Способ защиты от коррозии стальных труб для систем горячего водоснабжения, газо- и нефтепроводов

(51) 08 95/00 (2006.01) 04 103/61 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Задачей изобретения является разработка способа защиты от коррозии стальных труб для систем горячего водоснабжения,газои нефтепроводов, обеспечивающего использование дешевого местного сырья (в том числе отходов,ухудшающих экологическую обстановку) с одновременным снижением водопоглощения и повышением температурной устойчивости,коррозионной стойкости,грибостойкости и адгезионной способности полученного покрытия. Поставленная задача решается тем, что покрытие состоит из двух слоев (покрытия и армирующего материала - стеклоткани), каждый из которых содержит вязкий нефтяной битум, госсиполовую смолу, вспучивающуюся слюду-вермикулит и резиновую крошку, полученную переработкой изношенных шин в резиновый гранулят механическим методом.(72) Бимбетова Гульмира Жанкабыловна Сакибаева Сауле Абдразаковна Надиров Казим Садыкович Сакыбаев Берик Абдразакович Надиров Рашид Казимович Сатаев Марат Исакович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения ЮжноКазахстанский государственный университет им. М. Ауэзова Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ СТАЛЬНЫХ ТРУБ ДЛЯ СИСТЕМ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ,ГАЗОИ НЕФТЕПРОВОДОВ(57) Изобретение относится к области защиты от коррозии стальных труб для систем горячего водоснабжения, газо- и нефтепроводов. Изобретение относится к области защиты от коррозии стальных труб для систем горячего водоснабжения, газо- и нефтепроводов. Для антикоррозионной защиты магистральных трубопроводов применяются самые различные материалы и системы защитных покрытий, начиная от битумно-мастичных материалов трассового нанесения и заканчивая заводскими многослойными покрытиями на основе полимерных материалов. Каждое из применяемых защитных покрытий имеет свои преимущества, свой опыт применения, но практически каждое покрытие трубопроводов имеет и свои недостатки,температурные или эксплуатационные ограничения. Современные водогазо, -нефтепроводы - это не только сваренные в одну нитку стальные трубы, это сложные инженерные сооружения, протяженность которых составляет тысячи километров. Трубопроводы проходят через различные климатические зоны, на их пути встречаются реки и болота, вечная мерзлота и пустыни. Отдельные участки трубопроводов могут проходить под водой, над землей, прокладываться в скважинах под реками, автомобильными и железными дорогами. Все элементы трубопроводов,также как и сами трубы, должны быть надежно защищены от коррозии на продолжительный период эксплуатации. В зависимости от условий прокладки и температурных условий эксплуатации меняются и требования, предъявляемые к защитным покрытиям трубопроводов. Основные требования к наружным защитным покрытиям трубопроводов определены ГОСТ Р 51164-98 Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии. Данный стандарт устанавливает общие требования к защите от коррозии стальных магистральных трубопроводов, транспортирующих нефть,газ,нефтепродукты и испытания предлагаемого способа были проведены в соответствии с ГОСТ Р 51164-98. Известен материал,используемый при реализации способа защиты от коррозии в базовых и трассовых условиях липкими полимерными лентами из ПВХ или полиэтилена,а также термоусаживающимися лентами, при котором покрытие наносится вручную на непротяженные участки трубопроводов (2151942 С 1, 27.06.2000). Недостатками этого способа являются высокие требования к подготовке поверхности необходимость подогрева трубопровода в ряде случаев до 30-50 С независимо от температуры окружающего воздуха наличие шатрового эффекта(пустот) в зоне сварных швов срок службы покрытия составляет 7-14 лет, что значительно меньше срока службы трубопровода относительно высокая стоимость покрытия. Наиболее близким решением к заявляемому является способ изоляции металлических труб,включающий предварительную очистку, послойное нанесение антикоррозионного покрытия и намотку армирующего материала, отличающийся тем, что перед нанесением антикоррозионного покрытия на очищенную поверхность трубы наносят пористый слой из коррозионно- стойкого металла, например 2 алюминия, трубу нагревают до 70-90 С и послойно наносят антикоррозионное покрытие, затем на трубу наматывают армирующий материал, после чего трубу нагревают до 160-200 С, выдерживают 10 мин и охлаждают в качестве антикоррозионного покрытия используют раствор фенолформальдегидной смолы,например бакелитовый лак, а в качестве армирующего материала - стеклоткань, пропитанную тем же раствором(Патент Российской Федерации 2138726, 16 58/04, опубл. 27.09.1999.). Этот способ обладает некоторыми технологическими недостатками и недостаточно высокими эксплуатационными качествами покрытия. В частности, в среде с высокой температурой и 100-ной влажностью, характерной для закрытых теплотрасс, электроизоляционные свойства покрытия нарушаются и металл становится незащищенным против электрокоррозии, а само покрытие недостаточно стойко против нефтепродуктов, которые вместе со сточными водами попадают в закрытые теплотрассы. В патенте отсутствуют данные об основных свойствах полученного покрытия в соответствии с ГОСТ Р 51164-98. Задачей изобретения является разработка способа защиты от коррозии стальных труб для систем горячего водоснабжения,газои нефтепроводов, обеспечивающего использование дешевого местного сырья (в том числе отходов,ухудшающих экологическую обстановку) с одновременным снижением водопоглощения и повышением температурной устойчивости,коррозионной стойкости,грибостойкости и адгезионной способности полученного покрытия. Поставленная задача решается тем, что покрытие состоит из двух слоев (покрытия и армирующего материала - стеклоткани), каждый из которых содержит вязкий нефтяной битум, госсиполовую смолу, вспучивающуюся слюду-вермикулит и резиновую крошку, полученную переработкой изношенных шин в резиновый гранулят механическим методом. Нефтяной битум - это недорогой смолоподобный или твердый продукт, представляющий собой достаточно сложную смесь углеводородов, а также их производных (главным образом, соединений углеводородов с серой, азотом, кислородом). Характерная непористая, плотная структура делает битумы морозостойкими и водонепроницаемыми. Эти качества битумов весьма широко используются в строительстве, как при проведении кровельных,дорожных, гидроизоляционных работ, так и многих других. Составляющие компоненты битума предопределяют его технические свойства, от которых зависят условные показатели качества. Важнейшие среди этих показателей битума дуктильность (или растяжимость) - характерная способность растягиваться в нить температура хрупкости и размягчения пенетрация - проникание стандартной иглы в глубину битума. Поэтому по этим показателям в данном изобретении предлагается использовать вязкие битумы - БН и БНДЭ как основной компонент, определяющий себестоимость и механические свойства композиции. Госсиполовая смола - (кубовый остаток, отход) ОСТ 18-114-73. Продукт, получаемый в виде кубового остатка (гудрон) при дистилляции жирных кислот, выделенных из хлопкового соапстока. Это однородная вязко-текучая масса от темнокоричневого до черного цвета. В предлагаемом изобретении е предлагается использовать в качестве пластификатора и органического вяжущего, что позволяет повысить температурную устойчивость и коррозионную стойкость композиции за счет повышения гидрофобилирующих свойств, а также уменьшить техногенную нагрузку, вызываемую токсичными соединениями,содержащимися в составе госсиполовой смолы, на окружающую среду. Резиновая крошка - основной продукт переработки шин, самое износостойкое резиновое сырье - совокупность частиц измельчнной резины различной дисперсности и разнообразной формы,которые характеризуются, прежде всего тем, что сохраняют в своей основе молекулярную структуру и эластомерные свойства исходной резины, а поверхность частиц активирована для придания особых свойств резиновой крошке. Изношенные покрышки относятся по степени вредного воздействия на окружающую природную среду к 4-му классу опасности и подлежат обязательной утилизации. Применение резиновой крошки с высокоразвитой удельной поверхностью частиц, как структурирующего компонента,повышает стойкость композиции к изгибающим воздействиям и удару, увеличивает гидроизоляционные свойства смеси и срок е эксплуатации. Вермикулит - минерал из группы гидрослюд,имеющих слоистую структуру. Продукт вторичного изменения тмных слюд биотита и флогопита. Он представляет собой крупные пластинчатые кристаллы золотисто-жлтого или бурого цвета. При нагревании из пластинок образуются червеобразные столбики или нити золотистого или серебристого цвета с поперечным делением на тончайшие чешуйки (вспученный вермикулит). Слоистая структура слюды и слабая связь между пакетами сказывается на е свойствах пластинчатость,совершенная (базальная) спайность, способность расщепляться на чрезвычайно тонкие листочки,сохраняющие гибкость, упругость и прочность. Использование минерального наполнителя вермикулита позволяет усилить взаимодействия матрицы с металлами и компонентами композиции с низкой поверхностной энергией за счет образования дополнительных водородных связей. В заявляемом способе изоляции металлических труб, предназначенном для нанесения покрытия в заводских или базовых условиях, после нанесения антикоррозионного состава на поверхность трубы наматывают армирующий материал, в качестве антикоррозионного покрытия используют состав из вязкого нефтяного битума, госсиполовой смолы,вермикулита и резиновой крошки, а в качестве армирующего материала стеклоткань,пропитанную этим же составом. Заявляемый способ за счет прочного диэлектрического композитного покрытия и прочного его соединения с поверхностью трубы обеспечивает надежную антикоррозионную защиту труб при воздействии температуры до 200 С при 100-ной влажности в среде, загрязненной кислотами, щелочами и нефтепродуктами, высокую электроизоляционную и механическую прочность, приближающуюся к металлической, необходимую при транспортировке и монтаже труб. Проведенные в соответствии с ГОСТ Р 51164-98 испытания образцов покрали, что данное покрытие удовлетворяет предъявляемым ГОСТ требованиям. Технология нанесения защитного покрытия заключается в следующем. Труба очищается от грязи металлическими щетками, очищается от ржавчины на дробеструйной установке. Затем трубу помещают в установку нанесения покрытий. Установка представляет собой теплоизолирующий бункер, внутри которого расположены роликовые опоры с приводом, распределители и механизм намотки армирующего материала, движущиеся по направляющим, а также нагреватель для трубы. Здесь труба разогревается до 120-130 С. Затем на вращающуюся трубу наносят из реактора защитный состав, который готовят следующим образом в реакторе с механической мешалкой госсиполовую смолу нагревают до 140 С и добавляют нагретый до 150 С битум марки БНД 90/130. Эти компоненты перемешивают в течение 10-15 минут до создания однородной смеси. Затем к смеси при перемешивании добавляют резиновую крошку 0 РК 0,5 и вермикулит вспученный по ГОСТ 12865-67. После этого специальным устройством на трубу наматывается с нахлестом в 40-50 стеклоткань,пропитанная тем же защитным составом. Затем трубу охлаждают вентилированием до 50 С. В таблице 1 приведены конкретные количественные примеры приготовления состава. Таблица 1 Примеры состава композиции Компоненты битум марки БНД 90/130 Госсиполовая смола резиновая крошка 0 РК-0,5 вермикулит В таблице 2 приведены свойства полученных покрытий, нанесенных на стальные трубы (марка СТ 17 Г 1 С (К-52), ГОСТ 20295-85, диаметр 820 мм), проверенные в условиях большой влажности (90-100) в сильнокислых средах Данные испытаний Наименование показателя 4 1 Прочность при разрыве, Н/см, не менее 70 65 2 Относительное удлинение при разрыве 80 105 ленты или обертки, , не менее 3 Изменение относительного удлинения 10 9 9 7 8 при разрыве ленты или обертки, после выдержки при температуре 373 К (100 С) в воде в течение 1000 ч, , не более 4 Адгезия к стали, МПа, не менее 0,2 0,85 0,82 0,95 0,64 5 Грибостойкость, балл 2 1 1 1 1 6 Водопоглощение ленты и обертки в 0,5 0,10 0,15 0,07 0,10 течение 1000 ч при температуре 293 К(20 С), , не более 7 Переходное сопротивление покрытия в 5106 5106 6106 7106 5106 5 5 5 5 3-ном растворепри температуре 610 610 610 810 6105 2 293 К (20 С), Омм не менее исходное через 100 сут выдержки 8 Сопротивление изоляции на 5104 6104 6104 7104 5104 законченных строительством участках трубопровода при температуре выше 273 К(0 С), Омм 2, не менее 9 Диэлектрическая сплошность. Отсутствие Отсутствие Отсутствие Отсутствие Отсутствие Отсутствие пробоя электрическим током пробоя пробоя пробоя пробоя пробоя при напряжении 5 кВ/мм толщины 10 Площадь отслаивания покрытия при 10 9 8 6 8 катодной поляризации при температуре 293 К (20 С), см, не более 11 Температура хрупкости, К (С), не 253 (-20)-44 выше В таблице 3 приведены основные свойства полученных составов, проверенные при тех же условиях после двух месяцев трассовой эксплуатации. Таблица 3 Основные свойства полученных составов Характеристики композиции Адгезия к металлу, Мпа начальная через 60 суток Коррозионная стойкость(набухание в грунтовых водах),начальная через 60 суток Температура хрупкости,С начальная через 60 суток Относит, удлинение при разрыве,начальное через 60 суток Прочность на разрыв при растяжении, Мпа начальная через 60 суток Оптимальное соотношение компонентов наблюдается для состава 3, при, этом допустимы изменения концентраций в пределах, массбитум марки БНД 90/130 - 30-50, госсиполовая смола - 3050, резиновая крошка 0 РК-0,5 - 10-15, вермикулит 510. При повышении содержания битума выше 4 50 мас.снижаются все показатели, кроме относительного удлинения при разрыве, а при снижении менее 30 все показатели, кроме температуры хрупкости. При повышении содержания госсиполовой смолы выше 50 снижает все прочностные свойства композиции, а снижение менее 30 значительно уменьшает температуру хрупкости и грибостойкость. Повышение содержания резиновой крошки выше 15 увеличивает вязкость композиции, что затрудняет последующую работу с ней, а снижение концентрации ниже 10 уменьшают относительное удлинение при разрыве и прочность на разрыв при растяжении. Отсутствие в составе композиции вермикулита снижает адгезию к металлу и коррозионную стойкость. Повышение содержания вермикулита более 10 снижает температуру хрупкости, а уменьшение концентрации ниже 5 снижает адгезию к металлу и коррозионную стойкость. Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществить защиту от коррозии стальных труб для систем горячего водоснабжения,газои нефтепроводов,которые эксплуатируются в присутствии большой влажности, в кислотных и щелочных растворах, при этом разработанный состав обеспечивает использование дешевого местного сырья (в том числе отходов, ухудшающих экологическую обстановку) с одновременным снижением водопоглощения и повышением температурной устойчивости,коррозионной ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ защиты от коррозии стальных труб для систем горячего водоснабжения,газои нефтепроводов, предусматривающий нанесение покрытия в заводских или базовых условиях,включающий предварительную очистку, послойное нанесение антикоррозионного покрытия и намотку армирующего материала, отличающийся тем, что в качестве антикоррозионного покрытия используют композицию, включающую вязкие битумы - БНД 90/130,резиновую крошку 0 РК-0,5 активированный продукт переработки шин и вермикулит вспученный по ГОСТ 12865-67 при следующем соотношении компонентов, масс.битум марки БНД 90/130 - 30-50, госсиполовая смола - 30-50, резиновая крошка 0 РК-0,5 - 10-15,вермикулит 5-10 затем на трубу наматывают армирующий материал - стеклоткань, пропитанную той же антикоррозионной композицией, после чего трубу охлаждают до 50 С.