Применение современных материалов и технологий для защиты трубопроводов и оборудования нефтяной и газовой промышленности Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

е

12

КОРРОЗИЯ

CORROSION

5/Н (73) октябрь 2008 г. ЭКСПОЗИЦИЯ

Мы живем в условиях постоянного выбора. Каждый день нам приходится из чего-то выбирать: что купить, что надеть, где провести очередной отпуск. Хорошо, если имеется возможность выбора. При наличии достаточных средств это дает внутреннюю свободу. Возможность выбора заставляет нас из нескольких возможных вариантов принимать наиболее продуманные и прагматические решения. Вопросы выбора актуальны и в том случае, когда речь идет о покрытиях, используемых для противокоррозионной защиты трубопроводов и оборудования.

ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИЙ

ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДОВ И ОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

И.А.ПОНИКАРОВА

гл. специалист по полимерным покрытиям ООО «ТПК «Алтиком»

г. Набережные Челны

За более чем вековую историю трубопроводного строительства для изоляции трубопроводов применялись самые различные материалы и системы защитных покрытий трубопроводов и оборудования - от каменноугольного дегтя и битума до полимерных, полиамидных покрытий. Каждое из применяемых защитных покрытий имеет свои преимущества, но вместе с тем практически каждое покрытие трубопроводов имеет и свои недостатки, температурные или эксплуатационные ограничения. При всем имеющемся многообразии защитных покрытий на сегодняшний день нельзя сделать вывод в пользу только одного, уникального и универсального покрытия, которое бы отвечало всем предъявленным требованиям и обеспечивало защиту от коррозии в различных условиях эксплуатации. И это вполне объяснимо. Ведь современные газонефтепроводы являются сложными инженерными сооружениями, протяженность которых составляет сотни и тысячи километров. Трубопроводы проходят через различные климатические зоны, на их пути встречаются реки и болота, вечная мерзлота и пустыни, автомобильные и железные дороги. Отдельные участки трубопроводов могут проходить под водой, над землей, прокладываться в скважинах при строительстве. Трубопроводы - это не только сваренные в одну нитку стальные трубы. В состав трубопроводов входят соединительные детали (отводы, тройники, заглушки), запорная арматура (крановые узлы, задвижки), узлы врезок, ответвлений и др. Через определенные промежутки в трубопроводы встраиваются компрессорные, насосные перекачивающие станции. Все эти элементы трубопроводов должны быть защищены от коррозии на продолжительный период эксплуатации.

Уже более 50 лет в Европе применяется полиамидное покрытие RILSAN для антикоррозионной и антифрикционной защиты в нефтегазовой промышленности, в автомобилестроении и в системах водоснабжения.

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. Отсутствие отвердителей, 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. В зависимости от выбранной технологии возможность получения покрытия пленки от 150мкм до 1000 мкм.

СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ RILSAN

• отличная устойчивость к коррозии;

• хорошая химическая стойкость, атмосфе-

ростойкость; сопротивление износу и истиранию;

• ровная и гладкая поверхность (шерохова-

тость 0,4....0,8 мкм);

• эластичность;

• нетоксичность;

• устойчивость к граффити и UF-лучам и др.

ОТЛИЧИЯ ОТ ДРУГИХ ПОРОШКОВЫХ ПОКРЫТИЙ

Покрытие RILSAN принадлежит к группе конструкционных пластмасс и по физическим и химическим свойствам превосходит такие материалы, как эпоксидные, полиэфирные, а также полиолефины (см.таблицу).

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.

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 (при толщине покрытия в 300 мкм), 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 ►

USE OF MODERN MATERIALS AND TECHNOLOGIES TO PROTECT THE PIPELINES AND EQUIPMENT FOR OIL AND GAS INDUSTRY

For more than one century long history of pipeline construction, very different materials and systems of protective coatings for pipelines and equipment have been used for pipeline insulation - from coal tar and bitumen to polymer and polyamide coatings. Each of the protective coatings used has its own advantages, however at the same time practically every coating for pipelines has its own drawbacks, temperature and operational limitations. With all the available variety of protective coatings today, one cannot commit oneself to only one fully, a unique and universal coating which would meet all the requirements applying to it and would provide anti-corrosive protection under various operating conditions. This is quite easy to explain. The reason is that modern gas and oil pipelines constitute sophisticated engineering designs whose length amounts to hundreds and thousands of kilometers. The pipelines run through various climatic zones, they cross rivers and marshes, perm frost and deserts, roads and railways. Some sections of the pipeline may pass under water, underground, may be laid in the wells during construction. Pipelines are not just steel pipes welded together into one line. Connecting pieces are also part of the pipelines (diversions, T-pipes, plugs), valve gear (valve assemblies, blast gates), incuts, branches, etc. At a definite interval, compressor stations and pump stations are built into the pipeline. All these components of the pipeline must be protected from corrosion for a lengthy period of operation.

For more than 50 years already the RILSAN polyamide coating for anti-corrosive and anti-friction protection has been in use in oil and gas industry, in automobile industry and in water supply systems. 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. Depending on the technology chosen, it is possible to obtain film coatings from 150 microns to 1000 microns PROPERTIES OF RILSAN COATINGS

• Excellent resistance to corrosion

• Good chemical resistance, atmospheric resistance

• Wear and abrasive resistance

• Level and smooth surface (roughness from 0.4 to

0.8 microns);

• Elasticity

• Lack of toxicity;

• Resistance to graffiti and UF rays, 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).

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

Ф

ЭКСПОЗИЦИЯ 5/Н (73) октябрь 2008 г.

КОРРОЗИЯ

CORROSION

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.

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 (with coating thickness being 300 microns) 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 5-25 mg (depending on the coating grade) 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 example, 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 RISLAN coated products can be bent 90° or 180° without damaging the coating (provided R> 30D). THE CHARACTERISTICS OF THE QUALITY COATINGS ARE PRESENTED IN THE NORMATIVE ACTS:

• European Standard EN10310;

• American Standard C-224-01

For the material (product) itself imported by the manufacturer (ARKEMA) - safety passport No. 01095 (92091 Paris La Defense Cedex)

The products comply with Technical Requirements TU 1390-001-52-637818-2006.

Technical Requirements (TU 1390-001-52637818-2006) have sanitary epidemiological opinion No. 77.99.02.139.T.002 050.10.06 dated 27.10.2006.

The products (steel pipes, pipeline components) San PiN 2.1.4. 1074-01 «Drinking water. Hygienic Requirements to the Water Quality in the Drinking Water Supply System. Quality Control», GN 2.1.5. 1315-03 «Limited Permissible Quantities of Chemical Agents in the Water of the Water Facilities for Industrial and Drinking Needs as Well as Cultural and Household Use'. Sanitary and Epidemiological Opinion No. 77.99.02.139.D.01060-9.11.06 dated 14.11.2006 issued by the Federal Service for Supervision in the Sphere of Protecting Consumers' Rights and Human Well-Being.

Expert Opinion No. 03-02/06-188 dated 18.09.2006 by the State Run Institution «Scientific and Research Institute for Labor Medicine of the Russian Academy for Medical Sciences»

For the material (powder) as products imported into the territory of the Russian Federation (Polyamide 11 Grade Rilsan Fine Powder) - sanitary epidemiological opinion No. 7701.12.229.P.02068.02.4 dated 05.02.04. by the State Sanitation and Epidemiology Service of the Russian Federation.

THE USE OF RILSAN IN OIL AND GAS SECTOR

1. Pipes and pipeline components. Coatings (both inner ones and outside ones) are applied onto longitudinally or spirally welded pipes, seamless steel pipes and their fittings (pipe grade as per GOST State Standards 3262, 10704, 8732, 8734, 8696, 550, 20295, diversions with an angle of 900, 600 and 450 per GOST State Standards 17378, Plugs per GOST State Standards 17379, etc.). Methods of connection: flange type, threaded connection, by means of couplings (welding of coated products is not allowed without using protected bushings in the seam area).

2. Oil and gas equipment springs.

3. Work wheel TSNS 63-1400.

4. Impellers of the Oil Accounting Sensors (Turbine).

5. Valve Rods of the drilling tongs.

6. Plunger (rods) of the SIN-32 Type, SIN-46 Type Pumps and other mating elements (slide bearings, guide rings, support rings, castellated nut).

7. Seal Bushings (BAKER CAC type) instead of bronze, steel can be used for manufacture with RILSAN coating.

8. Filters.

9. Different types of impellers, etc.

10. Housing and Parts of the Valve Gear.

истирания стандартным методом при помощи абразивной машины Taber составляет 5-25 мг (в зависимости от марки покрытия) по сравнению с 40мг для эпоксидного покрытия и около 60мг 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 до 80% позволяет материалам RILSAN восстанавливаться без повреждения пленки (на трубах, металлических профилях и других изделиях, покрытых RILSAN, при изгибе на 900...1800 повреждений покрытия не происходит (при соблюдении условий R>30D).

ХАРАКТЕРИСТИКИ КАЧЕСТВЕННОГО ПОКРЫТИЯ ПРЕДСТАВЛЕНЫ В НОРМАТИВНЫХ АКТАХ:

• Европейский стандарт EN10310;

• Американский стандарт С-224-01

На сам материал (продукт), ввозимый компанией-производителем (ARKEMA) - паспорт безопасности № 01095 (92091 Париж La Defense Cedex).

Продукция соответствует ТУ 1390-00152637818-2006.

Технические условия (ТУ 1390-001-52637818-2006) имеют санитарно-эпидемиологическое заключение № 77.99.02.139. Т.002 050.10.06 от 27.10.2006г.

Продукция (трубы стальные, элементы трубопроводов) соответствуют санитарным правилам) Сан ПиН 2.1.4. 1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества», ГН 2.1.5. 1315-03 «ПДК химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования». Санитарно-

эпидемиологическое заключение № 77.99.02.139.Д.010609.11.06 от 14.11.2006г. Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека.

Экспертное заключение № 03-02/06188 от 18.09.2006г. Государственного учреждения научно-исследовательского института медицины труда Российской академии медицинских наук.

На материал (порошок) как на продукцию, ввозимую на территорию Российской Федерации (Полиамид 11 марки Rilsan Fine Powder) - санитарно-эпидемиологическое заключение № 7701.12.229.П.02068.02.4 от 05.02.04г. Государственной санитарно-эпидемиологической службы Российской Федерации.

ПРИМЕНЕНИЕ ПОКРЫТИЯ RILSAN В НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ:

1. Трубы и элементы трубопроводов. Покрытие (как внутреннее, так и наружное) наносится на продольно или спирально сваренные трубы, бесшовные стальные трубы и их фитинговые элементы (сортамент труб по ГОСТ 3262, 10704, 8732, 8734, 8696, 550, 20295, отводы с углом 900,600 и 450 по ГОСТ 17378, заглушки по ГОСТ 17379 и др.). Способы соединения: фланцевое, резьбовое, с помощью муфт (сварка изделий с покрытием не допускается без применения защитных втулок в зоне шва).

2. Пружины нефтегазового оборудования.

3. Колесо рабочее ЦНС 63-1400.

4. Крыльчатки датчиков учета нефти (тур-бинка).

5. Штоки клапанов от бурового ключа.

6. Плунжеры (штоки) насосов типа СИН-32, СИН-46 и остальные сопряженные элементы (подшипник скольжения, направляющие кольца, кольца опорные, корончатая гайка).

7. Втулки сальниковые (типа BAKER САС) - вместо бронзы возможно изготовление из стали с покрытием RILSAN.

8. Фильтры.

9. Крыльчатки различных типов и т.д.

10. Корпуса и детали запорной арматуры. ■

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

1 -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