СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ИЗОЛЯЦИОННОЙ МАНЖЕТЫ НА СТЫК ТРУБОПРОВОДА
PROCEDURE FOR APPLICATION OF INSULATING COLLAR ON PIPE COUPLING

Изобретение относится к области защиты от коррозии металлических поверхностей трубопроводов, предназначенных для транспортирования жидких и газообразных сред при их строительстве и ремонте, и может быть использовано для изоляции металлических поверхностей трубопроводов от комбинированного действия влаги и кислорода.
Сварные стыки являются одним из наиболее важных узлов при эксплуатации любого трубопровода. Поэтому при изоляции стыков особое внимание должно уделяться не только используемым материалам, но и к качеству нанесения этих материалов, строгому соответствию технологических регламентов нанесения существующим нормам и стандартам.
Следует отметить, что технологические регламенты нанесения манжет разных производителей - сильно отличаются друг от друга и при этом требуют постоянного привыкания рабочего персонала, сложны для контроля, прежде всего, температурных параметров нагрева трубы и манжеты, достаточно нетехнологичны, требуют очень высокой квалификации изолировочных бригад и длительного обучения изолировщиков.
Учитывая, что работы по нанесению манжет на трассе выполняют в сложных климатических условиях (низкая температура, ветер, осадки), не всегда высокую квалификацию изолировщиков, часто низкую культуру производства работ - при проверке результатов нанесения манжет органами надзорных организаций происходит выбраковка манжет с требованием их замены. Кроме того, что манжеты - дорогостоящий материал, замена манжет сильно влияет на увеличение срока пуска трубопровода в эксплуатацию, что приводит к огромным убыткам эксплуатирующих организаций.
Известен (RU, патент 2230878) способ изоляции сварных стыков трубопроводов из стальных труб, футерованных полиэтиленом, включающий нанесение на место сварного шва термоусадочной ленты и термообработку полученного соединения открытым пламенем, причем перед нанесением термоусадочной ленты на сварной шов наносят полимерную ленту, имеющую адгезионный слой и обеспечивающую адгезионное соединение с металлом трубы, удаляют влагу с поверхности полимерной ленты прогревом открытым пламенем, термоусадочную ленту наносят на полимерную ленту с нахлестом и размещением места нахлеста на боковой поверхности трубопровода, обжимают полученное соединение, прогрев ведут открытым пламенем сначала снизу, затем сверху, потом на боковой поверхности с противоположной стороны от места нахлеста и заканчивают прогревом места нахлеста.
Известен также (RU, патент 2228940) способ противокоррозионной изоляции сварных стыков и мест ремонта трубопровода путем нанесения термоусаживающейся многослойной адгезионной ленты, содержащей защитный слой из полиэтиленовой ленты электронно-химически модифицированной до поглощения дозы 25-50 Мрад и ориентированной в долевом направлении на 25-75% и адгезионный слой на основе сополимера этилена с добавками неорганического наполнителя и модификатора, причем перед нанесением многослойной адгезионной ленты наносят эпоксидную композицию, при этом адгезионный слой ленты содержит в качестве модификатора полиизоцианат, а в качестве сополимера этилена - сополимер этилена с винилацетатом (I) и сополимер этилена с винилацетатом (II), имеющих разницу в содержании винилацетатных групп, равную 5-20%, и сополимер этилена с винилацетатом (III) с содержанием 27-30% винилацетатных групп и показателем текучести расплава 15-30 г/10 мин, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Сополимер этилена с винилацетатом (I)
19-57
Сополимер этилена с винилацетатом (II)
57-19
Сополимер этилена с винилацетатом (III)
4-15
Неорганический наполнитель
8-17
Модификатор - полиизоцианат
1-3
Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно признать (Руководящий документ. Инструкция по защите городских подземных трубопроводов от коррозии. РД 153-39.4-091-01. - М.: 4-й филиал Воениздата, 2002, стр.26-28) способ нанесения на стык трубопровода в трассовых условиях манжеты из термоусаживающейся ленты с применением специального оборудования и приспособлений (пескоструйная установка или шлифмашинка, газовые баллоны с горелками, прикаточные валики и др.).
При реализации известного способа для изоляции стыков могут применяться отечественные термоусаживающиеся ленты Донрад-СТ2 (ТУ 2245-004-46541379-97), ДРЛ-СТ2 (ТУ 2245-001-31673075-97), Терма-СТ (ТУ 2245-002-44271562-00), ЛТА-С (ТУ РБ 03230835-005-98), а также термоусаживающиеся ленты фирмы Райхем класса не ниже С50. Толщина термоусаживающейся ленты должна быть не менее 1,8 мм. При изоляции сварных стыков термоусаживающимися лентами по известному способу последовательно выполняют следующие операции:
- предварительный подогрев и сушка стыка (при необходимости);
- очистка зоны сварного стыка шлифмашинкой или пескоструйным аппаратом;
- формирование манжеты и ленты;
- нанесение и усадка манжеты и нагрев стыка.
Для формирования манжеты термоусаживающуюся ленту, используемую для изоляции сварного стыка труб, вырезают таким образом, чтобы ее нахлест на заводское изоляционное покрытие составлял не менее 70 мм, а длина соответствовала длине окружности трубопровода плюс 20% от этой длины на термоусадку материала, плюс 100 мм на нахлест при формировании манжеты. Формирование из ленты кольцевой манжеты проводят непосредственно на трубопроводе рядом со стыком. При этом заготовку ленты по кольцу изгибают вокруг сварного стыка трубопровода. Величина нахлеста ленты должна составлять не менее 100 мм. Под манжету в месте нахлеста ленты подставляют прокладку из термостойкого материала (фторопласта). После чего с использованием ручной газовой горелки прогревают адгезионный подслой ленты в месте нахлеста до образования расплава, а затем вручную с применением прикатывающего валика производят уплотнение места нахлеста ленты. По мере остывания расплава происходит склеивание ленты и формирование кольцевой манжеты.
Подготовленную манжету оставляют рядом с зоной сварного стыка трубопровода до тех пор, пока не прогреют стык до необходимой температуры. Нагрев зоны сварного стыка до необходимой температуры (130-140°С) производят ручными газовыми горелками различных конструкций. Газовая горелка должна обеспечивать получение факела некоптящего пламени длиной не менее 300 мм и шириной до 100 мм. Контроль температуры нагрева стыка в разных точках осуществляют пробным контактом полоски ленты, прикладываемой к поверхности разогретого стыка подклеивающим слоем. Если подклеивающий слой ленты при контакте с металлом трубы быстро плавится и прилипает к стальной поверхности, температура стыка достаточная для формирования покрытия из термоусаживающейся ленты. Края примыкающего к стыку покрытия также должны быть нагреты мягким пламенем горелки до 90-100°С, полиэтилен при этом может слегка размягчиться. После нагрева изолируемой зоны до необходимой температуры термоусаживающую манжету устанавливают на место сварного стыка. Величина нахлеста манжеты на заводское покрытие труб должна составлять не менее 70 мм по обе стороны сварного стыка. Процесс термоусаживания манжеты начинают с ее фиксирования на зоне сварного стыка. Это осуществляют равномерным прогревом центральной части манжеты по всему периметру, в результате чего манжета дает усадку и фиксируется на трубе. Для обеспечения равномерности усадки материала и предотвращения сваривания манжеты к верхней образующей трубопровода в самом начале процесса усадки между манжетой и трубой по обеим сторонам манжеты устанавливают эластичные кольцевые прокладки толщиной 10-15 мм. После закрепления манжеты на изолируемом участке трубопровода прокладки вынимают и производят прогрев и усадку всей манжеты. Процесс усадки ведут от центра манжеты к кромкам. При этом для обеспечения максимального адгезионного контакта между манжетой и изолируемым участком трубопровода нельзя допускать образования под покрытием воздушных пузырей, складок. Уплотнение, выравнивание покрытия может производиться вручную (с помощью рукавицы), прикатывающим эластичным валиком, дощечкой с мягкой, эластичной набивкой и др.
Термоусаживающаяся манжета должна плотно, без гофр и складок облегать изолируемый участок трубопровода с выходом валика расплава адгезионного подслоя ленты из-под манжеты на заводское покрытие.
Недостатком известных способов следует признать:
1. Для того чтобы обеспечить полимеризацию (расплавление) адгезионного слоя необходимо трубу нагревать до 110-130°С, что часто приводит к нарушению покрытия базовой изоляции за счет образования между заводским покрытием и трубой воздушного зазора. При нанесении манжеты и ее усадке происходит дальнейший нагрев пламенем горелки, вследствие чего увеличивающиеся изолированные объемы воздуха приводят к обширным расслоениям в покрытии;
2. Вынужденный перегрев трубы приводит к термоокислительной деструкции ранее нанесенного эпоксидного праймера и агезионного слоя;
3. Вследствие неравномерной усадки манжеты между трубой и манжетой образуются воздушные пазухи, гофры, шатровые зоны, с которыми сложно бороться. На эти мероприятия тратится много времени, кроме того, при этом происходит снижение температуры трубы и возрастает риск отсутствия прочного адгезионного соединения.
4. Высокая вероятность деструкции полимеров при перегреве заставляет работать при усадке манжеты в области пониженных температур, при которых практически невозможно проконтролировать гарантированное расплавление адгезионного слоя в каждой точке манжеты, а также наличие микрообъемов воздуха.
5. На нагрев трубы от 40-50°С до 110-130°С тратится много времени и энергии, а это - скорость производства работ и экономия средств на оплату труда и материалов.
Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого технического решения, состоит в разработке способа нанесения манжеты на стык трубопровода с использованием малого нагрева и получением высокой адгезии при значительном улучшении антикоррозионных характеристик покрытия и, как следствие, - уменьшение затрат на плановый капитальный ремонт металлической поверхности за счет увеличения его срока службы.
Технический результат, получаемый при реализации способа, состоит в повышении адгезии изоляционной манжеты к поверхности стыка трубопровода с дополнительным увеличением срока между ремонтными работами по переизолированию стыка трубопровода.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ нанесения изоляционной манжеты на стык трубопровода. Согласно разработанному способу проводят подготовку поверхности изолируемого стыка, наносят на подготовленную поверхность рулонный адгезивный материал, нагревают его до размягчения, на размягченный слой адгезивного материала помещают отрезок термоусаживающейся полимерной ленты, соединяют внахлест концы термоусаживающейся полимерной ленты с формированием манжеты, на место соединения концов устанавливают замковую пластину и проводят термоусаживание манжеты.
Подготовка поверхности стыка зависит от условий нанесения изолирующей манжеты. Очистку производят предпочтительно с использованием механических средств - пескоструйной или дробеструйной обработки, механической шлифовки и т.д. для удаления оксидов металлов, неоднородностей, заусенцев и т.д. При необходимости, в случае остывания поверхности, необходимо нагреть поверхность до точки росы и при необходимости нанести на поверхность стыка слой праймера.
После подготовки поверхности стыка трубопровода на подготовленное место наносят рулонный адгезивный материал, который может быть выполнен на основе сополимера этилена и винилацетата (сэвилена). Нанесенный рулонный адгезивный материал разогревают предпочтительно пламенем газовой горелки до температуры не свыше 70°С. Разогретый слой рулонного адгезивного материала при необходимости известными методами разглаживают по поверхности стыка, обеспечивая заполнение всех неоднородностей поверхности, одновременно удаляя любым известным способом воздушные пузыри, находящиеся между рулонным адгезивным материалом и поверхностью стыка.
На разогретый рулонный адгезивный материал наносят термоусаживающуюся полимерную ленту, обращенную в сторону поверхности стыка, поверхность которой предпочтительно дополнительно содержит слой адгезива толщиной до 300 мкм. Нанесенную ленту также разглаживают, удаляя любым известным способом воздушные пузыри, находящиеся между полимерной лентой и рулонным адгезивным материалом. Для замыкания манжеты в кольцо указанный слой праймера дополнительно подогревают перед нанесением на поверхность стыка, преимущественно до температуры 70°С.
Преимущественно используют термоусаживающуюся полимерную ленту выполненную на основе полиэтилена или полипропилена. Однако возможно использование и других основ, обеспечивающих усадку материала при нагреве предпочтительно при температуре 90-150°С.
В базовом варианте способ используют следующим образом.
Манжету изготавливают из полимерной термоусаживающейся ленты, которая предназначена для антикоррозионной защиты сварных стыков труб совместно с адгезивным слоем - праймером. При монтаже термоусаживающуюся манжету наносят поверх эпоксидного праймера. Кроме указанной полимерной термоусаживающейся ленты для формирования манжеты необходимо использовать эпоксидный двухкомпонентный или эпоксидно-полимерный однокомпонентный праймер. Используемая термоусаживающаяся лента должна иметь два слоя: слой радиационно-модифицированного полимера и слой термопластичного адгезива толщиной 250-300 мкм. Поставку ленты осуществляют рулонами или в виде отрезков на один стык. Кроме того, необходимо использовать слой термопластичного адгезива в виде ленты толщиной 1.2-1.5 мм. Необходимо также использовать стандартную замковую пластину, которая предназначена для замыкания ленты в кольцо на месте сварного стыка.
Для создания манжеты необходимо использовать следующее оборудование:
газовая горелка (2 шт.);
баллон с пропаном, оснащенный редуктором (2 шт.);
соединительный газовый шланг 10 м (2 шт.);
контактный термометр (пирометр) с диапазоном измерения от 0 до 150°С;
силиконовые термостойкие прикатывающие ролики;
термостойкие перчатки, рукавицы;
шпатели для перемешивания компонентов праймера;
поролоновые валики для нанесения праймера на изолируемую поверхность сварного стыка.
При изолировании стыка предварительно осуществляют предварительную механическую очистку поверхности стыка. При этом с поверхности стыка необходимо удалить, используя шлифовальную машинку или напильник, заусенцы, а также острые кромки грата. Затем осуществляют нагрев трубы газовыми горелками до температуры 50-60°С для удаления конденсата (точка росы) с последующей окончательной очисткой поверхности стыка. В частности, используя пескоструйную установку, необходимо обработать стальную поверхность трубы до степени очистки не ниже 2 по ГОСТ 9.402-80. После окончания обработки стальная труба должна иметь светло-серый цвет без следов ржавчины и окалины. Для труб диаметром до 325 мм включительно допускается для очистки поверхности использовать шлифовальную машину при условии тщательного контроля степени очистки. Стальная поверхность сварного стыка не должна быть жирной (при наличии на трубе масляных пятен их необходимо убрать ветошью, смоченной в уайт-спирите или другом растворителе), не должна быть пыльной (пыль необходимо убрать сухой чистой ветошью). Для обеспечения качественной усадки полимерного покрытия необходимо сгладить острые кромки заводской изоляции. Края полимерной базовой изоляции на расстоянии 100 мм от кромки (с обеих сторон от сварного стыка) не должны быть жирными (при наличии на трубе масляных пятен их необходимо убрать ветошью, смоченной в уайт-спирите или другом растворителе), не должны быть пыльными (пыль необходимо убрать сухой чистой ветошью) и должны иметь шероховатость.
Для приготовления состава праймера необходимо открыть крышки емкостей с компонентами праймера, нагреть указанные емкости с компонентами до температуры не свыше 20±5°С и смешать компоненты до получения однородной смеси.
В случае снижения температуры трубопровода после ее подготовки до 25-30°С, подогреть ее до температуры примерно 50°С. Поверхность трубопровода после подогрева должна быть без копоти, что достигается регулировкой горелок.
Готовую смесь праймера выгружают из емкости на участок трубопровода и наносят смесь ровным слоем толщиной примерно 100-200 мкм на поверхность, предварительно нагретую до температуры около 50°С. Температура праймированной стальной поверхности после отверждения праймера должна оставаться в пределах 40±5°С и не должна снижаться во время монтажа манжеты.
Для приготовления манжеты первоначально необходимо по ширине ленты термопластичного адгезива обрезать 2 угла с размерами 50 мм по ширине и 15 мм по длине ленты таким образом, чтобы край манжеты был заужен в виде трапеции. Если лента поставляется в рулоне, то необходимо отрезать требуемый размер ленты в соответствии с рекомендациями. Затем необходимо обернуть подготовленную ленту термопластичного адгезива вокруг трубы (нахлест ленты должен быть не менее 100 мм и располагаться сверху и сбоку трубы). Ширина адгезионного слоя должна перекрывать заводское покрытие с обеих сторон от сварного шва не менее чем на 75 мм. Равномерно прогревают мягким пламенем горелки адгезионный слой, начиная с места нахлеста и не допуская его перегрева. Под действием пламени горелки покрытие должно перейти в вязкотекучее состояние, образовав на трубе монолитную конструкцию с отсутствием воздушных пазух, трещин, гофр и пропусков покрытия. Непосредственно на нанесенный адгезионный слой наносят собственно манжету оборачиванием вокруг трубы полимерной термоусаживающейся ленты полимерным слоем наверх (нахлест ленты должен быть не менее 100 мм и располагаться сверху и сбоку трубы). Сторона ленты адгезива с обрезанными углами располагается внизу нахлеста, ширина ленты должна перекрывать заводское покрытие с обеих сторон от сварного шва не менее чем на 75 мм. При соприкосновении тонкого адгезионного слоя на манжете (250 мкм) и ранее нанесенного адгезионного слоя образуется однородный слой. Подогревают пламенем горелки внутренний адгезионный слой края манжеты в месте нахлеста (не допуская перегрева и усадки полимера) и прижимают край манжеты, используя ролик или термостойкие перчатки. Замковую пластину устанавливают на место нахлеста термоусаживающейся манжеты полиэтиленовым слоем наверх, а середина нахлеста должна проходить посередине замковой пластины. Перед установкой замковой пластины прогревают ее внутренний адгезионный слой под полиэтиленом. Затем замковую пластину располагают на нахлесте и производят ее нагрев желтым пламенем горелки и одновременное прикатывание при помощи прикатывающего силиконового ролика до выступления контуров нахлеста и выступания по краям замковой пластины клея (расплава адгезионного слоя замковой пластины). Далее необходимо произвести окончательную прикатку замковой пластины роликом или термостойкой перчаткой для удаления пузырей и гофр.
Термоусадку манжеты необходимо начинать после установки замковой пластины. Термоусаживание манжеты производят мягким пламенем газовой горелки. Термоусадку манжеты производят от линии сварного шва сначала в одну сторону, затем от линии сварного шва в другую сторону. Термоусадку манжеты осуществляют движением горелок по диаметру трубы без нагрева замковой ленты. В случае образования пузырей и гофр они должны разглаживаться прикатывающим термостойким роликом или термостойкими перчатками.
При необходимости (для исключения ситуации, когда адгезионный слой доведен не до вязкотекучего состояния, а из-за случайного перегрева - до предела текучести) после нанесения грунтовочного слоя (праймера) место стыка предварительно оборачивают армирующим материалом (например, стеклосеткой ССТ-Б-Трансет), после чего наносится адгезионный слой.
Также при необходимости (для исключения ситуации, когда адгезионный слой доведен не до вязкотекучего состояния, а из-за случайного перегрева - до предела текучести) возможно применение адгезива, армированного, например, стеклосеткой ССТ-Б-Трансет.
В частности, при использовании термопластичной двухслойной ленты типа «НРЛ-СТ60» 450×2.4 ТУ 2293-001-29200582-02 совместно с эпоксидным праймером «ЭДП» ТУ2245-003-29200582-2007 на отрезке трубопровода получено однородное качественное изоляционное покрытие с прочностью на разрыв не менее 26 МПа и с прочностью адгезионного соединения со сталью при предварительном праймировании 70-75 Н/см (соответственно, для способа-прототипа 12 МПа и 35-50 Н/см).