Коррозия водопроводов и способы их защиты

Коррозия водопроводов и способы их защиты

Водоснабжение на сегодняшний день является неотъемлемой отраслью, направленной на повышение уровня жизни людей. Одной из важнейших проблем водоснабжения является обеспечение надежной работы трубопроводных систем, являющихся основной жизнедеятельности любого промышленного, жилищно-коммунального или сельскохозяйственного объекта.

Главной причиной неудовлетворительного состояния трубопроводных систем подачи воды является внутренняя коррозия металлических труб, которые в течение десятилетий укладывались без каких-либо защитных покрытий.

Водопроводы, выполненные из стальных труб, повреждаются вследствие электрохимической коррозии, развивающейся при контакте стали с водой. Со временем коррозия может развиваться вплоть до перфорации и разрыва трубы.

Задачей химиков было и остается выяснение сущности явлений коррозии, разработка мер, препятствующих или замедляющих ее протекание. Коррозия металлов осуществляется в соответствии с законами природы и потому ее нельзя полностью устранить, а можно лишь замедлить. Имеется способ уменьшения коррозии металлов, который строго нельзя отнести к защите, — это легирование металлов, т. е. получение сплавов.

Среди новых технологий повышения коррозионной устойчивости труб можно выделить метод нанесения специального покрытия из полиэтилена на наружную часть трубы. Водои газопроводные трубы, а также стальные трубы для магистральных нефтегазопроводов, должны быть еще более устойчивыми к внешним воздействиям, чем трубы общего назначения (рабочая температура — до — 60С, давление в трубопроводе — до 150 МПа, под водой — до 250 МПа). Для изготовления данных типов труб используются свариваемые высококачественные стали с повышенной устойчивостью к низким температурам, которые обеспечивают требуемые характеристики готовых изделий.

Антикоррозионные покрытия трубопроводов трассового нанесения

Для изоляции трубопроводов в трассовых условиях в настоящее время наиболее широко применяют три типа защитных покрытий:

а) битумно-мастичные покрытия;

б) полимерные ленточные покрытия;

в) комбинированные мастично-ленточные покрытия (покрытия типа «Пластобит»)

Битумно-мастичные покрытия

На протяжении многих десятилетий битумно-мастичное покрытие являлось основным типом наружного защитного покрытия отечественных трубопроводов. К преимуществам битумно-мастичных покрытий следует отнести их дешевизну, большой опыт применения, достаточно простую технологию нанесения в заводских и трассовых условиях. Битумные покрытия проницаемы для токов электрозащиты, хорошо работают совместно со средствами электрохимической защиты. В соответствии с требованиями ГОСТ Р 51 164−98 «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии» конструкция битумно-мастичного покрытия состоит из слоя битумной или битумно-полимерной грунтовки (раствор битума в бензине), двух или трех слоев битумной мастики, между которыми находится армирующий материал (стеклохолст или стеклосетка) и наружного слоя из защитной обертки. В качестве защитной обертки ранее использовались оберточные материалы на битумно-каучуковой основе типа «бризол», «гидроизол» и др. или крафт-бумага. В настоящее время применяют преимущественно полимерные защитные покрытия толщиной не менее 0,5 мм, грунтовку битумную или битумно-полимерную, слой мастики битумной или битумно-полимерной, слой армирующего материала (стеклохолст или стеклосетка), второй слой изоляционной мастики, второй слой армирующего материала, наружный слой защитной полимерной обертки. Общая толщина битумно-мастичного покрытия усиленного типа составляет не менее 6,0 мм, а для покрытия трассового нанесения нормального типа — не менее 4,0 мм.

В качестве изоляционных мастик для нанесения битумно-мастичных покрытий применяются: битумно-резиновые мастики, битумно-полимерные мастики (с добавками полиэтилена, атактического полипропилена), битумные мастики с добавками термоэластопластов, мастики на основе асфальтосмолистых соединений типа «Асмол». В последние годы появился целый ряд битумных мастик нового поколения, обладающих повышенными показателями свойств.

Основными недостатками битумно-мастичных покрытий являются: узкий температурный диапазон применения (от минус 10 до плюс 40°С), недостаточно высокая ударная прочность и стойкость к продавливанию, повышенная влагонасыщаемость и низкая биостойкость покрытий. Срок службы битумных покрытий ограничен и, как правило, не превышает 10−15 лет. Рекомендуемая область применения битумно-мастичных покрытий — защита от коррозии трубопроводов малых и средних диаметров, работающих при нормальных температурах эксплуатации. В соответствии с требованиями ГОСТа Р 51 164−98 применение битумных покрытий ограничивается диаметрами трубопроводов не более 820 мм и температурой эксплуатации не выше плюс 40 °C.

Полимерные ленточные покрытия

ВУС изоляция труб - антикоррозийное покрытие стальных труб.

Один из самых эффективных способов защиты магистральных нефтепроводов, газопроводов и водопроводных сетей от коррозии — изоляция ВУС. Это наружное двухслойное и трехслойное антикоррозийное покрытие, на основе экструдированного полиэтилена, а также ленточно-полимерного полиэтиленового усиленного типа (ВУС) согласно ГОСТ Р 51 164−98, ГОСТ 9.602−2005. Двухслойное и трехслойное покрытие зависит от толщины изоляционного слоя. Такое покрытие успешно применяется для защиты городских, поселковых и магистральных нефтепроводов, газопроводов и водопроводных сетей. Эксплуатация труб ВУС будет безаварийной на протяжении 40−50 лет. Изоляция ВУС предназначена как для подземной, так и для подводной прокладки труб с допустимой температурой длительной эксплуатации от — 60 °C до +50°С в грунтах любой агрессивности и влажности.

Трубы ППУ.

Пенополиуретан (ППУ) — теплоизоляционный и гидроизоляционный материал, имеющий малый вес и отличную прочность, своеобразную структуру, благодаря которой имеет наименьший коэффициент теплопроводности по сравнению с другими теплоизоляционными материалами.

Пространство между стальной и полиэтиленовой трубами заполняется пенополиуретаном, который обеспечивает надежную теплоизоляцию. Наружная полиэтиленовая или оцинкованная оболочка в предизолированных трубах выполняет функции не только гидроизоляции, но и защищает слой пенополиуретановой изоляции от механических повреждений.

Применение предизолированных труб значительно снижает аварийность за счет устранения наружной коррозии.

Предотвращение коррозии обеспечивается технологией подготовки трубы:

Стальная труба перед изоляцией проходит обработку в дробеметной установке по всей длине. В результате ее поверхность очищается от ржавчины и загрязнений и приобретает шероховатость, которая способствует лучшей адгезии изоляционного слоя к поверхности трубы;

Комбинированное мастично-ленточное покрытие.

У российских нефтяников большой популярностью пользуется комбинированное мастично-ленточное покрытие типа «Пластобит». Конструктивно покрытие состоит из слоя адгезионного праймера, слоя изоляционной мастики на основе битума или асфальтосмолистых соединений, слоя изоляционной полимерной ленты толщиной не менее 0,4 мм и слоя полимерной защитной обертки толщиной не менее 0,5 мм. Общая толщина комбинированного мастично-ленточного покрытия составляет не менее 4,0 мм.

При нанесении изоляционной битумной мастики в зимнее время ее, как правило, пластифицируют, вводят добавки специальных масел, которые предотвращают охрупчивание мастики при отрицательных температурах окружающей среды. Битумная мастика, наносимая по праймеру, обеспечивает адгезию покрытия к стали, и является основным изоляционным слоем покрытия. Полимерная лента и защитная обертка повышают механические характеристики и ударную прочность покрытия, обеспечивают равномерное распределение изоляционного мастичного слоя по периметру и длине трубопровода.

Практическое применение комбинированных покрытий типа «Пластобит» подтвердило их достаточно высокие защитные и эксплуатационные характеристики. Данный тип покрытия в настоящее время наиболее часто применяют при проведении работ по ремонту и переизоляции действующих нефтепроводов, имеющих битумные покрытия. При этом в конструкции битумно-ленточного покрытия применяют преимущественно полиэтиленовые термоусаживающиеся ленты, обладающие повышенной теплостойкостью и высокими механическими характеристиками, а в качестве изоляционных мастик используют специальные модифицированные битумные мастики нового поколения.

Основные недостатки комбинированного мастично-ленточного покрытия те же, что и у битумно-мастичных покрытий — недостаточно широкий температурный диапазон применения (от минус 10 до плюс 40°С) и недостаточно высокие физико-механические показатели свойств.

антикоррозионное покрытие водопровод труба Защита внутренней поверхности труб.

Антикоррозионные покрытия применяются для внутренней изоляции труб, транспортирующих коррозионно-агрессивные среды. В нефтегазовой промышленности к таким средам относятся водонефтегазовые эмульсии, пластовая вода, оборотная вода системы поддержания пластового давления. При движении коррозионно-агрессивных жидкостей возникает общая и локальная коррозия. Скорость общей коррозии составляет порядка 0,01−0,4 мм/год, скорость локальной коррозии может достигать 1,5−6 мм/год. Коррозионная агрессивность значительно повышается с появлением в продукции скважин сероводорода, как продукта жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий. Коррозионные разрушения стальных трубопроводов приводят к большим материальным потерям и ухудшению экологической обстановки в районах нефтедобычи вследствие порывов труб.

Применение внутренних покрытий труб дает ряд преимуществ:

— увеличение срока службы трубопроводов;

— увеличение пропускной способности трубопроводов;

— снижение парафинообразований на стенках трубопроводов и облегчение процесса очистки (расходы на очистку уменьшаются примерно на 75%);

— повышение надежности трубопроводов и снижение ежегодных эксплуатационных расходов.

Считается, что увеличение срока службы трубопровода на 1% окупает затраты на нанесение внутреннего покрытия труб.

Для создания долговечной внутренней изоляции труб большое значение имеет правильный подбор изоляционного материала и соблюдение технологического процесса нанесения внутреннего покрытия труб.

Существующие технологические процессы внутренней изоляции труб предусматривают применение в качестве изоляционных материалов порошковых полимеров и лакокрасочных материалов, как жидких с содержанием растворителей более 30%, так и высоковязких с содержанием растворителей ниже 30% (ЛКМ с высоким сухим остатком) и материалов, не содержащих растворители.

Применение порошковых полимеров и лакокрасочных материалов с высоким сухим остатком позволяет улучшить санитарно-гигиенические условия труда, получать практически беспористые покрытия с более высокими защитными и физико-механическими свойствами, сократить производственный цикл окраски за счет возможности нанесения однослойного покрытия для получения требуемой толщины, сократить невозвратимые потери материала при нанесении по сравнению с лакокрасочными материалами, содержащими растворитель. Отсутствие выбросов паров растворителя делает производство экологически более чистым.

При сравнении покрытий на основе порошковых полимеров и лакокрасочных материалов с высоким сухим остатком предпочтение отдается последним, т.к. технологический процесс нанесения покрытия из порошковых полимеров является более энергоемким и взрывоопасным.

Критериями выбора покрытий для внутренней изоляции труб являются условия эксплуатации трубопровода, защитные и технологические свойства покрытий.

По всем параметрам наиболее подходящими для внутренней изоляции труб являются лакокрасочные материалы на основе эпоксидных, модифицированных эпоксидных и фенолформальдегидных смол. Из порошковых полимеров широко применяются покрытия на основе эпоксидных порошковых материалов, нанесенных по фенольному праймеру. Толщина антикоррозионных покрытий, как правило, составляет 300−500 мкм.

1. Жук Н. П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М., 1976.

2. Коршак А. А., Нечваль А. М. Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов. СПб.: Недра, 2008. — 488 с.

3. Мустафин Ф. М., Кузнецов М. в., Быков Л. И. Защита от коррозии. Т.1. Уфа: Дизайн Полиграф Сервис, 2004. — 806 с.