CC BY
125
ЭКСПОЗИЦИЯ 3/Н (64) май 2008 г.
Тема защиты от коррозии не теряет своей актуальности многие десятилетия. Качество покрытия для антикоррозионной защиты особенно важно в нефтегазовой промышленности. В течение долгих лет нефтегазовая отрасль использует различные решения по покрытиям для защиты труб, элементов трубопроводов, запорной арматуры, штоков, отводов и других деталей.
ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ЗАЩИТЫ НЕФТЕГАЗОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ОТ КОРРОЗИИ:
новизна, актуальность, эффективность
Н. ИВАНЦОВА
ООО «ТПК «Алтиком»
г. Набережные Челны
USE OF MODERN MATERIALS AND TECHNOLOGIES TO PROTECT OIL AND GAS EQUIPMENT FROM CORROSION
novelty, topicality, efficiency
N. IVANTSOVA
«TPK «Alticom» LLC Naberezhnye Chelny
The subject of corrosion protection has not been losing its topicality for many decades. The quality of coating for anti-corrosion protection is especially critical in the oil and gas industry. For many years the oil and gas industry has been using different solutions regarding the coatings to protect pipes, pipeline components, valves, rods, branches and other parts.
Thousands of kilometers of oil producing pipelines of various diameters and applications are constructed and put into operation in Russia and other CIS countries annually, thousands of units of different facilities are being operated. At the present time, due to the fact that these facilities are getting more expensive, and more so, capital overhaul of them, is getting more expensive, there has arisen a need for the method of protecting them to be improved under aggressive conditions for the purpose of lengthening their service life. A search of scientific and technical as well as engineering solutions aimed at creating anti-corrosion strategy oriented to the specific environment of a modern enterprise is the main and relevant path followed by this study. Based on the considered specific methods of organizing anti-corrosion protection and long term operation of the pipelines for various purposes, the analysis of the extensive material involved, the technical, technological and organizational solutions ensuring the resolution of applied tasks are presented. The proposed methods of organizing the production operations are aimed at improving the technical and economic performance indicators: - improved corrosion and wear resistance in different media, corresponding increase of the operational and environmental safety of the oil field communications. In the course of the study which has been going on since January 2005 at the laboratory of «NPO «ZNOK and PPD» LLC it has been felt that polyamide powder (polyamidell) with the «RISLAN» trademark is of interest. During the study of this material several tasks were dealt with at the same time: determining the adhesive properties of the coating, determining the coating stability in different media, wear resistance and the method of applying it to steel surface which thus evaluated the efficiency of the technology.
In order to tackle these tasks, coated samples produced by the method of dipping into fluidized layer (the most effective technology) were placed in different conditions approximating the real ones. The test results are given in the table. It has been noted that the polymer coating based on polyamide groups had fully retained its adhesion even after
Ежегодно в России и в других странах СНГ строятся и вводятся в эксплуатацию тысячи километров промысловых трубопроводов различных диаметров и различного назначения, эксплуатируются тысячи единиц различных объектов. В настоящее время в силу удорожания данных объектов и тем более капитального ремонта возникла необходимость совершенствования способа их защиты в условиях агрессивного влияния с целью продления срока службы.
Поиск научно-технических и инженерных решений, призванных обеспечить создание ориентированной на конкретные условия современного предприятия стратегии защиты от коррозии - главное и актуальное направление исследований данной работы. На базе рассмотренных
конкретных методов организации защиты от коррозии и долгосрочной эксплуатации трубопроводов различного назначения, анализа вовлеченного обширного материала представлены технические, технологические и организационные решения, обеспечивающие решение прикладных задач. Предложенные методы организации производства работ направлены на улучшение технико-экономических показателей: - повышение коррозионной и износостойкости в различных средах, в соответстветствии с чем повышение эксплуатационной и экологической безопасности промысловых коммуникаций. В ходе исследований, проводимых с января 2005 года в лаборатории ООО «НПО «ЗНОК и ППД» (Научно-Производственное Объединение «Защита ►
1 Среды 1 испытаний Темп-ра испытаний, 0С Время испыта- До испытаний После испытаний Заключение
ний Стойкость к удару, см Адгезия. балл Стойкость к удару, см Адгезия. балл
Водопроводная вода Пластовая вода 80 20 3000 ч 3000 ч 50 50 1 1 50 50 1 1 Соответствует Соответствует
Нефть 20 3000 ч 50 1 50 1 Соответствует
3%-ный раствор №С1 (хлористого натрия) 50 1000 ч 50 1 50 1 Соответствует
3%-ный раствор №С1 (хлористого натрия) 80 1000 ч 50 1 50 1 Соответствует
Смесь гексан-то-луол в соотношении 10:1 20 1000 ч 50 1 50 1 Соответствует
Дизельное топливо 20 1000 ч 50 1 50 1 Соответствует
Насыщенный раствор лимонной кислоты 50 1000 ч 50 1 50 1 Соответствует
Попеременно вода (12 ч)-воздух (12 ч) 20 -18 12 ч 12 ч 50 1 50 1 Соответствует
Площадь отслаивания покрытия при поляризации, см2 293 К (200С) 31 день Норма не более 5 Факт 4,2 Соответствует
Площадь отслаивания покрытия при поляризации, см2 353 К (800С) 31 день Норма не более 5 Факт 4,5 Соответствует
Устойчивость к солевому туману Сопротивление к истиранию - 2000 ч 1000 циклов Коррозия отсутствует Коррозия отсутствует Потеря массы через 1000 циклов Соответствует Соответствует
3/Н (64) май 2008 г. ЭКСПОЗИЦИЯ
нефтепромыслового оборудования от коррозии и поддержинме пластового давления»), интерес представил полиамидный порошок (полиамид11) с торговым названием <^^А№>.В процессе исследования данного материала решалось несколько задач: определение адгезионных свойств покрытия, определение стойкости покрытия в различных средах, износостойкости и способа его нанесения на стальную поверхность, определяя тем самым эффективность технологии.
Для этих задач образцы с покрытием, полученные методом погружения в псев-доожижженный слой (наиболее эффективная технология), поместили в различные условия, приближенные к реальным. Результаты испытаний представлены в таблице.
Отмечено, что полимерное покрытие на основе полиамидных групп полностью сохранило адгезию даже после выдержки образцов в большинстве агрессивных сред и противостояло катодному отслаиванию при 20 и 80оС в 3%-м растворе NaCl. При исследовании границы «металл-покрытие» присутствия продуктов коррозии в граничной области не обнаружено.
Положительные результаты исследованного в лабораторных условиях полиамидного покрытия позволили сделать выводы о возможности опробования в промысловых условиях. С этой целью была разработана программа и методика промысловых испытаний, подготовлены и установлены образцы с полиамидным покрытием в нескольких средах:
• один из объектов (пластины) размещен в НГДУ «Лениногорскнефть» (д. Куакбаш) в РВС, содержащий Н.^;
• второй объект (штоки от бурового ключа АКБ) установлен в Азнакаев-ском УБР, предварительно проведены приемочные испытания на базе производственного обслуживания в г. Аз-накаево.
Планируется продолжить эксперименты на рабочих колесах ЦНС (объекты покрыты полиамидом и готовы к испытаниям).
Уже более тридцати лет в Европе RILSAN применяется для нанесения покрытий на трубы, клапаны и фитинги систем транспортировки питьевой воды и других жидкостей, поскольку эти покрытия сочетают отличные физические свойства с хорошей химической стойкостью. Повышенные антикоррозийные свойства, стойкость к истиранию, износоустойчивость были оценены машиностроительной отраслью, в связи с чем данное покрытие нашло широкое применение в узлах трения машин и механизмов НТЦ ОАО «КамАЗ» г. Набережные Челны.
Применяя полиамидный материал в качестве покрытия, мы сможем добиться лучшего качества защиты объектов нефтедобычи от коррозии и повышения их износоустойчивости. При этом определяющим фактором эффективности данной технологии и данного материала будет повышение эксплуатационной и экологической безопасности промысловых коммуникаций.
ЧТО ТАКОЕ ПОЛИАМИДНОЕ ПОКРЫТИЕ RILSAN?
Полиамидный порошок (полиамид11) с торговым названием «RILSAN» представляет собой порошок термопластичного происхождения (сырьем для него служит касторовое масло), что обуславливает его нетоксичность. Его уникальный химический состав, отсутствие отверди-телей, растворителей и катализаторов, термопластичные свойства обеспечивают уникальные свойства покрытий на его основе, а отсутствие вредных примесей создает возможность применения при контакте с пищевыми продуктами. Порошковые материалы, представленные на рынке в настоящее время, не позволяют получать покрытия с аналогичными свойствами.
УНИКАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ RILSAN
• Отличная устойчивость к коррозии.
• Хорошая химическая стойкость, атмосферостойкость.
• Сопротивление износу и истиранию.^
Показатель RILSAN Полиэфир Эпоксидный полимер Акриловый сополимер
Плотность средняя низкая низкая высокая
Устойчивость к истиранию высокая низкая средняя средняя
Ударопрочность высокая средняя низкая низкая
Коррозионная стойкость высокая низкая низкая низкая
Химстойкость высокая низкая средняя средняя
Стойкость к действию
t -400С высокая средняя средняя высокая
Адгезия (долгосрочная) средняя высокая высокая низкая средняя
Изоляционные свойства высокая средняя низкая высокая
Окраска кромок высокая низкая низкая низкая
Атмосферостойкость средняя высокая низкая средняя
Экологические характеристики высокая средняя средняя средняя
Возможность контакта с пищевыми продуктами высокая средняя средняя высокая
keeping the samples in the majority of aggressive media and had resisted the cathodic disbondment at 20 and 80°C in the 3% NaCl solution. When examining the «metal-coating» interface no presence of corrosion products in the borderline area was detected.
Positive results of the polyamide coating studied under laboratory conditions allowed conclusions to be drawn about the possibility of testing it under oil field conditions. With that aim in view a program was developed and methodology of oil field tests was worked out, as well as samples with polyamide coating were prepared and installed in several media:
• one of the items (plates) was located at «Lenin-ogorskneft» Oil and Gas Production Department (the village of Kuakbash) in the vertical stock tank, containing H2S;
• the second item (rods of the automatic drilling tongs) is installed at Aznakaevo Drilling Department having preliminarily gone through acceptance tests at the production service facility in Aznakaevo.
The plan is to continue with the experiments on the impellers of the centrifugal pumps (the items are covered with polyamide and ready for testing).
For more than thirty years already RISLAN has been used in Europe to apply coatings to the pipes, valves and fittings on the drinking water transportation systems and for other liquids because these coatings combine excellent physical properties and good chemical resistance. Improved anti-corrosion properties, abrasive strength, wear resistance have been appreciated by the engineering industry and as a result, this coating has found wide application in the friction components of machines and mechanisms at the R and D Center of KAMAZ Inc., Naberezhnye Chelny.
By using the polyamide material as a coating we will be able to achieve the best quality of anti-corrosion protection for pieces of oil production equipment and to improve its wear resistance. At the same time, the determining factor for the efficiency of this technology and material will be the improvement of operating and environmental safety of the oil field communications.
WHAT IS RILSAN POLYAMIDE COATING?
Polyamide powder (polyamidell) with the RILSAN trademark constitutes a powder of thermoplastic origin (the raw material for it is castor oil) which preconditions its lack of toxicity. Its unique chemical composition, lack of hardeners, solvents and catalysts; the thermoplastic properties ensure the unique properties of coatings based on it while lack of hazardous impurities allows it to be used in contact with foodstuffs. The powder materials now available in the market do not allow coatings with similar properties to be obtained.
UNIQUE PROPERTIES OF RILSAN COATING
• Excellent resistance to corrosion
• Good chemical resistance, atmospheric resistance
• Wear and abrasive resistance
• Level surface
• Elasticity
• Lack of toxicity, etc.
DIFFERENCE FROM OTHER POWDER COATINGS
RILSAN coating belongs to a group of structural plastics and in terms of physical and chemical properties it exceeds such materials as epoxy, polyester as well as polyolefin (ref. table).
Being thermoplastic, RILSAN powder materials form a coating much faster than the thermosetting powder lacquer and paint materials which enables the time that a product stays in the oven to be reduced and thus save energy and use less expensive equipment.
A new feature compared to the technology of applying thermosetting coatings which require that
ЭКСПОЗИЦИЯ 3/Н (64) май 2008 г.
Свойства полиамидного покрытия RILSAN позволяют наносить его на трубопроводы для перекачки и транспортировки агрессивных сред, а также на покрытия резервуаров, насосов, муфт, запорной арматуры и т.д.
a product should stay in the oven for a long time for solidification, is the possibility of applying RILSAN over a sufficiently large area in the fluidized layer without subsequent fusion.
The RILSAN materials allow protective coatings to be produced which have all the above mentioned properties almost right after the cooling of the products.
One of the weaknesses of many of the powder lacquer and paint materials available in the market at the present time is poor painting of the product edges. The thickness of the coating on thin and narrow edge may amount to only several microns and that becomes a «weak point» of the coating where spalling, wear and pockets of corrosion are possible. The RILSAN coating allows well protected edges of the products to be produced when it is applied both by electrostatic method and by fluidized layer method.
Impact strength and abrasive resistance are, in the majority of cases, the key criteria for durability of the painted products and loss reduction in the manufacture and transportation of the products.
The impact strength of the RILSAN coating is approximately 3 joules which is almost twice that indicator for the standard epoxy coatings and 50% higher than for standard polyester coatings. The RILSAN coatings have a sufficiently high resistance to abrasion: loss of mass at 100 abrasion cycles using standard method with the help of Taber abrasive machine amounts to 15 mg compared to 40 mg for the epoxy coating and approximately 60 mg for the polyester coating. A very low coefficient of friction for the RILSAN coatings (0.15-0.30 static and 0.05-0.20 dynamic) makes them unique in cases where self-lubricating coatings are required, for examples, when manufacturing the guides for vehicle doors, monorails for heavy wagons and other similar parts.
Another advantage of the RILSAN powder coatings over the standard powder materials is very high elasticity and elongation of the films.
Elongation at break of 80% allows the RILSAN materials to restore without damaging the film. Pipes, metallic sections and other products can be bent 90 or 180° without damaging the coating. Besides, it is possible to bend the pipes to a curvature of 30D without spalling the coating.
USE OF RILSAN COATINGS
1. In oil and gas as well as chemical industry
The outstanding properties of the RILSAN polyamide coating, specifically speaking, their good chemical resistance and excellent corrosion resistance make it possible to use RILSAN coatings for pipelines which pump and transport aggressive media as well as for coatings of the reservoirs, tanks, pumps, couplings, valves, etc. In 2001 construction of the gas pipeline between Russia and Turkey began through the bed of the Black Sea («Blue Flow» Project, OAO «Gazprom»).
Based on the fact that the gas pipeline routed through the Russia land area passes through the mountainous terrain and the depth of the pipe lying in the sea throughout the underwater portion of it reaches 2150 m under the conditions of aggressive hydrogen sulphide medium, in order to enhance the reliability of the gas pipeline during its construction pipes with internal and external RILSAN polyamide coating were used.
The construction of the «Blue Flow» Project has ushered in a new page in the history of development of modern gas transportation technologies.
2. Other Examples of Using RILSAN coatings
• Food equipment, baskets of dish washing
machines
• Printing rollers of printing presses
• Air conditioning systems, pneumatic systems
• Equipment for marine application
• Water supply systems
• Automotive industry
• Ровная поверхность.
• Эластичность.
• Нетоксичность и др.
ОТЛИЧИЯ ОТ ДРУГИХ ПОРОШКОВЫХ ПОКРЫТИЙ
Покрытие RILSAN принадлежат к группе конструкционных пластмасс и по физическим и химическим свойствам превосходят такие материалы, как эпоксидные, полиэфирные, а также полиоле-фины (см. таблицу).
Являясь термопластами, порошковые материалы RILSAN формируют покрытие значительно быстрее, чем термореактивные порошковые ЛКМ, что позволяет снизить время пребывания изделия в печи и таким образом экономить энергию и использовать менее дорогое оборудование.
Новым по сравнению с технологией нанесения термореактивных покрытий, требующих значительного пребывания в печи для отверждения, является возможность нанесения покрытия RILSAN на достаточно большую площадь в псев-доожиженном слое без последующего оплавления.
Порошковые материалы RILSAN позволяют получать защитные покрытия, обладающие всеми указанными выше свойствами, почти сразу после охлаждения изделий.
Одним из недостатков многих представленных в настоящее время на рынке порошковых ЛКМ является плохая окраска кромки изделий. Толщина покрытия на тонкой и узкой кромке может составлять всего несколько микрон, и это становится «слабым местом» покрытия, где возможны сколы, истирание и возникновение очагов коррозии. Покрытие RILSAN позволяет получать хорошо защищенные кромки изделий при нанесении как электростатическим способом, так и в псевдоожиженном слое.
Ударопрочность и устойчивость к истиранию являются в большинстве случаев основными критериями долговечности окрашенных изделий и снижения потерь при производстве и перевозке изделий.
Ударопрочность покрытия RILSAN около 3 Дж, что почти в 2 раза превышает этот показатель для стандартных эпоксидных покрытий и на 50% выше, чем для стандартных полиэфирных покрытий. Покрытия RILSAN обладают достаточно высокой устойчивостью к истиранию: потеря массы при 100 циклах истирания стандартным методом при помощи абразивной машины ТаЬег составляет 15 мг по сравнению с 40 мг для эпоксидного покрытия и около 60 мг для полиэфирного покрытия. Очень низкий
коэффициент трения покрытий RILSAN (0,15-0,30 статистический и 0,05-0,20 динамический) делает их уникальными в случае, когда требуются самосмазывающиеся покрытия, например, при изготовлении направляющих для дверей автомобиля, монорельсов для тяжелых вагонеток и других аналогичных деталей.
Еще одним преимуществом порошковых покрытий RILSAN перед стандартными порошковыми материалами является очень высокая эластичность и удлинение пленок.
Удлинение при разрыве 80% позволяет материалам RILSAN восстанавливаться без повреждения пленки. Трубы, металлические профили и другие изделия, покрытые RILSAN, могут быть изогнуты на 900 или 1800 без повреждения покрытия. Кроме того, возможен изгиб труб до кривизны 30D без растрескивания покрытия.
ПРИМЕНЕНИЕ ПОКРЫТИЙ RILSAN
1. В нефтегазовой и химической промышленности
Выдающиеся свойства полиамидного покрытия RILSAN, в частности, хорошая химическая стойкость и отличная устойчивость к коррозии, дают возможность покрытия рильсаном трубопроводов для перекачки и транспортировки агрессивных сред, а также покрытия резервуаров, насосов, муфт, запорной арматуры и т.д. В 2001 году началось строительство газопровода Россия-Турция через акваторию Черного моря (проект «Голубой поток, ОАО «Газпром»).
Учитывая, что газопровод, расположенный на российском сухопутном участке, проходит по горной местности, а глубина залегания трубы на морской части достигала 2150м в условиях агрессивной сероводородной среды, для повышения надежности газопровода при его строительстве применялись трубы с внутренним и внешним полиамидным покрытием RILSAN.
Сооружение «Голубого потока» открыло новую страницу в истории развития современных газотранспортных технологий.
2. Другие примеры использования покрытий RILSAN
• Пищевое оборудование, корзины посудомоечных машин
• Печатные валики полиграфических машин
• Системы кондиционирования, пневматические системы
• Оборудование морского назначения
• Системы водоснабжения
• В автомобилестроении ■
