Антикоррозионная защита концевых участков нефтегазопроводных труб

АНТИКОРРОЗИОННАЯ ЗАЩИТА КОНЦЕВЫХ УЧАСТКОВ НЕФТЕГАЗОПРОВОДНЫХ ТРУБ Димо В.В.

Димо Виктория Валерьевна - магистрант, кафедра транспорта углеводородных ресурсов, Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень

Аннотация: на сегодняшний день одним из распространенных методов по борьбе с коррозией является нанесение внутренних антикоррозионных покрытий. Данные покрытия наносятся по всей длине труб, за исключением концевых участков. Защита зоны сварочного соединения труб обеспечивается только при установке втулок, с аналогичным антикоррозионным покрытием, обеспечивающих герметичное соединение, способствующих удержать проникновение влаги, паров и газа. Данный вид защиты концевых участков от процессов коррозии при монтаже и эксплуатации трубопроводов трудозатратен, ввиду его конструктивных особенностей. Ключевые слова: эксплуатационная надежность, металлизация, самофлюсующиеся материалы.

В настоящее время к наиболее распространённым методам повышения эксплуатационной надежности промысловых трубопроводов можно отнести применение труб с внутренним антикоррозионным покрытием. Для защиты внутренней поверхности нефтегазопроводных труб от процессов коррозии применяют различные покрытия на основе плёнкообразующих — алкидных смол и их композиций с меламиноформальдегидными смолами. Наиболее хорошей химической стойкостью обладают антикоррозионные покрытия на основе фенолоальдегидных смол, эпоксидных смол, поливинилхлорида.

Нанесение внутренних антикоррозионных покрытий осуществляется по всей длине труб.

Монтаж трубопроводов с применением сварки сводит на нет положительный эффект от их использования. Под действием высоких сварочных температур покрытия выгорают, оставляя незащищенными места стыков труб. Дефекты сварного шва и микронеоднородности околошовной зоны подвергаются преимущественному воздействию коррозионной среды, что обуславливает аварийность трубопроводов.

Для защиты сварных стыков трубопроводов с внутренним покрытием от коррозии широко применяется металлизация концов труб коррозионностойкими самофлюсующимися сплавами.

В настоящее время на рынке отсутствуют подобного рода металлические покрытия, а такие нефтяные компании как ПАО «ЛУКОЙЛ», ПАО «Газпром нефть», ОАО АНК «Башнефть» заинтересованы в разработке технологии по нанесению металлических покрытий, которые бы смогли обеспечить надежность системы защиты внутренней поверхности труб, обеспечить высокую скорость сварки трубопровода, поэтому разработка данной технологии является актуальной. Наиболее эффективным решением защиты зоны соединения труб является не полимерное покрытие (металлическое). Такое соединение повысит уровень эксплуатационной надежности, снизит временные, финансовые затраты, упростит сборку при строительстве и обеспечит антикоррозионную защиту на весь срок эксплуатации трубопроводов.

Металлическое покрытие (металлизация) - это поверхностный слой из нержавеющего сплава нанесенного на внутреннюю поверхность концевых участков труб. Сущность метода заключается в следующем: на концевые участки труб - зоны термического влияния, путем газотермического напыления наносится металлизационное покрытие, затем по всей длине трубы наносится внутреннее

антикоррозионное покрытие. Для обеспечения сплошного внутреннего покрытия в первую очередь на оба концевых участка труб наносится металлическое покрытие и внахлёст ему полимерное. Защитное покрытие сварного шва формируется при сварке труб в плеть за счет того, что расплав самофлюсующегося покрытия растекается по поверхности корня сварного шва с формированием слоя стеклообразных шлаков.

В 2014 году на одном из предприятий Российского дивизиона началось освоение технологии газопламенного напыления металлического покрытия концов труб, с последующим нанесением внутреннего защитного покрытия на основе порошковых эпоксидных композиций.

Анализ применяемой технологии нанесения металлизационного покрытия на концевые участки внутренней поверхности нефтегазопроводных труб:

1. Базовое технологическое решение

1.1. Подготовка поверхности труб перед нанесением.

Большое значение при нанесении металлизационного покрытия имеет предварительная обработка напыляемой поверхности, включающая операции мойки, обезжиривания и абразивной обработки. Предварительная обработка влияет на прочность сцепления напыляемого покрытия с подложкой.

Абразивная обработка

Для абразивной обработки применяется стальная колотая дробь

Контроль качества подготовки поверхности:

- шероховатость (ISO 8503-4) - Rz 60-100 мкм;

- содержание водорастворимых солей (ISO 8502-6) - 20мг/м2;

- запыленность (ISO 8502-3, метод липкой ленты) - 1 класс;

- степень очистки (ISO 8501-1) - Sa 2,5;

Для напыления металлизационного покрытия применяется многофункциональная установка, являющаяся аналогом установки французской фирмы SNMI (Socitte Novelle De Metallisation Indastrits).

В качестве горючего газа применяется пропан-бутан в баллонах, в качестве окислителя - кислород.

Покрытие наносили на внутреннюю поверхность обоих торцов патрубков на ширину от 60 до 100 мм. При нанесении металлизационного покрытия нагрев трубы контролировали при помощи инфракрасного термометра

Применяемая последовательность операций

Подогрев подложки производится пламенем пистолета-распылителя снаружи трубы, температура подогрева внутренней поверхности трубы 50-60 °С. Допустимо температуру предварительного подогрева довести до 60-80 °С.

Напыление покрытия производится до толщины 0,25-0,50 мм с увеличением толщины покрытия на торце трубы до 0,35-0,60 мм шириной 10 мм [28]. Эта операция производится за один подход без промежуточного контроля температуры. При воздействии газового пламени поверхность значительно разогревается и в процессе нанесения покрытия наблюдалось красное каление трубы. Если температура внутренней поверхности напыленного слоя превышает 120-150 °С, то возможно отслоение и растрескивание покрытия ввиду существенного различия в коэффициентах теплового расширения стали и материала покрытия

Рекомендации:

- напыление проводить в 2-3 приема с промежуточным охлаждением наружной поверхности трубы сжатым воздухом. Возможно при напылении производить охлаждающий обдув наружной поверхности распределенным потоком воздуха, при условии, что струя воздуха не деформирует поток напыляемого материала. С этой целью выбирается оптимальное расположение охлаждающих устройств;

- Уменьшить скорость подачи распыляемого материала, увеличить расход потока обжимающего воздуха.

- Ограничение наносимого покрытия по толщине за один прием - 0,1 -0,2 мм.

14

После нанесения метализационного покрытия (согласно рис.1) на концевые участки труб, внахлест по всей длине трубы наносится внутреннее антикоррозионное покрытие.

В целях подтверждения качества наносимого покрытия были проведены исследования металлического покрытия на оптическом микроскопе Ах^ей: 40МАТ. Результаты исследований металлического покрытия представлены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты исследований металлического покрытия

Наименование показателя Результат испытания

1. Прочность сцепления со стальной поверхностью методом опиловки (ГОСТ 9.302) Испытания согласно ТУ 1381-012-0015434102 «Трубы стальные диаметром 102-530 мм с внутренним защитным покрытием на основе порошковых эпоксидных композиций» Сколов и отслаиваний не обнаружено

2. Пористость покрытия методом наложения фильтровальной бумаги (ГОСТ 9.302), шт/см2, не более 7,0

3. Толщина нанесенного слоя, мкм 350-450

Нанесение металлизационного покрытия, используя самофлюсующиеся материалы, с точки зрения повышения стойкости защищаемой поверхности к износу и коррозии в рассматриваемых условиях, следует считать оправданным.

Анализ результатов позволяет сделать вывод, что металлическое покрытие, нанесенное по данной технологии, соответствует заваленным требованиям.

Дальнейший этап работы заключался в исследовании механических свойств металла трубы после нанесения металлических покрытий, показавших наилучшие результаты металлографических исследований.

Для проведения дальнейшей работы по усовершенствованию технологии металлизации совместно была разработана программа изготовления опытных образцов с металлическим покрытием по восьми новым технологиям. Программа включала применение двух методов напыления (газопламенного и плазменного), а также использование новых материалов покрытия.

Список литературы

1. Федин Д.В., Бархатов А.Ф., Вазим А.А. Сравнительный анализ экономической эффективности методов повышения эксплуатационной надежности промысловых трубопроводов // Известия Томского политехнического университета, 2012. Т. 320. № 6. С. 32-35.

2. Ягубов Э.З. Композиционно-волокнистая труба нефтегазового назначения // Технологии нефти и газа, 2009. № 4. С. 55-57.

3. Мазур И.И., Иванцов О.М. Безопасность трубопроводных систем. М.: Недра, 2004. 700 с.

4. Харисов Р.А., Кантемиров И.Ф. Проведение экспертной оценки для защитных покрытий трубопроводов Нефтегазовое дело. Электронный научный журнал, 2009. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://ogbus.ru/article/provedenie-ekspertnoj-ocenki-dlya-zashhitnyx-pokrytij-truboprovodov/ (дата обращения: 07.02.2020).

5. Гумеров А.Г., Сираев А.Г., Бажайкин С.Г., Митюшкин В.А. О причинах выхода из строя трубопроводов, построенных из футерованных полиэтиленом стальных труб // Нефтегазовое дело, 2009. № 3. С. 42-47.

6. Патент РФ 2105921 Труба с внутренним покрытием и способ ее изготовления. Дата публикации: 07.02.1998. Электронный ресурс. http://ru-patent.info/21/05-09/210592Шт1/ (дата обращения: 07.02.2020).

15

7. Патент РФ № 2088834 Способ выполнения сварного соединения металлических изделий с защитным покрытием Дата публикации: 27.08.1997. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://ru-patent.info/20/85-89/2088834.html/ (дата обращения: 07.02.2020).

8. Патент РФ № 2272215 Способ соединения труб с внутренним антикоррозионным покрытием Дата публикации: 20.03.2006. [Электронный ресурс]. Режим доступа: Шр://т- patent.info/20/85-89/2088834.html/ (дата обращения: 07.02.2020).

9. Евсеев Г.Б., Глизманенко Д.Л.Оборудование и технология газопламенной обработки металлов и неметаллических материалов. Учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1974. 312 с.