РУЛОННЫЙ МАСТИЧНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ АСФАЛЬТОСМОЛИСТЫХ ОЛИГОМЕРОВ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к промышленному строительству и может быть использовано для защиты от коррозии наружных поверхностей магистральных и нефте-, газо-, продуктопроводов и трубопроводов различного назначения и резервуаров, а также как ремонтный материал для изоляции повреждений основной изоляции.
Стальные трубопроводы, предназначенные для транспортировки воды, газа, нефти и других жидкостей, а также металлические резервуары и нефтехранилища - дорогостоящие и длительное время морально не стареющие сооружения, рассчитанные на долговременную эксплуатацию - до нескольких десятков лет. Надежная и бесперебойная работа трубопроводов и наземных металлических сооружений в значительной степени определяется эффективностью их противокоррозионной защиты. В противном случае они подвергаются интенсивному коррозионному разрушению, что приводит к значительным безвозвратным потерям металла.
Материальные убытки потерь от коррозии в промышленно развитых странах составляют несколько процентов национального валового продукта и постоянно увеличиваются не только из-за высокой стоимости капитального ремонта (например, переизоляции трубопроводов или окраски резервуаров), но и больших затрат, связанных с обеспечением экологической безопасности.
«Косвенные» потери от коррозии трудно поддаются точной оценке и нередко превышают убытки от прямых потерь. Так, коррозионное разрушение нефтепроводов приводит не только к потере сырья, но и к огромным материальным затратам, обусловленным простоем многочисленных промышленных предприятий, загрязнением окружающей среды. Надежность и продолжительность срока службы подземных нефтегазопроводов во многом определяются эффективностью их противокоррозионной защиты.
В настоящее время одним из основных направлений совершенствования борьбы с коррозией является применение новых высокоэффективных изоляционных материалов и конструкций на их основе.
Широкое использование мастик в качестве антикоррозионного материала обусловлено их пластичностью в широком диапазоне температур, низкой проницаемостью, достаточно высокой адгезией, совместимостью практически со всеми видами изоляционных материалов и т.д.
Несмотря на то, что в последние десятилетия появились новые полимерные материалы для антикоррозионной защиты трубопроводов: полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен, эпоксидные смолы и др., свойства нефтяных битумов, как изоляционных материалов, не теряют своей актуальности.
Известны противокоррозионные покрытия, например «ПЛАСТОБИТ-40», содержащие в качестве мастичного слоя мастики битумно-полимерные «Изобитеп Н» или мастики битумно-резиновые: МБР-100, МБР-90.
Известно антикоррозионное покрытие для труб «ТРАНСКОР» [1], которая представляет собой многокомпонентную композицию, состоящую из битума, полимера, наполнителя и пластификатора.
Покрытия предназначаются для защиты от коррозии наружной поверхности подземно уложенных газо-, нефте- и продуктопроводов диаметрами до 1220 мм в грунтах с различной коррозионной активностью, эксплуатирующихся при температуре от минус 30 до плюс 40°C.
Недостатками битумно-полимерных составов по комплексу защитных свойств является их недостаточно высокая адгезия к металлу и довольно высокая температура хрупкости. При эксплуатации изоляционных покрытий на основе вышеуказанных составов наблюдаются нарушения антикоррозионной защиты трубопроводов: появление трещин, отслоений, сколов, разрывов.
Удовлетворительными защитными свойствами обладают составы, включающие нефтеполимеры, которые сочетают положительные свойства полимеров и битумов: механическая прочность и достаточно высокая пластичность, с более высокой, чем у битума адгезией к металлу
Известно и применяется антикоррозионное покрытие на основе мастики АСМОЛ [2]. Покрытие предназначено для защиты от подземной коррозии стальных труб, используемых при строительстве газовых и водопроводных сетей, нефтегазопроводов, емкостей для хранения сжиженного газа, прокладываемых и устанавливаемых непосредственно в земле в пределах территории городов, других населенных пунктов и промышленных предприятий. Покрытие соответствует весьма усиленному типу [3] и эксплуатируется при температуре до 40°C.
Следующим этапом развития конструкции изоляционных покрытий на основе мастичных материалов являются мастичные ленты. Они практически лишены недостатков мастичных покрытий и обладают целым рядом серьезных преимуществ, выделяющих их из списка остальных изоляционных материалов.
Известна лента полимерно-битумная ЛИТКОР [4], предназначенная для защиты от коррозии стальных подземных трубопроводов: нефтепроводов, газопроводов, городских подземных сооружений, продуктопроводов с температурой транспортируемого продукта до+40°C. Применяется для изоляции линейной части, отводов, стыков, углов поворотов, мест врезок, заглушек, мест приварки шин для КУ, других фасонных частей.
К преимуществам ленты ЛИТИКОР можно отнести ее достаточно высокую адгезию к металлическим поверхностям, технологичность нанесения в трассовых условиях (лента «холодного» нанесения) и возможность использования при низких температурах.
Материал рулонный мастичный армированный «РАМ» [5], предназначен для защиты от коррозии при проведении в трассовых условиях капитального ремонта изоляционного покрытия газонефтепродуктопроводов диаметром до 1420 мм включительно. Материал «РАМ» получают путем совмещения расплава мастики «Транскор-Газ» специальной рецептуры с армирующей стеклосеткой «ССТ-Б».
Известен полимерный рулонный материал [6], содержащий слой битумнополимерной мастики горячего нанесения толщиной 3 мм, которое по своим характеристикам превосходит битумно-резиновые мастики типа МБР-90, МБР-100.
Недостатками покрытий на основе битумно-полимерных мастик являются:
1. Сложная технология нанесения;
2. Зависимость от температуры окружающей среды;
3. Громоздкость оборудования и низкая мобильность оборудования;
4. Высокая трудоемкость и энергоемкость процесса нанесения.
Более технологичными являются ленты, содержащие в качестве мастичного слоя асфальто-смолистые соединения. Это комбинированное ленточное мастичное покрытие [7], антикоррозионная изоляционная лента [8], а также лента антикоррозионная полимерно-асмольная ЛИАМ [9], армированный материал АРМАС [10].
Одним из основных недостатков таких ленточных покрытий является то, что мастичный слой значительной степени подвержен термоокислительной деструкции. Кроме того, мастичный слой этих лент обладает достаточно высокой степенью водопоглощения, которая со временем усиливается, что является одной из причин снижающих их эксплуатационные свойства.
Наиболее близкой по технической сущности является антикоррозионная изоляционная лента [11, прототип], состоящая из:
1. Основа из полимерной ленты;
2. Мастичный слой, состоящий из смеси полимера «Асмол» и битума;
3. Антиадгезивный слой из полиэтилентерефталата.
Достоинствами данной антикоррозионной изоляционной ленты являются ее достаточно высокие защитные свойства и повышенная прочность. Однако наличие значительного содержание битума в мастике (до 30%) обуславливает проявление вышеперечисленных недостатков, характерных для битумно-полимерных мастик, наиболее существенным из которых является сужение диапазона температур нанесения материала на поверхность. Также к недостаткам прототипа можно отнести использование только одного вида антиадгезива - полиэтилентерефталата, что существенно снижает сырьевую базу для производства данной антикоррозионной ленты.
Технической задачей полезной модели является улучшение эксплуатационных свойств противокоррозионной ленты, в частности: стабилизация адгезии при увеличении диапазона температур, увеличение адгезии мастичной ленты к поверхности металла с течением времени, сохранение высокой пластичности и защитных свойств при длительной эксплуатации, возможность использования предлагаемого рулонного мастичного материала в качестве ремонтного для изоляции повреждений основной изоляции без высокой степени подготовки поверхности металла перед нанесением, а также обеспечение надежного заполнения околошовных зон, усиления сварного стыка («шатровые» зоны) и мест перехода к основной изоляции трубопровода.
Поставленная техническая задача достигается за счет того, что рулонный мастичный материал, состоящий из основного слоя, мастичного слоя и антиадгезивного слоя, в качестве основного слоя содержит полимерные ленты (многослойные полиэтиленовые, термоусаживающиеся полиэтиленовые, полипропиленовые, поливинилхлоридные), в качестве мастичного материала содержит асфальтосмолистые олигомеры, термоэластопласт, пластификатор, модифицирующие добавки, при следующем соотношении компонентов, масс.%:
Асфальто-смолистые олигомеры
65-85
Термоэластопласт
6-12
Пластификатор
5-14
КлейАС-М
4-9.
В мастичном слое рулонного материала в качестве асфальтосмолистых олигомеров используют продукт сополимеризации кубовых остатков производства изопрена с АСВ асфальта пропановой деасфальтизации гудрона в присутствии серной кислоты, которая играет роль катализатора и сульфирующего агента. Высокая концентрация парамагнитных центров и наличие компонентов с разветвленной системой двойных связей, а также участков с делокализацией π-электронов означает возможность применения асфальтосмолистых олигомеров в качестве стабилизаторов полимеров и пластмасс в процессах термической, фотохимической и радиохимической деструкции.
В качестве модифицирующих добавок используют клей АС-М.
Клей АС-М (антикоррозионная клеевая композиция) представляет собой раствор резиновой смеси на основе бутилкаучука и нефтеполимера Асмол в бензине растворителе для резиновой промышленности обладает адгезивными и антикоррозионными свойствами и используется как клеевой слой при нанесении липких лент или при приклеивании полимерных материалов к металлической поверхности.
Термоэластопласты (термопластичные эластомеры), полимерные материалы, обладающие в условиях эксплуатации высокоэластичными свойствами, характерными для эластомеров, а при повышенных температурах обратимо переходящие в пластическое или вязкотекучее состояние. Свойства термоэластопластов обусловлены особенностями их структуры - образованием двухфазной системы вследствие термодинамической несовместимости гомополимеров, образующих жесткие блоки термопласта (например, полистирола, полиэтилена, полибутилентерефталата и т.п.) и эластичные блоки (например, полибутадиена, полиизопрена, полиоксиалкиленгликоля, сополимеров этилена с пропиленом и т.п.) в макромолекуле термоэластопластов. Отсутствие химических связей между цепями полимеров обусловливает их текучесть при повышенных температурах и для получения изделий позволяет использовать литье под давлением, экструзию, вакуумформование, пневмоформование и т.д.
Пластификаторы - низкомолекулярные органические вещества, которые, будучи введенными в полимер на стадии его приготовления, уменьшают взаимодействие между соседними макромолекулами. Пластификаторы вводят в состав полимерных материалов для придания (или повышения) эластичности и (или) пластичности при переработке и эксплуатации.
Для предотвращения слипания мастичного материала в рулоне на мастичный слой наносится антиадгезивный материал. В качестве антиадгезивного слоя в предлагаемой рулонном материале используются силиконизированные антиадгезионные пленки и бумаги, которые представляют собой пленки и бумаги с нанесенным кремнийорганическим (силиконовым) слоем.
Сульфоновые группы, содержащиеся в асфальто-смолистых соединениях, являются агентом, обеспечивающим высокую степень адгезии к металлической поверхности трубопровода. Асфальто-смолистые соединения обеспечивают совместимость данного состава с широким спектром материалов (кровельные покрытия, строительные конструкции), возможность нанесения рулонно-мастичного материала на поверхность без предварительного подогрева.
Мастичный слой предлагаемого рулонного материала содержит клей АС-М как дополнительный агент, усиливающий адгезию, за счет обеспечения первичной адгезии материала к поверхности.
Таким образом, мастичный слой, используемый в предлагаемом рулонном материале, обуславливает стабильную адгезию в широком диапазоне температур, обеспечивает возможность использования рулонного мастичного материала в качестве ремонтного для изоляции повреждений основной изоляции без высокой степени подготовки поверхности металла перед нанесением, а также обеспечивает надежное заполнение околошовных зон, усиление сварного стыка («шатровые» зоны) и мест перехода к основной изоляции трубопровода.
В качестве антиадгезивного слоя рулонного мастичного материала возможно использование любых пленок и бумаг, покрытых силиконовым слоем, что удешевляет его и расширяет сырьевую базу для его производства.
На поверхность трубы рулонный мастичный материал наносится как ручным способом, с использованием ручных изоляционных машин, так и механизированно - с использованием изоляционных машин в составе изоляционно-укладочных колонн.
В таблице 1 приведены показатели качества покрытия металлических поверхностей рулонным мастичным материалом. Испытания проводились согласно требований ГОСТ Р 51164-98.
Как показали проведенные испытания, предлагаемый рулонный мастичный материал:
1. Не требует подогрева поверхности металла и мастичного слоя перед использованием. Температура окружающей среды при нанесении ленты составляет: зимой - от минус 20°C до плюс 5°C, летом - от плюс 5°C до плюс 35°C.
2. Нанесение рулонного мастичного материала возможно на поверхность металла с 4-й степенью очистки. Данная степень обеспечивается зачисткой поверхности металла металлической щеткой, что легко реализуется в трассовых условиях.
3. Рулонный мастичный материал совместим с различными типами изоляций, что позволяет изолировать сварные стыки как труб с заводской изоляцией экструдированным полиэтиленом, так и труб с изоляцией на основе липких лент и битумных мастик.
Таблица 1.
Результаты испытания рулонного мастичного материала
Наименование показателя
Норма по ГОСТР 51164-98
Рулонный мастичный материал
Мастика битумно-полимерная изоляционная (прототип)
пример 1
пример 2
пример 3
Внешний вид
Отсутствие складок, отверстий, разрывов. Мастичный слой нанесен по всей поверхности ленты, без пропусков, посторонних включений
Соответствует
Соответствует
Соответствует
Соответствует
Толщина, мм
1,5-2,2
2,1
2,1
2,1
2,2
Прочность при разрыве, Н/см, не менее
10,0
28,0
28,5
26,0
23,1
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее
200
240
232
236
260
Температура гибкости, °С , не выше
минус 40
минус 48
минус 45
минус 42
минус 40
Адгезия к стали при 20°С, Н/см, не менее
10,0
24
31
35
15,0
Адгезия в нахлесте при 20°С, Н/см, не менее
7,0
16
20
30
20,5
Таким образом, в результате проведенного тестирования подтверждено, что предлагаемый рулонный мастичный материал обладает улучшенными эксплуатационными свойствами, в частности, повышенной адгезией к поверхности металла, причем с течением времени данный показатель увеличивает свою величину; сохраняет высокую пластичность и защитные свойства при длительной эксплуатации. Рулонный мастичный материал можно использовать в широком диапазоне температур, а также в качестве ремонтного для изоляции повреждений основной изоляции без высокой степени подготовки поверхности металла перед нанесением. Предлагаемый рулонный материал обеспечивает надежное заполнение околошовных зон, усиление сварного стыка («шатровые» зоны) и мест перехода к основной изоляции трубопровода.
1. Патент РФ 2192578 с приоритетом от 10.30.01, кл. 7 F16L 58/12 «Мастика битумно-полимерная «Транскор» для труб» / Денисов В.Г., Хлопцев В.А., Шейко Г.Н., Сагателян Р.Т., Серафимович В.Б., Агафонов В.В.
2. ТУ 4859-001-05111644-95. «Покрытие на основе мастики «АСМОЛ» для защиты от коррозии подземных трубопроводов».
3. ГОСТ 9.602-2005. «Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии».
4. ТУ 2245-001-48312016-2001. «Лента полимерно-битумная на основе мастики «ТРАНСКОР» - ЛИТКОР».
5. ТУ 2245-014-05801845-04. «Рулонный армированный материал «РАМ».
6. Патент РФ 2192579 с приоритетом от 30.10.01, кл. 7 F16L 58/12 «Мастика битумно-полимерная «Транскор» для полимерного рулонного материала» / Денисов В.Г., Глухов Ю.В., Неровня В.И., Наконечный Е.И., Хлопцев В.А., Шейко Г.Н., Сагателян Р.Т., Серафимович В.Б., Агафонов В.В.
7. Патент РФ 2265151 с приоритетом от 27.12.04, кл. 7 F16L 58/04 «Способ восстановления коррозионной защиты трубопровода» / Коваль В.Н.
8. Патент РФ 10830 с приоритетом от 01.02.99, кл. 6 F16L 59/10 «Антикоррозионная изоляционная лента» / Гладких И.Ф., Черкасов Н.М., Субаев И.У.
9. Лента антикоррозионная полимерно-асмольная ЛИАМ ТУ 2257-016-16802026-98. «Лента изоляционная «ЛИАМ» для защиты подземных трубопроводов от коррозии».
10. ТУ 5114-027-16802026-2005. «Армированный материал «АРМАС».
11. Патент РФ 2199051 с приоритетом от 04.03.02, кл. 7 F16L 58/04 «Антикоррозионная изоляционная лента» / Черкасов Н.М., Гладких И.Ф., Черкасов Н.М., Субаев И.У., Горбачева Р.И. (ПРОТОТИП)