книги / Материалы для сооружения газонефтепроводов и хранилищ

Графитовая набивка. Графит обладает высокой жаростойкостью (свыше 550°С), химической стойкостью, хорошими антифрикционными свойствами, высокой теплопроводностью. Он не впитывает влагу. При наличии влаги графит образует с некоторыми сталями гальваническую па­ ру и оказывает на них коррозирующее действие, поэтому графитовую на­ бивку устанавливают в сальники арматуры непосредственно перед экс­ плуатацией, а шпиндель обычно азотируют во избежание износа.

Применяют чешуйчатый графит в виде пасты, очищенной от минераль­ ных и органических примесей. Во избежание утечки через зазор между крышкой и шпинделем, сверху и снизу набивки ставят асбестовые коль­ ца или прослаивают графит кольцами из паронита. Применяют также коль­ ца и полукольца из прессованного графита. Графит используют для набив­ ки и в виде различных мастик: графитоцерезиновая для температур до 80 °С при давлении до 1,6 МПа, асбестографитоцинковая для температур от -70 до 150°С при давлении до 4 МПа.

Полимерная набивка. В качестве набивочных материалов в коррози­ онных средах используют фторопласт-4 в виде стружки, колец или ман­ жет. Набивки из фторопластовых колец, манжет шш стружки, смазанные смесями из графита, парафина и масла, применяют при температуре от —250 до 200 °С и давлении до 5 МПа. Фторопласт может выдерживать давления до 30—40 МПа при отдельных конструкциях манжет, исклю­ чающих ползучесть материала. При малых давлениях вместе с фторопла­ стом применяют дополнительные упругие элементы —резину, пружину, так как фторопласт обладает небольшой упругостью. Для сальниковых набивок используют фторопластовый уплотнительный материал в виде шнура при температуре от —60 до 150 °С и давлении до 6,4 МПа.

Фторлон и стекловолокно для набивок применяют в средах кислот при температуре до 100 °С.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие виды материалов применяют для запорной и регулирующей армату­

ры?

2.По каким признакам классифицируют стальные отливки на группы? Их применение?

3.По каким признакам классифицируют поковки по пяти группам? Их приме­

нение?

4.В зависимости от каких свойств и по какой характеристике поковки под­ разделяют на категории прочности?

5.Какие виды чугунов применяют для отливок деталей арматуры?

6. Какие сплавы называют латунью? Особенности ее применения для отливок деталей арматуры?

7. Какие сплавы называют бронзой? Особенности ее применения для отливок деталей арматуры?

8. Какие виды неметаллических материалов применяют для деталей армату­

ры?

9. Какие прокладочные материалы имеют наибольшее применение для арма­ туры?

261

Г л а в а 6

ИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Основное условие борьбы с грунтовой коррозией подземных трубо­ проводов, а также с воздушной коррозией надземных трубопроводов — предотвращение непосредственного контакта металла труб с агрессивной средой, что достигается созданием на поверхности трубопровода специаль­ ной оболочки, называемой изоляционным покрытием. Хорошее изоляци­ онное покрытие исключает также попадание блуждающих токов на трубо­ провод, 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 стои­ мость во многом зависят от правильности выбора типа изоляционного по­ крытия, от свойств материала покрытия и качества его нанесения. Чем хуже свойства и качество покрытия, тем больше стоимость обслужива­ ния трубопровода. В связи с этим ко всем материалам, применяемым для изоляции трубопроводов, предъявляют жесткие требования по соблю­ дению определенных физико-механических свойств, композиционного состава, геометрических размеров, состоянию поверхности, загрязнен­ ности 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, цинковые, алюминиевые и др. Покрытия на основе этих материалов называются соответственно полимерными, битумными и т.д.

Изоляционное покрытие, как правило, многослойное и может со­ стоять 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 дру­ гих местных условий.

Применяют нормальный и усиленный тип изоляционных покрытий. Усиленный тип изоляционного покрытия используют всегда при проклад­ ке трубопроводов диаметром 10 2 0 мм и более в солончаковых и полив­ ных почвах, на подводных переходах и поймах рек, на переходах через же­ лезные и автомобильные дороги и в других осложненных условиях про­ кладки.

Выбор материала для изоляционного покрытия определяется ком­ плексом предъявляемых к нему требований. Изоляционное покрытие не

2 6 2

должно разрушаться в процессе укладки и засыпки трубопровода и долж­ но 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 во­ дорастворимых примесей, быть стойким против насыщения влагой (на­ бухания) .

20. ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Полимерные материалы —основные и перспективные для изоляции тру­ бопроводов. По сравнению с другими материалами они обладают рядом преимуществ: лучшей водостойкостью, большим электросопротивлением и сроком службы, удобством и экономичностью использования. Поли­ мерные 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, обеспе­ чивающие высокие эксплуатационные свойства.

Полимерные ленты предназначены для изоляции наземных и под­ земных трубопроводов диаметром не выше 1420 мм. Они подразделяются на две группы: основные функции защитного покрытия исполняет поли­ мерная 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 полимер­ ных лент применяют защитные от механических повреждений обертки. Использование полимерных лент упрощает технологию изоляционных работ на базе или трассе, повышает производительность труда по сравне­ нию с использованием битумного покрытия.

Покрытия из полимерных лент

Грунтовки. Отечественные полимерные ленты применяют с битумно­ полимерными, полимерными и даже простыми битумными грунтовками. Битумно-полимерные грунтовки ГТ-752, ГТП-820, ГТ-754ИН, ГТ-760ИН и другие состоят из синтетического каучука, нефтяного битума марки БНИ-IV, термо реактивной фенолоформальдегидной смолы и раствори­ теля. Их изготовляют методом смещения растворов компонентов. Они токсичны из-за наличия бензина и фенолоформальдегидной смолы. В последние годы широко применяют битумно-полимерные грунтовки ГТ-754ИН, ГТ-760ИН с ингибиторами. Их используют при температуре не ниже —60 и не выше 70 -80 °С. На поверхность труб грунтовку нано-

2 6 3

Та б л и ца 38. Физико-механические свойства изоляционных липких лент

сят распылением или специальными самоходными очистными или комби­ нированными с изоляционными машинами. При температуре ниже 3 °С поверхность трубопровода подогревают до температуры не ниже 15 °С. Полимерные грунтовки изготовляют на основе бутилкаучука и смолы (например, ГТ-831ИН) с ингибиторами.

Импортные полимерные ленты применяют только с импортной поли­ мерной грунтовкой.

Поливинилхлоридные ленты. Для изоляции трубопроводов изготовля­ ют липкие ленты из поливинилхлорида, пластифицированного специаль­ ными добавками, сообщающими ему необходимую эластичность и пла­ стичность. Кроме того, к поливинилхлориду добавляют стабилизаторы, повышающие его стабильность в атмосферных условиях, а также пигмен­ ты для его окраски в коричневый или голубой цвет. Такие ленты бы­ вают различных типов: ПИЛ, ПВХ-БК, ПВХ-Л толщиной 0,4 мм (табл. 38). Они предназначены для нанесения на трубопровод при опре­ деленных температурах воздуха.

Полимерные ленты ПВХ-БК изготовляют с клеевым слоем из бутилкаучуковой композиции. Их наносят на трубопровод при температуре воз-

2 6 4

Та б л и ц а 39. Основные свойства полимерных липких лент ПЭЛ

иЛДП на основе полиэтилена

духа -35 -5 0 °С. Полимерные ленты ПВХ-Л и ПИЛ выпускают с клеевым слоем на основе перхлорвиниловой смолы. Их наносят на трубопровод при температуре воздуха 5—50 °С, а с подогревом —до —35 °С. Ленты влагоустойчивы, обладают высокими диэлектрическими и защитными свойствами, хорошо противостоят различным растворителям.

Теплостойкие ленты. Для изоляции горячих участков трубопроводов, например на компрессорных станциях, применяют полимерные ленты ЛЭТСАР-ЛПТ (см. табл. 38) с защитным клеевым слоем из силоксановой резины на основе кремнийорганических каучуков. Изготовляют из двух марок: А и Б. Лента марки А толщиной 1,2 мм имеет основу (подложку для защитного клея) в виде полимерной пленки; лента Б толщиной 0,6 мм в качестве основы имеет стеклоткань. Их наносят на трубопровод по специальной двухкомпонентной грунтовке ВИКСИНТ-У-4-21. Темпе­ ратура воздуха при нанесении этих лент должна быть —40 —60 °С.

Полиэтиленовые ленты. Для получения изоляционных липких лент (табл. 39) применяют два вида полиэтилена: высокой плотности (ПЭВП) и низкой плотности (ПЭНП). Широко известны липкие изоляционные лен­ ты из ПЭНП (ПЭЛ) толщиной 0,4 мм. Лента ПЭЛ обладает высоким электрическим сопротивлением, лучшей прилипаемостью, меньшим водопоглощением, высокой химической стойкостью, особенно к минеральным кислотам и щелочам, и сохраняет механическую прочность в более широ­ ком интервале температур, чем поливинилхлоридные ленты ПИЛ и др. Полиэтиленовую ленту можно наносить на трубопроводы при отрицатель­ ных температурах до —40 °С.

Значительно более высокой прочностью и морозостойкостью (до -6 0 °С) обладают ленты полиэтиленовые дублированные (ЛДП). Их из­ готовляют валково-каландровым способом. Они отличаются стабильно­ стью характеристик в интервале температур эксплуатации от —60 до 50 °С. Выпускают их толщиной не менее 0,6 мм.

265

Более высокими защитными свойствами обладают дублированные термоусаживающиеся ленты на основе полиэтиленов низкой и высокой плотности —ленты термо светостабилизированные изоляционные (ЛТСИ). Их разработали —МИНГ им. И.М. Губкина и ВНИИСТ. Созданы ЛТСИ-1 для температур от 60 до 80 °С, ЛТИ-823 для температур от -60 до 50 °С (для изоляции стыков трубопроводов, строящихся из труб с заводской изоляцией) и др. Изготавливают ЛТСИ-1 и ЛТИ-823 на линиях соэкструзии (совместной экструзии), при этом удается совместить в одной ленте свойства обертки и защитной пленки. Общая толщина ЛТСИ-1 и ЛТИ-823 составляет 1 мм: толщина основы —0,7—0,8 мм и клеящего слоя —0,3—

0,2 мм.

Защитные обертки. Для защиты покрытий из полимерных лент от ме­ ханических повреждений применяют рулонные обертки ПЭКОМ, ЛПП-2, ПВХ, ПДБ-БК и др. Наиболее широко применяют ПЭКОМ, который представляет собой липкую оберточную пленку толщиной 0,6 и 0,3 мм. Ее изготовляют из высоконаполненной смеси полиэтилена, синтетического каучука (не более 5 %), наполнителя, стабилизатора, битума (не более 10 %), модификатора. ПЭКОМ используют при температуре эксплуатации трубопроводов от 50 до —30 °С. Поставляют ее длиной в рулоне 125 и 180 м. Она имеет прочность при растяжении не менее 10,5 МПа; относи­ тельное удлинение не менее 80 и 50 % соответственно в поперечном и продольном направлениях; водопоглощение за 24 ч (по массе) не более 0,1 %; температуру хрупкости не выше —30 °С. Применяют также липкую обертку на основе полиэтилена общей толщиной не менее 0,6 мм со слоем клея 0,1 мм на одной стороне (ЛПП-2). Сопротивление разрыву обертки составляет не менее 80 Н/см, относительное удлинение при разрыве не менее 100 %, адгезия к изоляционной ленте —не менее 3 Н/см.

Поливинилхлоридный оберточный материал ПВХ представляет собой пленку из утильных отходов производства изоляционной поливинилхло­ ридной ленты с добавлением различных наполнителей. Обертки ПВХ изготовляют толщиной 0,7 мм, шириной 500 мм, длиной в рулоне 125 м. Прочность обертки ПВХ на разрыв составляет не менее 8 МПа, относи­ тельное удлинение не менее 80 %, морозостойкость не выше —10 °С й температура нанесения и эксплуатации —от -10 до 40 °С. Кроме того, для защиты изоляционных покрытий от повреждений приме­ няют ленту полимерную на основе поливинилхлорида толщиной 0,5 мм при температуре воздуха не ниже -20 °С и не выше 40 °С без слоя клея.

Оберточный материал ПДБ-БК — рулонный материал. Его изготов­ ляют из ПЭНП или ПЭВП (или их смеси), бутилкаучука, битума, газо­ генераторной смолы или продукта окисления ЛСБ (битума или нефтяно­ го дистиллата ’’черный соляр”) . Обертки ПДБ-БК поставляют толщиной 0,5 мм, шириной 450 и 500 мм, длиной в рулоне 250 м. Прочность на разрыв обертки в продольном направлении составляет не менее 10 МПа, в поперечном направлении - не менее 1 МПа, относительное удлинение в

2 6 6

продольном направлении не менее 40 %, водопоглощение за 24 ч не более 0,5 %, температура нанесения и эксплуатации —от —40 до 50 °С.

Типы покрытий из полимерных лент. Полимерные покрытия газонефтепроводов из липких изоляционных лент на основе полиэтилена (табл. 40) и поливинилхлорида (табл. 41) применяют нормального и уси­ ленного типов. Наносят их в трассовых или базовых условиях. Полимер­ ные покрытия из поливинилхлоридных лент ПИЛ, ПВХ-БК, ПВХ-Л нормального или усиленного типа включают два слоя этих лент. В покры­ тиях усиленного типа применяют также два слоя защитных оберток.

Т а б л и ц а 41. Конструкции изоляционных покрытий разных типов из поливинилхлоридных лент

2 6 7

На переходах через водные, автомобильные и железные дороги добавляют в усиленном типе покрытия еще один слой полимерной ленты и защитной обертки, доводя общую толщину каждой из них до 1,2 мм.

На трубопроводах компрессорных станций применяют изоляцион­ ные покрытия усиленного типа из теплостойких полимерных лент ЛЭТСАР-ЛПТ. В покрытие входят ленты марки А и Б с промежуточным слоем грунтовки между ними, толщина (в мм) которых следующая:

На подводные переходы и переходы через автомобильные и железные дороги наносят по два слоя каждой ленты и защитной обертки.

Импортные ленты. В нашей стране используют полимерные поливи­ нилхлоридные ленты и полиэтиленовые ленты, поставляемые из США (’’Поликен”, ’’Плайкофлекс”, ”Тек-Рап”) , Японии (’’Нитто”, ’’Фурукава Рапко”), Италии (’’Альтене”), Югославии (’’Пластизол”) , Болгарии (”Кил”) , эксплуатируемые при температуре трубопровода не ниже —60

и не выше 60°С (табл. 42). Применяют их в комплекте с грунтовками и с защитными обертками. Защитные обертки и грунтовки имеют такие же наименования, как и пленки.

Изоляционное покрытие, состоящее из грунтовки, одного слоя по­ лимерной ленты и одного слоя защитной обертки, соответствует покры­ тию усиленного типа. На участках подводных переходов, на переходах под железными и автомобильными дорогами покрытие наносят из двух слоев изоляционной полимерной ленты и двух слоев защитной обертки.

Температура окружающего воздуха при нанесении полимерных лент должна быть не ниже -40 °С. При температуре воздуха ниже, 10 °С ру­ лоны лент и оберток отечественных и импортных перед нанесением вы­ держивают не менее 48 ч в теплом помещении с температурой не ниже 15 °С, но не выше 45 °С. При температуре воздуха ниже 3 °С изолируе­ мую поверхность трубопровода подогревают до 15 °С, но не выше 50 °С.

Заводские полимерные покрытия

Заводские полимерные покрытия труб обладают лучшими эксплуата­ ционными характеристиками по сравнению с покрытиями, наносимыми на трассе, что обеспечивается более тщательным проведением технологи­ ческих операций по изоляции труб в стационарных условиях, а также прогрессивным применением новых технологических процессов и мате­ риалов. При этом увеличивается срок службы магистральных трубопро­ водов, устраняется сезонность выполнения изоляционных работ, повы­

2 6 9

шаются темпы строительства за счет сокращения операций очистки и изоляции трубы, значительно уменьшается загрязнение окружающей сре­ ды при строительстве трубопроводов.

Трубы с заводским покрытием не разрушаются при гнутье, обладают высокой химической стойкостью. Заизолированные трубы могут долгое время находиться под открытым небом без заметного изменения свойств. В условиях трассы изолируют только стыки труб. Композиционные со­ ставы заводской изоляции и технология ее нанесения постоянно совер­ шенствуются. Улучшается также технология изоляции труб и ремонтных

изоляционных работ в трассовых условиях.

Технология нанесения изоляции. В заводских условиях (непосредст­ венно на трубных заводах) или на изоляционных базах в качестве изоля­ ционного покрытия на поверхность труб наносят полиэтилен или эпоксид­ ный порошок соответственно методом экструзии расплавленного гранули­ рованного полиэтилена (или напылением и оплавлением порошка поли­ этилена) и напылением эпоксидной порошковой краски. ВНИИСТом в содружестве с другими институтами разработан способ напыления покры­ тия на трубу с подачей полимерного порошка в псевдоожиженном состоя­ нии с помощью вращающихся роторов. Известны и другие способы.

Перед нанесением изоляции трубы сушат для удаления влаги, снега, инея и подают в трубоочистительную дробеметную машину. При этом с поверхности металла удаляют пыль, ржавчину, окалину и др. Затем тру­ ба поступает по рольгангу в газопламенную печь для нагрева до темпе­ ратуры 240—260 °С. С помощью специального захватного устройства тру­ бу подают на установку для напыления порошка полиэтилена в псевдо­ ожиженном состоянии (рис. 94) без подклеивающего слоя. Трубе сооб­ щают электрический заряд одного знака (+), а материалу в ’’кипящем” слое —другого знака (—). Заряженный поток частиц напыляемого порош­ ка при вращении роторов равномерно устремляется под напряжением электрического поля 60 кВ к поверхности трубы и прилипает к ней. При этом труба вращается и покрывается оплавленной монолитной плен­ кой полимерного материала. Покрытие уплотняют с помощью прикаты­ вающих валиков; покрытых специальной резиной.

Из термопластических материалов наибольшее применение для напыления нашел порошкообразный полиэтилен высокой плотности (ПЭВП). В качестве стабилизатора используют 0,5 % сажи. На основе ПЭВП разработаны двухслойные покрытия с содержанием сажи в верх­ нем слое 2—3 %. Нижний слой ПЭВП —основная противокоррозионная защита металла труб. Верхний слой ПЭВП с добавкой сажи до 3 % защи­ щает нижний слой от ультрафиолетовых лучей солнечной атмосферы, вызывающих в присутствии кислорода быстрое старение полиэтилена.

Двухслойные покрытия наносят напылением в электрическом поле на трубных заводах или изоляционных базах. Напыление первого слоя ПЭВП с 0,5 % сажи осуществляют в течение 1 мин на предварительно очи-

2 7 0