Изоляционные материалы в трубопроводном строительстве. 2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ  ФИЛИАЛ

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО

УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ «УФИМСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ» В

Г.ОКТЯБРЬСКИЙ

 

КАФЕДРА НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ МАШИН  И ОБОРУДОВАНИЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

На тему: Изоляционные материалы в трубопроводном строительстве.

По дисциплине: «Современные проблемы защиты от    коррозии »

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент гр. ГР-09-11                                   М.И. Шарипова

Проверил: ст. преподаватель                                         В.Л. Мазлов                    

 

 

 

2013

Октябрьский

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………...…...3

 

1.Изоляционные материалы…...………………………………………………...5

 

2.Требования к изоляционным покрытиям. Классификация..............................6

 

3.Полимерные материалы….…………………………………………………...10

 

4.Заводские полимерные  покрытия………………………………………….....12

 

5.Битумные материалы………………………………………………………….14

 

6.Лакокрасочные материалы……………………………………………………15

 

7.Стеклянные покрытия………………………………………………………...16

 

8.Стеклоэмалевые покрытия…………...……………………………………….17

 

9.Остеклование труб…………………………………………………………….17

 

Заключение………………………………………………………………………19

 

Список литературы……………………………………………………………...20

 

 

 

 

Введение

 

Трубопровод — это объект, который постоянно контактирует с внешней средой, он не может  быть полностью изолирован от нее. Поэтому  на его поверхности происходят не очень благоприятные, с точки  зрения техники, процессы, например —  коррозия.

Коррозия металлов — это  процесс, вызывающий разрушение металла  или изменение его свойств  в результате химического либо электрохимического воздействия окружающей среды.

В условиях магистральных  трубопроводов наиболее распространена электрохимическая коррозия — окисление  металлов в электропроводных средах, сопровождающееся образованием электрического тока.

Термином «электрохимическая коррозия» объединяют следующие  виды коррозионных процессов: почвенная (коррозия подземных металлических  сооружений под воздействием почвенного электролита), атмосферная (коррозия металлов в атмосфере воздуха или другого  газа, содержащего пары воды), контактная (коррозия металлов в присутствии  воды, вызванная непосредственным контактом  двух металлов.), биокоррозия (коррозия, вызванная жизнедеятельностью микроорганизмов, вырабатывающих вещества, ускоряющие коррозионные процессы;), электрокоррозия (коррозия металлических сооружений под воздействием блуждающих токов) и коррозия в электролитах (коррозия металлов в жидких средах, проводящих электрический ток) [1].

Основной причиной коррозии металла трубопроводов является термодинамическая неустойчивость металлов.

Большинство металлов в земной коре находится в связанном состоянии  в виде солей, окислов и других соединений. Причина этого явления  состоит в термодинамической  неустойчивости металлов. Все вещества стремятся перейти в такое  состояние, при котором их внутренняя энергия будет иметь наименьшее значение. Практически для всех металлов (кроме золота) при образовании окислов, солей и т.д. это правило выполняется. Поэтому окисление металлов, т.е. их коррозия, в естественных условиях процесс неизбежный.

Практически круговорот металла  в природе выглядит так. Металлургическая промышленность, затрачивая большое  количество энергии, осуществляет восстановление металлов из руд в свободное состояние, то есть переводит их на более высокий  энергетический уровень. Однако когда  этот металл уже в виде какой-то конструкции  подвергается действию окислителей (кислорода), он самопроизвольно переходит в  более стабильное окисленное состояние.

На коррозию влияют такие  факторы, как неоднородность состава  металла, неоднородность условий на поверхности металла,  состав транспортируемой среды. Следует сделать вывод, что  коррозия металлов — процесс неизбежный, но зная механизм протекания коррозии, можно затормозить его таким  образом, чтобы обеспечить сохранение работоспособности трубопроводов  в течение достаточно длительного  времени. Для этого применяют  разнообразные изоляционные материалы [2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Изоляционные материалы

 

Основное условие борьбы с грунтовой коррозией подземных  трубопроводов, а также с воздушной  коррозией надземных трубопроводов  — предотвращение непосредственного  контакта металла труб с агрессивной  средой, что достигается созданием  на поверхности трубопровода специальной  оболочки, называемой изоляционным покрытием. Хорошее изоляционное покрытие исключает  также попадание блуждающих токов  на трубопровод, а, следовательно, защищает его от электрохимической коррозии. Изоляционное покрытие имеет определенную конструкцию в зависимости от коррозионной активности грунтов. Магистральные трубопроводы имеют комплексную защиту , состоящую из изоляционного покрытия в сочетании с электрозащитой. Эффективность электрозащиты и ее стоимость во многом зависят от правильности выбора типа изоляционного покрытия, от свойств материала покрытия и качества его нанесения. Чем хуже свойства и качество покрытия, тем больше стоимость обслуживания трубопровода. В связи с этим ко всем материалам, применяемым для изоляции трубопроводов, предъявляют жесткие требования по соблюдению определенных физико-механических свойств, композиционного состава, геометрических размеров, состоянию поверхности, загрязненности примесями и т.п. Комплекс таких требований входит в технические условия, по которым и поставляют изоляционные материалы.

Изоляционные материалы  для защиты газонефтепроводов можно подразделить на следующие: полимерные, битумные, лакокрасочные, стеклоэмалевые и др. Покрытия на основе этих материалов называются соответственно полимерными, битумными и т.д.

Изоляционное покрытие, как  правило, многослойное и может состоять из слоев различных материалов (например, битумно-резиновые) или слоев одного материала (например, покрытие из полимерных лент, порошков или стеклоэмали, не считая грунтовки). Тип и общая толщина изоляционного покрытия зависят от коррозионной активности грунта, характеризующегося определенным значением его электросопротивления, а также от назначения трубопроводов, наличия блуждающих токов и других местных условий.

Применяют нормальный и усиленный  тип изоляционных покрытий. Усиленный  тип изоляционного покрытия используют всегда при прокладке трубопроводов  диаметром 1020 мм и более в солончаковых и поливных почвах, на подводных  переходах и поймах рек, на переходах  через железные и автомобильные  дороги и в других осложненных  условиях прокладки.

Выбор материала для изоляционного  покрытия определяется комплексом предъявляемых  к нему требований. Изоляционное покрытие не должно разрушаться в процессе укладки и засыпки трубопровода и должно надежно защищать его  от коррозии в процессе эксплуатации. Поэтому оно должно быть плотным, прочным, обладать хорошей сцепляемостью с материалом трубопровода (адгезией), высокой теплоустойчивостью и морозостойкостью, высоким электросопротивлением, не содержать водорастворимых примесей, быть стойким против насыщения влагой (набухания) [3].

 

 

2 Требования к  изоляционным покрытиям. Классификация

 

Применяемые изоляционные покрытия должны обладать следующими свойствами:

1) водонепроницаемостью, исключающей возможность насыщения пор покрытия почвенной влагой и тем самым препятствующей контакту электролита с поверхностью защищаемого металла;

2) хорошей адгезией (прилипаемостью) покрытия к металлу, что предотвращает отслаивание изоляции при небольшом местном разрушении, а также исключает проникновение электролита под покрытие;

3) быть сплошным, обеспечивающей надежность покрытия, так как даже мельчайшая пористость в покрытии приводит к созданию электролитических ячеек и протеканию коррозионных процессов;

4) химической стойкостью, обеспечивающей длительную работу покрытия в условиях агрессивных сред;

5. электрохимической нейтральностью: отдельные составляющие покрытия не должны участвовать в катодном процессе в противном случае это может привести к разрушению изоляции при электрохимической защите металлического сооружения;

6) механической прочностью, достаточной для проведения изоляционно-укладочных работ при сооружении металлического объекта и выдерживающей эксплуатационные нагрузки;

7) термостойкостью, определяемой необходимой температурой размягчения, что важно при изоляции «горячих» объектов, и температурой наступления хрупкости, что имеет большое значение при проведении изоляционных работ в зимнее время;

8) диэлектрическими свойствами, определяющими сопротивление прохождению тока, предотвращающими возникновение коррозионных элементов между металлом и электролитом и обусловливающими экономический эффект от применения электрохимической защиты;

9) отсутствием коррозионного и химического воздействия на защищаемый объект;

10) возможностью механизации процесса нанесения изоляционного покрытия как в базовых, так и в полевых условиях;

11) быть не дефицитным (широкое применение находят только те материалы, которые имеются в достаточном количестве);

12) экономичностью (стоимость изоляционного покрытия должна быть во много раз меньше стоимости защищаемого объекта).

Очевидно, что всем этим требованиям  не отвечает ни один естественный или  искусственный материал, поэтому  выбор изоляционного покрытия определяется конкретными условиями строительства  и эксплуатации трубопроводов, наличием сырьевой базы, технологичностью процесса нанесения покрытия и т.д., эти условия и определяют диапазон материалов, применяемых в качестве покрытий для стальных труб.

На следующей странице представлена классификация изоляционных покрытий трубопроводов. В этой классификации  отражены назначения, типы, материалы  изоляционных покрытий, способы, поверхности  и температура нанесения изоляции и т.д., которые используются в  настоящее время или прошли апробацию  ранее с положительными или отрицательными результатами.

В настоящее время трубопроводы в основном изолируются: полимерными  ленточными покрытиям; битумными, битум-полимерным, асфальто-смолистыми мастиками с применением полимерных ленточных обёрток; полимерными покрытиями заводского нанесения с изоляцией сварных стыков термоусаживающимися лентами и манжетами [3].

 

Рисунок 1 – Классификация изоляционных покрытий

3 Полимерные материалы

 

Полимерные материалы - основные и перспективные для изоляции трубопроводов. По сравнению с другими  материалами они обладают рядом  преимуществ: лучшей водостойкостью, большим  электросопротивлением и сроком службы, удобством и экономичностью использования. Полимерные материалы применяют в виде полимерных лент в базовых или трассовых условиях или в виде полимерных композиций, наносимых на поверхность труб в порошкообразном или жидком виде в заводских или базовых условиях. Наиболее перспективны заводские покрытия, обеспечивающие высокие эксплуатационные свойства.

                                                              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – Полимерные ленты

 

Полимерные ленты предназначены  для изоляции наземных и подземных  трубопроводов диаметром не выше 1420 мм. Они подразделяются на две  группы: основные функции защитного  покрытия исполняет полимерная пленка, а клей служит для приклеивания этой пленки к трубе; защитной изоляцией  является клей, а пленка играет роль подложки и обертки. Имеются также  ленты, в которых изоляционными  свойствами обладают оба элемента — и полимерная пленка, и клей. Поверх полимерных лент применяют защитные от механических повреждений обертки. Использование полимерных лент упрощает технологию изоляционных работ на базе или трассе, повышает производительность труда по сравнению с использованием битумного покрытия.

Полимерные ленты применяют с битумно-полимерными, полимерными и даже простыми битумными грунтовками. На поверхность труб грунтовку наносят распылением или специальными очистными или комбинированными изоляционными машинами.

                                  

Рисунок 3 – Нанесение грунтовки на трубопровод

 

Для изоляции трубопроводов  изготовляют липкие ленты из поливинилхлорида, пластифицированного специальными добавками, сообщающими ему необходимую  эластичность и пластичность. Кроме  того, к поливинилхлориду добавляют  стабилизаторы, повышающие его стабильность в атмосферных условиях, а также  пигменты для его окраски в  коричневый или голубой цвет. Некоторые  ленты изготовляют с клеевым  слоем из бутил-каучуковой композиции. Такие ленты влагоустойчивы, обладают высокими диэлектрическими и защитными свойствами, хорошо противостоят различным растворителям.

Рисунок 4 – Нанесение полимерных лент в трассовых условиях

 

Также широко известны изоляционные ленты из полиэтилена. Такая лента  обладает высоким электрическим  сопротивлением, лучшей прилипаемостью, меньшим водопоглощением, высокой химической стойкостью, особенно к минеральным кислотам и щелочам, и сохраняет механическую прочность в более широком интервале температур, чем поливинилхлоридные ленты. ленты. Полиэтиленовую ленту можно наносить на трубопроводы при отрицательных температурах, вплоть до -40 ºС. Изготавливают также дублированные полиэтиленовые ленты, обладающие значительно более высокой прочностью и морозостойкостью,а также стабильностью характеристик в широком интервале температур. Их изготавливают валково-каландровым способом.

Для защиты покрытий из полимерных лент от механических повреждений применяют различные рулонные обертки [3].

 

 

4 Заводские полимерные покрытия

 

Заводские полимерные покрытия обладают лучшими эксплуатационными  характеристиками по сравнению с  покрытиями, наносимыми на трассе, что обеспечивает более тщательными проведением технологических операций по изоляции труб в стационарных условиях, а также прогрессивным применением новых технологических процессов и материалов. При этом увеличивается срок службы магистральных трубопроводов, устраняется сезонность выполнения работ, повышаются темпы строительства за счет сокращения операций очистки и изоляции трубы, значительно уменьшается загрязнение окружающей среды при строительстве трубопроводов.

 

Рисунок 5 – Нанесение заводского полимерного покрытия

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6 – Трубы с заводской изоляцией

 

Трубы с заводским покрытием  не разрушается при гнутье, обладают высокой химической стойкостью. Заизолированые трубы могут долгое время находиться под открытым небом без заметного изменения свойств. В условиях трассы изолируют только стыки труб. Композиционные составы заводской изоляции и технология её нанесения постоянно совершенствуются. Улучшается также технология изоляции труб и ремонтных изоляционных работ в трассовых условиях [3].

 

 

5 Битумные материалы

 

Для изоляции магистральных трубопроводов  также применяют специальные  изоляционные или строительные твердые  нефтяные битумы. Их получают окислением или обработкой паром остаточных продуктов после прямой перегонки  или после крекинга нефти или  нефтепродуктов.

 

Рисунок 7 – Нанесение битумного покрытия

 

Битум представляет собой  твердую, плавкую или вязкожидкую смесь углеводородов и их неметаллических производных, хорошо растворимых в сероуглероде, хлороформе и других органических растворителях. По своей структуре битум - полимерное вещество, имеющее длинные цепи молекул. Этим объясняется его высокая пластичность и эластичность в твердом состоянии. На основе нефтяного битума для изоляции газонефтепроводов изготавливают мастики, грунтовки, рулонные обертки [3].

 

 

6 Лакокрасочные материалы

 

Лакокрасочные материалы  — поверхностные пленкообразующие покрытия, так как при нанесении  их на какую-нибудь поверхность они  способны высыхать с образованием твердой  эластичной пленки. Их широко применяют  для защиты от коррозии наружной и  внутренней поверхности газонефтепроводов, резервуаров, различных подземных, надземных и подводных строительных конструкций и т.д.

Процесс полимерного пленкообразования  на поверхности труб заключается  в переходе растворов или расплавленных  пленкообразователей в аморфное твердое (стеклообразное) состояние. Пленкообразующее покрытие — сравнительно тонкий защитный слой.

В состав лакокрасочных материалов входят пленкообразующее вещество, наполнитель, пигмент, растворитель. В качестве пленкообразующих веществ применяют: высыхающие масла (главным образом растительные), группу олиф, представляющих собой предварительно обработанные масла, синтетические и натуральные каучуки, синтетические искусственные и природные смолы, некоторые продукты переработки нефти, которые характеризуются высокой полимеризационной способностью при обычных условиях (при небольшом повышении температуры) и т.д. Другую группу пленкообразующих веществ составляют лаки, представляющие собой растворы природных высокомолекулярных и синтетических полимерных веществ в том или ином легколетучем растворителе.

Полимерные пленкообразователи могут быть превращаемыми, непревращаемыми и смешанными. Превращаемыми пленкообразователями считаются такие, при которых образование пленки происходит в процессе реакций полимеризащии, поликонденсации или обеих реакций непосредственно в нанесенном слое покрытия. Непревращаемыми пленкообразователями считаются такие при которых пленкообразователь наносят в виде раствора не защищаемую поверхность и он образует пленку в процессе коагулящии или испарения растворитель. Смешанными называются пленкообразователи, действующие частично по принципу превращаемы и непревращаемых.

В качестве полимерных пленкообразователей используют феноль-ноформальдегидные, мочевино- и меламиноформальдегидные смолы, полистирол, прерхлорвинил. эфиры целлюлозы и другие полимерные материалы.

Защитные покрытия выполняют  многослойными, так как покровный материал не может давать беспористого слоя по условиям полимерного пленкообразования. Процессы испарения растворителя (для непревращаемых пленкообразователей) или удаления летучих (для превращаемых пленкообразователей) протекают после образования в первый момент внешней гелеобразной полимерной корочки (пленки). При этом молекулы растворителя или паров вынуждены проходить сквозь пленку, образую мелкие поры, или оставаться под пленкой, снижая адгезию пленки к покрываемой поверхности трубы [3].

 

 

7 Стеклянные покрытия

 

Стеклянные покрытия наносят  двумя методами: стеклоэмалированием и остеклованием (стеклянными баллонами, стеклянным порошком и др) [3].

 

 

 

8 Стеклоэмалевые покрытия

 

Стеклоэмаль представляет собой неорганическое стекло или спекшуюся силикатную массу, которую наносят на поверхность металлических изделий в тонкоизмельченном состоянии и закрепляют на ней посредством обжига в виде тонкослойного покрытия. Процесс нанесения и закрепления эмалевого покрытия на предварительно подготовленную поверхность изделий называется эмалированием.

Различают два вида эмалей: фунтовые, которые наносят непосредственно  на поверхность металла, и покрывные, наносимые на предварительно покрытые грунтом (загрунтованные) изделия.

Основной недостаток стеклоэмалевых покрытий — высокая их хрупкость. Соблюдая осторожность в процессе перевозки  труб со стеклоэмалевым покрытием, их следует применять при прокладке  трубопроводов в агрессивных  грунтах, на "горячих" участках трубопроводов [3].

 

 

9 Остеклование труб

 

Положительные свойства стеклянных покрытий — высокие чистота поверхности, антикоррозионная стойкость, прочность, теплостойкость и микротвердосгь. Поэтому у нас в стране и за рубежом остеклованные трубы применяют для систем теплофикационных сетей, перекачки агрессивных сред, газонефтепроводов, а также в теплообменниках, конденсаторах и т.д. В СССР для промысловых труб нефтяного сортамента распространен способ однослойной технологии остеклования с использованием стеклянных цилиндрических баллонов - баллонное остеклование.

Промышленное остеклование труб включает: подготовку поверхности труб путем отжига с последующей пневматической продувкой и пропуском механического ерша, изготовление стеклянных баллонов из стеклянных труб путем запайки их торцов и остеклование труб с помощью баллонов путем нагрева. Остеклование проводят в электрической печи. Подготовленные трубы подают на рольганги нагревательных печей, где в трубы устанавливают стеклянные баллоны. В зоны нагрева печи, под действием давления нагретого воздуха в герметично запаянном баллоне, размягченная стеклянная оболочка прижимается к внутренней поверхности стальной трубы, футеруя ее. Нагрев осуществляют последовательным проталкиванием трубы со стеклянным баллоном через зону нагрева с температурой 650-720 °С.

В некоторых случаях при  подготовке стеклянного баллона  в него помещают жидкое или твердое  газообразующее вещество для создания дополнительного избыточного давления в процессе нагрева при остекловании и осуществления лучшего прилегания стеклянной оболочки к трубе. На некоторых установках дополнительно вовнутрь стеклянного баллона вдувают воздух от внешнего источника с этой же целью.

В США разработан метод  остеклования труб для нефтепромысловых трубопроводов сырой нефти. Трубы остекловывают изнутри при подаче стеклянного порошка с помощью шнекового устройства. Трубу помещают в нагревательную печь, в которой поддерживают температуру 909 °С, и вращают на роликовом стенде. Шнековое устройство, находящееся внутри трубы, и вращение трубы на роликах обеспечивают равномерное распределение расплавленного стеклянного порошка по внутренней поверхности трубы толщиной 0,23-0,3 мм. Затем трубу перемещают в зону печи с более низкой температурой, где нанесенная стеклянная масса остывает, после чего наносят второй слой покрытия тем же способом. Общая толщина стеклянного покрытия до 0,5 мм. После нанесения второго слоя покрытия трубу выдерживают при температуре 862 °С в течение 8 мин [3].

 

 

Заключение

 

Использование трубопроводов является самым безопасным и недорогим способом транспортировки энергоносителей на большие расстояния. Чтобы однажды проложенный трубопровод надежно функционировал долгое время, следует использовать надежную антикоррозионную защиту. Применение различных видов изоляционных материалов позволяет в разы увеличить долговечность трубопроводов.

В частности изоляция нефтепроводов важна для того, чтобы сохранить скорость транспортировки нефти и ее конечное качество после прохождения сотен километров пути. Нефтяной трубопровод обладает высокими требованиями к изоляции коммуникаций, которая, в свою очередь, зависит не только от качества изоляционных материалов, но и от соблюдения технологий их установки. Различные материалы направлены на защиту от определенного воздействия на трубопровод.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. Алиев Р.А. Трубопроводный  транспорт нефти и газа: Учеб. для вузов. — М.: «Недра», 1988, — 368 с.

 

2. Ахатов Ш.Н. Транспорт и хранение нефти и газа: Учеб. пособие для вузов. — Уфа: Из-до УНИ, 1979, —106с.

 

3. Скугорова Л.П. Материалы для сооружения газонефтепроводов и хранилищ: Учеб. пособие для вузов. — М.: «Недра», 1989, — 343 с.