СТАЛЬНАЯ ТРУБА МОДИФИЦИРОВАННАЯ С МНОГОСЛОЙНОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ "ТСИМ"

Техническое решение относится к трубопроводной технике, а именно к стальным трубам с полимерным покрытием, используемым для строительства и эксплуатации нефте- и газопроводов, а также для систем теплоснабжения и водоснабжения.
Из уровня техники строительства и эксплуатации нефте- и газопроводов известно использование металлических (стальных) труб. Чтобы обеспечить надежную эксплуатацию стальных трубопроводов в течение длительного времени, их защищают от коррозии многослойным полимерным покрытием.
В качестве наружных защитных полимерных покрытий труб от коррозии наиболее широко применяются покрытия труб на основе экструдированного полиэтилена. Качество заводских полимерных покрытий труб во многом зависит от конструкции защитных покрытий и изоляционных материалов, используемых для их нанесения.
Существует 4 варианта конструкций заводских полимерных покрытий труб:
- Полиэтиленовое покрытие, наносимое по битумно-мастичному подслою (конструкция покрытия №6 по ГОСТ Р 51164-98).
- Полиэтиленовое покрытие, наносимое по изоляционному подслою на основе липкой полимерной ленты (конструкция покрытия №7 по ГОСТ Р 51164-98).
- Двухслойное полимерное покрытие, состоящее из адгезионного подслоя на основе термоплавкой полимерной композиции и наружного полиэтиленового слоя (конструкция покрытия №2 по ГОСТ Р 51164-98, конструкция покрытия №4 по ГОСТ Р 52568-2006).
- Трехслойное полимерное покрытие, состоящее из слоя эпоксидного праймера, адгезионного полимерного подслоя и наружного полиэтиленового слоя (конструкция покрытия №1 по ГОСТ Р 51164-98, конструкция покрытия №№1-3 по ГОСТ Р 52568-2006).
Полимерные покрытия наносятся безвоздушным способом. Для двухслойного полимерного покрытия, исключается нанесение слоя - нанесение эпоксидного праймера.
Длительная защита полимерным покрытием труб от коррозии обеспечивается лишь при условии, что покрытие не повреждено при транспортировке, укладке и эксплуатации трубопровода. Для предотвращения повреждения полимерного покрытия труб при транспортировке и укладке с ним необходимо обращаться исключительно осторожно. Несмотря на меры возможные предосторожности, потребность в ремонте остается высокой.
Для предотвращения возможного повреждения полимерного покрытия трубопроводов в процессе их строительства и эксплуатации траншеи под укладываемые трубы обычно засыпают тонкоизмельченным материалом, предпочтительно песком или другим материалом для засыпки. Это является недостатком, поскольку тонкоизмельченный и, следовательно, дорогостоящий материал для засыпки является обязательным для предотвращения повреждения труб и с полимерной наружной изоляцией.
Известна труба стальная с многослойной полимерной изоляцией состоящей из четырех слоев, наиболее близкая к заявленной полезной модели. Предложенная труба с полимерной изоляцией имеет многослойное строение для защиты поверхности от повреждения, у которого первый нижний слой состоит из эпоксидного праймера, второй средний слой состоит из клейкого адгезионного полимерного подслоя, третий верхний слой состоит из полиэтилена высокой плотности серии ПЭВП, а четвертый наружный слой состоит из модифицированного силаном ПЭВП (по классификации РЕХ-b) с помощью которого достигается повышение ударной прочности и ударной вязкости образца с надрезом полимерного покрытия (RU 2413615 С2).
Недостатком такой трубы с многослойным покрытием является требование применения сложных дополнительных и, следовательно, дорогостоящих технологических операции по нанесению дополнительного полимерного четвертого слоя, модифицированного силаном ПЭВП (по классификации РЕХ-b). Также для модификации по технологии РЕХ-b необходимо в течение нескольких часов выстаивать сшиваемый силаном полиолефин в водяной бане при температуре около 95°С, что ограничивает производительность технологии в целом и существенно повышает затраты на производство.
Устранение недостатка применения сложной дорогостоящей технологии изготовления трубы с полимерным четырех-слойным модифицированным покрытием позволяет использование технологии модификации РЕХ-с (модификация полимеров за счет использования направленного пучка от электронного ускорителя). Для придания полимерному покрытию улучшенных свойств радиационной технологией обрабатывают с дозой облучении примерно 10-20 Мрад в зависимости от используемого полимерного композита из полиолефинов. Радиационная обработка полимерного покрытия увеличивает механическую прочность, значительно повышает его термохимическую стойкость, повышает ударную прочность и ударную вязкостью, повышает устойчивость к механическим повреждениям. В технологическом процессе радиационной обработки трубы с полимерным покрытием целесообразно применять ускорители электронов типа ЭЛВ и ИЛУ. Обработка покрытия производится вращением трубы для обеспечения равномерной модификации полимерного наружного слоя под воздействием направленного пучка электронов.
Техническим результатом, достигаемым в результате решения поставленной задачи, является повышение ударной прочности наружного полимерного слоя стальной трубы, уменьшение стоимости стальных труб, увеличение производительности стальных труб с полимерной наружной изоляцией, при сохранении эксплуатационных параметров стальных труб с полимерной изоляцией.
Указанный технический результат достигается за счет того, что стальная труба с многослойным покрытием, содержащая нижний, средний и наружный полимерные слои, при этом нижний слой полимерного покрытия выполнен из эпоксидного праймера, средний слой полимерного покрытия - из клейкого адгезионного полимерного подслоя, а наружный слой - из модифицированного композита на основе полиолефинов, причем наружный слой выполнен с возможностью нанесения на средний слой экструдированием композита на основе полиолефинов и последующего сшивания под действием ускорителями электронов.
На Фиг. 1 представлен поперечный разрез стальной трубы с многослойным полимерным покрытием с улучшенными свойствами.
Стальная труба с многослойным полимерным покрытием содержит стальную трубу (1), на которую нанесены: первый нижний слой (2) полимерного покрытия из эпоксидного праймера, второй средний слой (3) полимерного покрытия из клейкого адгезионного полимерного подслоя, третий верхний наружный слой (4) полимерного покрытия из полимерного композита на основе полиолефинов (полиэтилен, сэвилен, полипропилен и др.), модифицированного с использованием ускорителей электронов
Предлагаемая стальная труба предназначена для строительства и эксплуатации нефте- и газопроводов, водоснабжения и теплоснабжения, полимерное многослойное покрытие которой обладает улучшенными свойствами за счет применения многослойной структуры покрытия, а также того, что наружное покрытие за счет модификации РЕХ-с характеризуется повышенной ударной прочностью и ударной вязкостью наружного полимерного слоя, является устойчивым к механическим повреждениям даже в крайне неблагоприятных условиях. Относительное удлинение при разрыве, а также стойкость к растрескиванию под действием напряжения окружающей среды показывает, как покрытие в течение более длительного времени будет выдерживать неблагоприятные условия транспортировки и укладки или природные условия, такие как холод, ультрафиолетовое излучение.
Сборка заявляемой стальной трубы с многослойным полимерным покрытием с улучшенными свойствами осуществляется следующим образом.
При изготовлении стальной трубы (1) с многослойным полимерным покрытием с улучшенными свойствами на ее поверхность наносится трехслойное полимерное покрытие в условиях стационарных производственных помещений. Защитные покрытия наносятся по технологии: щеточная или дробеструйная очистка, праймирование или грунтование поверхности стальных труб - 2, нанесение клеевого подслоя - 3, нанесение наружного экструдированного полимерного слоя из компаунда полиолефинов - 4. Для защиты от коррозии металлической поверхности трубопроводов в качестве нижнего слоя (2) применяют: грунтовка эпоксидная «Праймер МБ», каучуко-смоляной «Праймер ПЛ-Л», каучуко-смоляной «Праймер НК-50», грунтовка "ТРАНСКОР-ГАЗ». Толщина нижнего слоя (2) составляет до 0,5 мм Для нанесения среднего слоя (3) применяются специальные клеевые материалы, обладающие повышенной морозостойкостью и хорошей адгезией к полиолефинам и защитному покрытию стальной трубы, такие как: на основе полиэтилена «Метален АПЭ-1», на основе сэвилена АТИ-06; на основе сэвилена TRISOLEN 190, на основе сэвилена TRISOLEN 200/U. Толщина среднего слоя (3) составляет до 1,5 мм. Наружный слой (4) наносится на средний слой (3) экструдированием композита из полиолефинов. Толщина наружного слоя (3) составляет 1,0-3,0 мм. Для нанесения наружного слоя (4) применяют композиты на основе полиолефинов (полиэтилен, сэвилен, полипропилен и др.). В таблице 1 приведены некоторые композиты на основе полиолефинов. Собранную конструкцию стальной трубы с многослойным полимерным покрытием снимают со сборочного комплекса. Затем стальную трубу с покрытием подвергают электронно-химической модификации на ускорителе электронов с использованием ускорителя электронов ЭЛВ-3 с дозой облучения 8-20 Мрад в зависимости от используемого композита из полиолефинов. В результате получают стальную трубу модифицированную с многослойной изоляцией (ТСИМ). Многослойная изоляция стальной трубы представляет собой раскрытые выше нанесенные полимерные слои на поверхность трубы, при этом после нанесения слоев осуществляют гамма-квантовую модификацию с использованием ускорителя электронов для упрочнения поверхностного слоя полимерной изоляции трубы стальной.
Нижний слой (2) стальной трубы (1) с многослойным полимерным покрытием с улучшенными свойствами наносят с целью обеспечения антикоррозионной защиты металлической поверхности трубы, средний слой (3) наносится на слой (2) для обеспечения адгезии между антикоррозионным слоем и наружным слоями, а наружный слой (4) обеспечивает изоляционному покрытию стальной трубы высокую (выше 50 Дж) ударную прочность, повышенную адгезию к стали, устойчивостью к продавливанию, проколу, абразивному износу. За счет высокой адгезии оно устойчиво к сдвиговым нагрузкам, возникающим при осадке грунта и в процессе подвижек участков трубопроводов в период эксплуатации. Кроме того, полимерное покрытие покрытием с улучшенными свойствами обладает крайне низкой влагокислородопроницаемостью и поэтому является эффективным диффузионным барьером для проникновения к поверхности стальных труб коррозионно-активных веществ.
Заявленная стальная труба с многослойным полимерным покрытием обладает улучшенными свойствами: повышенной ударной прочностью и ударной вязкостью наружного полимерного слоя, является устойчивым к механическим повреждениям. Она может быть использована для строительства и эксплуатации нефте- и газопроводов, водоснабжения и теплоснабжения в различных климатических условиях. В таблице 2 приведены свойства заявленной многослойной стальной трубы, содержащей наружный слой из композитов, представленных в таблице 1.