Преимущества трехслойной полиэтиленовой изоляции труб

Впервые конструкция трехслойного полиэтиленового покрытия была разработана и запатентована специалистами фирмы "BASF" и "Mannesmann", Германия 20 лет назад. Трехслойное покрытие типа "MAPEK" состоит из слоя эпоксидного праймера толщиной от 60 до 200 мкм, адгезионного подклеивающего слоя толщиной от 200 до 500 мкм и наружного полиэтиленового слоя толщиной от 1,5 до 3,0 мм. В зависимости от диаметров труб и назначения трубопроводов общая толщина трехслойного покрытия может изменяться от 2,0 до 3,5 мм.

На сегодняшний день трехслойное полиэтиленовое покрытие является наиболее эффективным наружным антикоррозионным покрытием труб заводского нанесения.

Данный тип покрытия широко применяется во всем мире для антикоррозионной защиты трубопроводов различного назначения, (магистральные газопроводы, нефтепроводы, продуктопроводы, трубопроводы коммунального назначения и др.).

При правильном выборе системы изоляционных материалов, при строгом соблюдении технологических режимов очистки и наружной изоляции труб расчетный срок службы трехслойного покрытия при температурах эксплуатации до плюс 60 °С составляет не менее 50 лет.

В России технология трехслойной полиэтиленовой изоляции труб впервые была реализована на Волжском трубном заводе. В 1999 году с использованием оборудования фирмы "Bradero Price", США на заводе был освоен процесс заводской изоляции труб 168-1420 мм трехслойным покры-тием на основе изоляционных материалов фирм "DuPont" и "NOVA", Кана-да.

В 2000 году на базе технологического оборудования поставки фирмы "Selmers", Нидерланды была внедрена технология трехслойной полиэтиленовой изоляции труб на Челябинском трубопрокатном заводе, на Выксунском металлургическом заводе и на Московском трубозаготовительном комбинате. Кроме того, несколько лет назад заводская трехслойная изоляция труб диаметром до 1420 мм была освоена и на Харцызском трубном заводе, Украина.

После внедрения на отечественных предприятиях промышленных производств по трехслойной изоляции труб, ВНИИСТом по поручению АК Транснефть и Госгортехнадзора РФ были проведены комплексные испытания и сертификация заводских трехслойных полиэтиленовых покрытий труб на соответствие их требованиям Технических условий и ГОСТ Р 51164 "Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии".

На сегодняшний день Центром базовой изоляции ВНИИСТа испытано уже более 10 различных систем трехслойных покрытий труб. Оценка характеристик покрытия проводилась по 15 показателям свойств, включая: диэлектрическую сплошность, адгезию покрытия к стали, водостойкость адгезии, стойкость к катодному отслаиванию, ударную прочность в диапазоне температур, стойкость к растрескиванию, к ультрафиолетовому и термическому старению и др.

Несмотря на достаточно высокие требования российского стандарта ГОСТ Р 51164, в значительной степени превышающие требования немецкого стандарта ВГМ 30670 и французского стандарта МРА 49710, несколько систем трехслойных покрытий выдержали комплексные испытания и были ре-комендованы к практическому применению.

Наилучшие результаты были получены при испытании заводских трехслойных систем с использованием порошковых эпоксидных красок фирм "BASF", "3M", "BS Coating", "Akzo Nobel", композиций адгезива и полиэтилена производства "Borealis", "Basell", "Atofina", "UBE".

Необходимо отметить, что до настоящего времени не сертифицирована ни одна система трехслойного покрытия на базе отечественных изоляционных материалов. Проблема в том, что российские заводы-изготовители изоляционных материалов работают каждый сам по себе, а для разработки системы покрытия необходим комплексный подход. Для определенного эпоксидного праймера требуется определенный совмещающийся с праймером клеевой подслой и полиэтилен. Это необходимо для того, чтобы при послойном нанесении покрытия между эпоксидным праймером и клеевым подслоем могли образовываться химические связи, устойчивые к воздействию воды, повышенных температур и к продолжительному воздействию электро-химической защиты. Кроме того, проведенные ВНИИСТом испытания различных отечественных композиций полиэтилена, которые применяются на российских заводах для двухслойной изоляции труб, показали, что эти композиции не выдерживают требований ГОСТ Р 51164 по показателям: стойкость к растрескиванию под напряжением, термостабильность, эластичность при минусовых температурах.

Предстоит достаточно большая работа по выбору и доработке отечественных изоляционных материалов, по разработке системы трехслойного полиэтиленового покрытия труб, которая могла бы конкурировать с импортными системами покрытий.

В последнее время на конференциях, на заседаниях научно-технических советов, в отечественных специализированных журналах ведутся дискуссии о преимуществах и недостатках различных систем двухслойных и трехслойных полиэтиленовых покрытий труб.

За прошедшие 5-6 лет ВНИИСТом были проведены многочисленные испытания двухслойных полиэтиленовых покрытий труб различных российских заводов-изготовителей. Для нанесения двухслойных покрытий традиционно используются клеевые композиции на основе сополимера этилена и винилацетата - севилен марок 113-27, 113-51 и термосветостабилизированные композиции полиэтилена кабельных марок 153-10К, 102-101К.

В таблице 1 приведены основные результаты испытаний сертифицированных ВНИИСТом двухслойных и трехслойных полиэтиленовых покрытий труб.
Из сопоставления результатов испытаний сертифицированных ВНИИСТом типовых двухслойных покрытий и трехслойных полиэтиленовых покрытий труб (таблица 1) можно сделать следующие выводы:

1. Реальная адгезия к стали трехслойного покрытия на основе импортных материалов составляет от 25 до 40 кг/см ширины при 20 °С и от 12 до 16 кг/см ширины при 60 °С. Для двухслойного покрытия на базе отечественных материалов этот показатель изменяется в пределах от 5 до 12 кг/см при 20 °С и от 1,0 до 1,5 кг/см - при 60 °С.
2. После 1000 ч испытаний в воде при температурах 20, 40 и 60 °С адгезия трехслойного покрытия к стали остается на уровне исходных значений. В случае двухслойного покрытия наблюдается резкое снижение адгезии покрытия к стали после испытаний в воде при температуре 60 °С. Зачастую при повышенных температурах испытаний происходит полное отслаивание двухслойного покрытия от стали.
3. Трехслойные покрытия имеют большое преимущество перед двухслойными покрытиями по стойкости к катодному отслаиванию. Как и в случае с водостойкостью адгезии, это преимущество становится наиболее очевидным при повышенных температурах испытаний. Так при температуре плюс 60 °С площадь катодного отслаивания трехслойного покрытия в 5-10 раз меньше площади отслаивания двухслойного покрытия. В некоторых случаях, когда при нанесении двухслойного покрытия не производится обработка поверхности труб раствором хромата, вследствие катодной поляризации происходит полное отслаивание покрытия от стали.

4. В связи с тем, что в системах трехслойных покрытий используется, как правило, полиэтилен высокой плотности или бимодальный полиэтилен, а для двухслойных покрытий, применяется полиэтилен низкой плотности ударная прочность трехслойных покрытий в 2-3 раза превышает ударную прочность двухслойных покрытий. При толщине покрытия около 3 мм, ударная проч-ность трехслойных покрытий составляет 50-60 Дж, тогда как в случае двухслойного покрытия прочность при ударе не превышает 20 Дж.
5. Трехслойные покрытия на основе бимодального полиэтилена и полиэтилена высокой плотности характеризуются повышенной механической прочностью. Прочность при растяжении отслоенного покрытия при 20 °С при этом составляет от 22 до 28 МПа, в то время, как данный показатель для двухслойного покрытия на основе полиэтилена низкой плотности кабельных марок изменяется в пределах от 11 до 13,5 МПа.
6. Относительное удлинение при разрыве при температуре минус 40 °С для отечественных марок полиэтилена 102-10К, 153-10К не превышает значений 40 до 60%, тогда как для импортных марок полиэтилена высокой плотности этот показатель составляет 90-100%, а для бимодального полиэтилена достигабельного полиэтилена марок 102-10К и 153-10К стойкость к растрескиванию составляет 200-500 часов. В тоже время стойкость к растрескиванию сертифицированных ВНИИСТом импортных полиэтиленовых композиций, применяемых в системах трехслойных по-крытий труб, превышает 2000 ч, а в случае бимодального полиэтилена достигает значений 10 000 ч.

Таким образом, проведенные ВНИИСТом комплексные испытания двухслойных и трехслойных полиэтиленовых покрытий труб, производимых на российских предприятиях, свидетельствуют о безусловных преимуществах трехслойных систем покрытий на основе современных изоляционных материалов. Использование таких покрытий позволяет в значительной степени повысить надежность и эффективность противокоррозионной защиты трубопроводов и увеличить продолжительность срока их эксплуатации.


Данные испытаний типовых трехслойных
и двухслойных полиэтиленовых покрытий труб

Основные по-казатели свойств по-крытий	Трехслойное по-литиленовое покрытие (импортные	Двухслойное полиэти-леновое покрытие (оте-чественныематериалы)	Норма по техниче-ским требованиям (ГОСТ Р 51 164)
1. Исходная адге-зия к стали, кг/см, при тем-пературах ис-пытаний: 20±5 °С 60±3 °С	От 25,0 до 40,0 От 12,0 до 16,0	От 5,0 до 12,0 От 1,0 до 1,2	От 3,5 до 5,0 (7,0)* От 0,9,0 до (3,0)*
2. Адгезия по-крытия к ста-ли, кг/см, по-сле 1000 ч. ис-пытаний в воде при темпера-турах: 20±5 °С 40±3 °С 60±3 °С	Без изменений Без изменений Без изменений	5,0-12,0 3,0-10,0 2,0-6,0(или полное отсла-ивание покрытия)	От 3,0 до 3,5 (5,0) * От 3,0 до 3,5 (5,0) * От 3,0 до 3,5 (5,0) *
3. Площадь като-дного тслаива-ния, см2, после спытаний при температурах: 20±5 °С 40±3 °С 60±3 °С	0-0,5 0-1,5 0,5-3,0	0,5-3,0 3,0-8,0 12,0-15,0 (или полное отслаи-вание покрытия)	Не менее 5,0 (4,0) * Не менее 10,0(8,0) * Не менее 15,0 (10,0) *
4. Ударная проч-ность, при 20 °С	50-60	15-25	5,0 (6,0)* Дж/мм тол-щины покрытия
5. Стойкость к растрескива-нию под на-пряжением на-ружного поли-тиленового слоя, час	Не менее 2000 (до 10 000)	50-600	Не менее 1000
6. Прочность при растяжении по-лиэтиленового слоя, Мпа, при температурах испытаний: 0±5 °С 0±3 °С	22-28 18-22	11,0-13,5 9,0-10,5	Не менее 12,0 Не менее 10,0

Примечание:
1. В системе двухслойного полиэтиленового покрытия использовались композиции адгезива марки 113-27, 113-51 и полиэтиленовые композиции марки 102-10К при нанесении трехслойного покрытия использовались импортные материалы.
2. В разделе "Норма по техническим требованиям" в скобках - данные требования к покрытию труб 1220 мм и выше, без скобок - для остальных диаметров труб.