материалы или трехслойные системы ПЭ/ПП, то при окрашивании в полевых условиях преобладают жидкие полиуретановые и эпоксидные ЛКМ. В настоящее время отмечается тенденция к преимущественному использованию полиуретановых покрытий. Помимо отличной стойкости к катодному отслаиванию, они обладают высокой скоростью отверждения даже при низких температурах окружающего воздуха, а также высокой эластичностью, что препятствует повреждению покрытия при транспортировке и укладке труб. (o-journal/Химия Украины, СНГ, мира)