Металлическая труба с многослойным защитным покрытием

Полезная модель относится к магистральному трубопроводному транспорту, предназначенному, преимущественно, для транспортировки газа.
Магистральным газопроводом называется трубопровод, предназначенный для транспорта газа из района добычи или производства в район его потребления, или трубопровод, соединяющий отдельные газовые месторождения.
Из уровня техники известно, что при строительстве и эксплуатации нефте- и газопроводов используются металлические (преимущественно стальные) трубы. 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).
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 принятые меры предосторожности, потребность в ремонте остается высокой. Механическая защита, как самого трубопровода от внешних нагрузок, так и окружающей среды от механических составляющих трубопровода (например, при разрушении металлической основы под действием непредвиденных факторов) практически отсутствует.
Известна стальная труба с многослойным покрытием, наиболее близкая к заявленной полезной модели и взятая за прототип, содержащая нижний, средний и наружный полимерные слои. При этом нижний слой полимерного покрытия выполнен из эпоксидного праймера, средний слой полимерного покрытия - из клейкого 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 ускорителя электронов (патент на полезную модель №164448 от 27.08.2016).
Недостатком данной трубы является низкая надежность трубы по причине недостаточной механической прочности защитного покрытия.
Применение данной полезной модели не обеспечивает достаточную прочность защитного покрытия при внешнем механическом воздействии, так как в патенте-прототипе применяется механическая смесь полимеров с добавлением мелкодисперсного наполнителя с гомогенными свойствами. Полученный материал покрытия обладает свойствами, близкими к свойствам исходного полимера, не обеспечивает механическое усиление стальной трубы, отсутствует защита окружающего пространства при разрушении трубы, подвержен повреждению при механическом воздействии.
Технической проблемой настоящей полезной модели является создание многослойного покрытия для металлической трубы, имеющего высокую эффективность антикоррозионной защиты при наличии высокой механической прочности.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение надежности, безопасности и срока эксплуатации магистральных трубопроводов за счет высокой устойчивости к различным внешним факторам, в т.ч. механическому воздействию, а также защите окружающего пространства при разрушении внутренней металлической трубы.
Указанный технический результат достигается за счет того, что металлическая труба с многослойным покрытием содержит нижний, средний и наружный слои, при этом нижний (ближний к металлу) слой покрытия выполнен из термопластичного полимера, средний слой - из стеклопластика на основе полиэфирной смолы, а наружный слой - из гелькоута (полиэфирное связующее с добавлением красителя).
В металлической трубе с многослойным полимерным защитным покрытием нижний слой из термопластичного полимера может быть армирован стеклотканью.
Применение слоя термопластичного полимера обеспечивает герметичную защиту металла трубы от внешнего воздействия. Также, за счет относительно низкого модуля упругости, термопластичные полимеры в конструкции трубопровода выполняют функцию демпфера между металлом и стеклопластиком и обеспечивают их прочное скрепление.
Слой стеклопластика на основе волокнистого наполнителя обеспечивает:
защиту герметизирующего (демпферного) слоя от внешнего воздействия при транспортировке, хранении и монтаже трубы.
повышает запас прочности металлической трубы не менее чем на 20%;
значительное повышение вязкости разрушения, что обеспечивает защиту окружающего пространства при разрушении внутренней металлической трубы (выдерживает рабочее давление трубопровода и предотвращает разлет металлических осколков);
обеспечивает работоспособность газопровода при повреждении металлической трубы (постепенный спад давления), что позволяет избежать последствий аварии конструкции-прототипа.
Наружный слой из гелькоута является обязательным элементом стеклопластика, работающего под атмосферными воздействиями, он обеспечивает влагостойкость и защиту от действия ультрафиолета, существенно продляя срок службы трубопровода.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг. 1 представлена труба с многослойным защитным покрытием, где 1 -металлическая труба, 2 - слой из термопластичного полимера, 3 - стеклопластик, 4 - гелькоут.
Изготовление трубы с многослойным защитным покрытием осуществляют в следующей последовательности:
Пример 1
1) В качестве исходной трубы (позиция 1, фиг. 1) используют новую металлическую трубу или металлическую трубу, бывшую в употреблении.
В случае если за исходную трубу 1 взята новая металлическая труба, предварительно производят удаление защитной смазки. В случае если за исходную трубу 1 взята металлическая, бывшая в употреблении, но соответствующая допустимым химико-физическим критериям изношенности, ее подвергают текущему техническому обслуживанию, при этом удаляют продукты коррозии, углеводородных отложений с внутренней поверхности исходной металлической трубы по всей ее длине известными способами. Обязательным этапом подготовки металлической трубы является дробеструйная обработка.
2) На поверхность металлической трубы наносится демпферный слой из термопластичного полимера (например, Сэвилена - позиция 2, фиг. 1) путем намотки ленты из него и дальнейшей термообработки трубы (например, при помощи ИК ламп). Допускается нанесение демпферного слоя путем напыления расплава полимера, без необходимости дальнейшей термообработки.
3) Поверхность демпферного слоя обезжиривается бензином, и наносят стеклопластиковый слой (позиция 3, фиг. 1) методом мокрой намотки стекложгута, пропитанного полиэфирным связующим (например, ровинг Т30 из стекла Advantex ТУ 5952-084-05763895-2017, пропитанный связующим на основе смолы Камфест 0103 ТУ 20.16.40-006-48427630-2017).
4) На поверхность неотвержденного стеклопластика из стекложгута наносится декоративное защитное покрытие (например, полиэфирный гелькоут ТУ 2257-004-48427630-09 - позиция 4, фиг. 1) методом распыления.
5) Многослойная металополимерная труба проходит термообработку при температуре 80°С. Возможно отверждение под действием ИК ламп.
Пример 2
Технология изготовления металлической трубы с многослойным полимерным защитным покрытием по примеру 1, в которой, дополнительно, на нижний демпферный слой термопластичного связующего (после его нанесения на металлическую трубу) наматывается стеклоткань, пропитанная материалом демпфирующего слоя (позиция 5, фиг. 2), для повышения адгезии на границе демпферный слой - стеклопластик.
Использование полезной модели позволяет повысить надежность, безопасность и срок эксплуатации магистральных трубопроводов.