Инновационные материалы и технологии антикоррозионной защиты сооружений для обустройства морских нефтегазовых месторождений Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ

в.в. мясоедова, Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук

инновационные материалы и технологии антикоррозионной защиты сооружений для обустройства морских нефтегазовых месторождений

Композиционные полимерные материалы для систем покрытий антикоррозионной защиты, завоевывающие лидирующее положение на мировом рынке, отвечают основному критерию — обеспечение устойчивости к влиянию коррозионных и других разрушающих воздействий на оффшорные конструкции и оборудование для разведки и добычи углеводородного сырья при надежном сохранении эксплуатационных параметров покрытий во времени.

В то время, как продолжается активный поиск месторождений на малоосвоенных площадях континентального шельфа, возникли новые центры нефтегазовой промышленности — Каспийское море, Арктика, Дальний Восток. Эти три региона охватывают в том числе, территорию российского шельфа, ставя тем самым Россию в число стран, имею-

щих весомый потенциал в области освоения топливно-энергетических ресурсов: 34 % мировых запасов природного газа и около 13 % мировых разведанных запасов нефти. Лидерами проектирования технических средств для освоения шельфа разработаны проекты морских ледостойких платформ, а также ряда других сложных сооружений, предназначенных для всех этапов добычи и переработки сырья . Проектирование и строительство морских буровых платформ для разведки и добычи газа превращаются в область междисциплинарных знаний и программ, включающих совершенствование антикоррозионной защиты конструкций и оборудования от воздействий окружающей среды. Надежная и долговечная защита от коррозии может быть осуществлена только в случае мотивированного выбора систем антикоррозионной защиты и технологии применения по заранее определенному техническому назначению с учетом локальных условий окружающей среды.

Базируясь на этом подходе, усилиями специалистов и экспертов обоснована классификация разрушающих воздействий условий морской и промышленной зон и установлена взаимосвязь особенностей окружающей среды с прогнозируемым сроком службы различных систем покрытий. Нормативная база антикоррозионных покрытий поддерживается принятым в 2003 году Международным стандартом ISO 20340. Этот стандарт отражает требования, предъявляемые к антикоррозионной защите и системам защитных покрытий для новых оффшорных конструкций и соответствующему оборудованию, атмосферостойким в морской зоне, а также при погружении в море или в соленую или солоноватую воду. Область применения стандарта распространяется на различные типы конструкций, поверхностей, окружающей среды, а также классы химических соединений (материалов) в системах покрытий. На основе воздействия типов окружающей среды оффшорная

\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

№ 2 \\ февраль \ 200В

конструкция может быть разделена на четыре зоны:

• одна зона, соответствующая области, находящейся под атмосферным воздействием (категория С5-М);

• три зоны, относящиеся к области погружения, т.е. подводная зона, зона переменного смачивания и зона разбрызгивания (категории Im2).

Описание каждой из систем защитных покрытий, находящихся в конкретной зоне, следует проводить в форме стандартных спецификаций с указанием: названия фирмы-производителя, типа окружающей среды и поверхности (включая указание по рекомендации по степени ее очистки), назначения химического продукта для каждого слоя. В спецификации должна быть представлена информация о названии торговой марки и класса химического продукта, величине номинальных толщин слоев и общей толщине сухой пленки, а также цвете заключительного слоя покрытия. Кроме того, следует выбрать методы тестирования, которые должны быть использованы для обеспечения необходимой долговечности систем защитных покрытий. Число классов химических соединений и типов материалов в международном стандарте ISO 20430 целенаправленно расширено по отношению к ISO 12944-5, принятому ранее в 1998 году, с целью повышения надежности и долговечности срока службы систем антикоррозионных защитных покрытий. Покрытия, относящиеся к классам хлорированных каучуков, виниловых и винилакрило-вых полимеров, остались в прошлом, не выдержав повышенных требований к долговечности сохранения параметров, в том числе цвета и глянца.

Современный ассортимент промышленных типов материалов для антикоррозионной защиты включает: неорганические цинксиликатные материалы; полимерные эпоксидные и полиурета-новые материалы, алкидные, а также композиционные модифицированные

эпоксидные и полиуретановые, эпокси-акриловые, полисилоксановые, эпокси-силоксановые, акрилполисилоксано-вые и другие композиционные полимерные материалы на их основе. 20-25 лет тому назад включенные в ряд индустриальных систем покрытий на основе полиуретанов хорошо себя зарекомендовали в многослойных системах в качестве промежуточного или заключительного слоя. Они способствовали усовершенствованию эстетического вида и повышению погодостой-кости многослойных систем покрытий. Несколько позднее в качестве альтернативы полиуретанам, синтез которых проводится на основе токсичных изо-цианатов, для тех же целей были приняты эпоксиакрилаты. Однако эпоксиа-крилаты не превзошли полиуретаны по основным показателям погодоустойчи-вости. В результате проведенных интенсивных исследований 10-12 лет тому назад появились полисилоксановые покрытия, которые обеспечили инновационный прорыв в технологии промышленных антикоррозионных защитных покрытий. Применение полисилокса-нов продемонстрировало сочетание надежного уровня защиты от интенсивных атмосферных коррозионных воздействий и погодоустойчивости, превосходящих по всем параметрам известные полиуретановые покрытия. Далее представлены данные о периодах наибольшего промышленного применения покрытий на основе различных классов полимеров (рисунок 2).

Типы покрытий 1965 1075 1980 1085 1090 1995 2000 2005

Хлоркяучуки

Винилы

Вин ил-акрил аты

Полиуретаны

Эпоксиакрилаты

Полисилокеаны

Международная практика применения доказала преимущества эксплуатаци-

онных параметров и технических показателей двухслойных систем на основе эпоксиполисилоксанов и акрилполиси-локсанов по сравнению с традиционными трехслойными эпоксидными и поли-уретановыми системами:

• увеличение в два-три раза величины параметров адгезии к стальным поверхностям;

• повышение атмосферной, химической и коррозионной устойчивости за счет особенностей структуры, в составе которой связи кремний-кислород препятствуют окислительному воздействию атмосферного кислорода, в то время как обычные полимерные покрытия в тех же условиях постепенно деструктируют;

• обеспечение снижения скорости «старения» за счет отражения УФ-излучения;

• повышенное содержание сухого остатка в полимерном композиционном покрытии (за счет низких значений вязкости полисилоксановых полимеров);

• повышение прочностных и физико-механических параметров (например, стойкость к пенетрации) за счет образования в сверхтонкой части поверхностного слоя наноструктур полимер-неорганического композита;

• экологическая чистота систем защитных покрытий вследствие пониженного выделения летучих органических веществ (поскольку системы характеризуются повышенным содержанием сухого остатка, или совсем не содержат растворителя, или же содержат его в незначительных количествах);

• уменьшение числа слоев и толщин сухой пленки в слоях и уменьшение веса покрытия и расхода материала при повышенной долговечности покрытия и сроке службы 15-20 лет;

• снижение затрат времени при нанесении двухслойной системы по сравнению с трехслойной системой на 38-40 % вследствие уменьшения времени высыхания «на отлип» и сокращения числа межслоевых операций.

Все эти факторы в совокупности обеспечивают превосходную погодостой-

WWW.NEFTEGAS.INFO

\\ ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ V 51

ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ

кость полисилоксановых покрытий по сравнению с покрытиями на основе других полимеров. В качестве примера приведены сравнительные данные по ускоренным испытаниям влияния агрессивных атмосферных и морских воздействий на сохранение глянца композиционных покрытий на основе полимеров, относящихся различным классам химических соединений (рисунок 3).

100

80 ^■««^„^полисилоксан

а \ ---

|60 \ \

а § 40 с \ V.

20 \ полиуретан

0 200 400 600 800 1000 время (час.)

Основным критерием для применения защитных покрытий на конструкциях, платформах и оборудовании в оффшорных зонах является устойчивость во времени к влиянию различных разрушающих воздействий при надежном сохранении эксплуатационных параметров (например, адгезии и физико-механической прочности, цвета, глянца и гибкости покрытий на защищаемой поверхности). К факторам наиболее интенсивного коррозионного разрушения относятся воздействие солевого тумана, химических продуктов, УФ-излу-чения, абразивного износа от работы буровых установок и причалов, движущегося льда, а также циклов переменного смачивания волнами и погружения в морскую воду.

Индустрия покрытий получила действительно мощный импульс развития с открытием нового химического класса соединений с превосходными характеристиками в отношении антикоррозионной защиты, погодостойкости, наружного глянца и устойчивости цвета. Тип полимерных композиционных покрытий на основе полисилоксанов вызван к жизни необходимостью надежности и долговечности свойств (до 15-20 лет) с повышен-

ными характеристиками: устойчивостью к воздействию УФ-лучей, способностью сохранять цвет и глянец, даже более, нежели полиуретаны (но — в отличие от них — не содержащие изоцианатов), устойчивостью к пенетрации. Эти покрытия применяются в виде пленок с меньшей толщиной сухой пленки, чем у других систем, непосредственно на металл (зачастую без грунтовок) и без каких-либо заключительных покрытий. Они очень быстро отверждаются, не предъявляя требований к влажности, по механизму полимеризации, а в некоторых случаях возможно даже отверждение под водой. Это открывает возможность проведения ре-монтно-восстановительных работ в условиях переменного смачивания волнами. Особые свойства покрытий проявляются в зонах, где необходимо снизить риск персонала, — на переходах, наружных рабочих и вертолетных площадках. При этом достигается подавление процесса образования искр, что необходимо с учетом огнеопасных воздействий на объекте, например, топлив. Особые условия эксплуатации сооружений в проектах по добыче и переработке энергоемкого сырья приводят к необходимости совершенствования противопожарных покрытий. Защита металлоконструкций платформ и оборудования от воздействий огня может осуществляться различными способами, среди которых в случае пожара особенно эффективными являются методы «пассивной защиты» путем нанесения «вспенивающихся» противопожарных покрытий. «Вспенивающееся» покрытие представляет собой тонкую пленку, расширяющуюся при достижении определенной температуры металлоконструкции и формирующую углеродистый слой, который снижает темпы повышения температуры стали, находящейся под воздействием огня. Это, в свою очередь, способствует сохранению несущей способности конструкции. Пассивная огнезащитная система состоит из вспучивающейся мастики, армирован-

ной угле-стекловолоконной сеткой. При воздействии огня огнезащитное покрытие будет расширяться до толщины гораздо большей, чем толщина нанесенного покрытия, формируя при этом изоляционный слой золы. Как сама зола, так и процесс ее образования защищает объект от разрушения огнем. По сравнению с другими материалами, обеспечивающими «пассивную» противопожарную защиту, «вспенивающиеся» покрытия имеют следующие очевидные преимущества:

• увеличение пространства между перекрытиями и техническими средствами, установленными непосредственно в этом пространстве или прилегающие к металлоконструкциям;

• приемлемо в случае использования сквозных крепежных элементов, необходимых при прокладке электропроводки и технического оборудования, без осуществления дорогостоящих ремонтных работ;

• возможность обеспечения противопожарной защиты в цеховых условиях до монтажа металлоконструкций, что экономит время и упрощает ввод в эксплуатацию при обустройстве месторождений;

• минимизация потери огнезащитных свойств вследствие «самозалечивания» поврежденного покрытия;

• быстрота нанесения и легкость восстановления после повреждений (ремонтопригодность);

• низкая весовая нагрузка на конструкцию по сравнению с другими огнезащитными материалами;

• долговечность «вспенивающегося» покрытия — не менее 30 лет.

Таким образом, успех проектов обустройства конструкций на месторождениях неотделим от каждого из аспектов программы для оффшорных сооружений, включая профессионализм инженерных решений по подбору систем и спецификаций антикоррозионных покрытий, подготовке поверхности, соответствующей технологии нанесения и заключительного контроля их качества.