Коррозионные дефекты и методы защиты трубопроводов

Сейчас трудно представить существование сетей централизованного теплоснабжения без трубопроводов в пенополиуретановой изоляции. Конструкция «труба в трубе» получает все большее распространение на постсоветском пространстве, причем основные ее достоинства для большинства потребителей бесспорно заключаются в таких показателях, как повышенная долговечность, минимальные тепловые потери, низкие затраты при капитальном строительстве (отсутствие необходимости строительства каналов), эксплуатации и ремонте трубопроводов.

Граница между допустимыми и недопустимыми дефектами весьма условна. Учитывая возможность подращивания дефектов, при вскрытии трубопроводов целесообразно ремонтировать и те, и другие. Только такой ремонт гарантирует полное восстановление проектных возможностей трубопровода и реальное продление сроков его службы. Эту важнейшую задачу - поддержание работоспособности трубы ППУ на длительное время - возможно решить при совместной организации современной внутритрубной диагностики и использовании для ремонта композитных материалов.

К 2009 году протяженность магистральных трубопроводов в России достигла 230 тысяч километров, трубопроводы на нефтяных и газовых промыслах имеют еще большую протяженность. Созданы интегрированная система нефтеснабжения, уникальная по протяженности и производительности (750 миллиардов м³/год) Единая система газоснабжения (ЕСГ). Энергетическая безопасность России и целого ряда европейских стран связана с надежностью газоснабжения.

На начало XXI намечается большая программа сооружения новых трубопроводов, в основном для экспортных целей. Однако, основную газонефтетранспортную нагрузку будут выполнять функционирующие ныне системы, которые сильно «постарели». К 2000 году доля нефтепроводов возрастом свыше 20 лет составила 73% и свыше 30 лет - 41%. Значительная часть нефте- и газопроводов перешагнула нормативный срок службы, равный 33 годам. И хотя этот «нормативный» срок не имеет научно обоснованного физического смысла и носит условный характер, старение трубопроводов объективно связано с увеличением рисков при эксплуатации. Это объясняется снижением защитных свойств изоляционных покрытий, накоплением и развитием дефектов в трубах ППУ и сварных соединениях, изменением напряженно-деформированного состояния, процессами старения самого трубного металла.

Надежность и безопасность трубопроводных систем в известной мере характеризует аварийность. Согласно официальной статистике, аварийность на магистральных трубопроводах имеет тенденцию к снижению. Следует отметить, что, в отличие от других стран, в России фиксируются только разрывы трубопроводов и не учитываются утечки продукта через свищи, трещины и неплотности арматуры. Снижение аварий с разрушением трубопроводов связано с более широким использованием внутритрубной диагностики, увеличением объема ремонта, в том числе выборочного по результатам диагностики.

Вместе с тем, многие специалисты, работающие в области производства и потребления предизолированных труб, отмечают, что достигнуть большинства показателей, определяющих эффективность применения труб ППУ, можно лишь при обязательном выполнении такого условия, как создание полностью герметичной системы стальная труба — пенополиуретан — защитная труба-оболочка из полиэтилена. Опыт, накопленный в процессе эксплуатации трубопроводов в ППУ изоляции, показывает, что, несмотря на видимую безгрешность конструкции, на практике приходится сталкиваться со случаями нарушения ее герметичности в местах расположения муфт, концевых заглушек, а также при механических повреждениях трубы-оболочки. Анализ статистических данных показывает, что разгерметизация может происходить по следующим причинам:

• применение некондиционных термоусаживающихся и заливочных материалов;
• низкое качество монтажа и герметизации трубопроводов;
• недостаточная адгезия пенополиуретана к металлу трубы и полиэтиленовой оболочке (приводящей к увлажнению ппу изоляции уже при транспортировке, складировании и хранении труб);
• низкое качество материалов, применяемых для изготовления наружной трубы-оболочки.

Отстают не только объемы ремонтных работ, но и поиск технологий, которые могли бы быть использованы для массового ремонта коррозионных повреждений, свищей и трещин. Вся философия современного ремонта построена не на полном восстановлении проектных характеристик трубопроводов, их исходного состояния, а на устранении дефектов, которые могут спровоцировать разрушение трубопроводов или нарушить их герметичность.

Методика определения очередности и объемов выборочного ремонта предусматривает вначале внутритрубную диагностику снарядами «Калипер» для аттестации геометрической целостности трубопровода (наличие недопустимой овальности, вмятин и др.). Затем с помощью магнитных или ультразвуковых снарядов выявляются коррозионные повреждения, металлургические дефекты труб ППУ и, если позволяют разрешающие способности снарядов, дефекты в сварных соединениях. По результатам такой инспекции составляются перечень и графики с указанием размеров дефектов и привязкой их по трассе. Затем, в соответствии с американским стандартом ASME B316 или предложенными научно-техническим центром АК «Транснефть» - «Дискан» и ПО «Спецнефтегаз» расчетными методиками, определяются уровень допустимых дефектов и их ранжирование. Для коррозионных повреждений (питинги, общая коррозия) основой являются потери металла по площади и глубине.

Для подтверждения достоверности определения наиболее опасных дефектов внутритрубными снарядами трубопровод вскрывается шурфами. В случае визуального подтверждения осуществляют ремонт участка трубопровода с дефектами и привязку ремонтного места на исполнительной схеме. В случае уверенности в показаниях внутритрубной диагностики после обработки данных по упомянутым расчетным методикам сразу без предварительного шурфования определяются участки для ремонта. Большой интерес для выполнения различных видов ремонта, в том числе и массового, представляет использование композитных материалов.

В СССР для космической техники и оборонной промышленности были разработаны уникальные композитные материалы. Но идея их использования для труб ППУ возникла в связи с демонстрацией композитных материалов для ремонта различного оборудования швейцарской фирмой Durmetal на отраслевой выставке «Роснефтегазстрой-73». Опробование материалов фирмы, в том числе для приостановки течи из нефтепровода по замазученной поверхности, дало обнадеживающие результаты. Начались исследования и поиск организационных решений применительно к трубам ппу. Для этих целей были необходимы высоконаполненные композитные материалы с высоким содержанием металлов и керамики. Для галогенных пастообразных композитов необходимо было тонкое измельчение титана, специальных сталей и алюминия.

Причем доля этих материалов в композиции достигает 85%. Природа взаимодействия полимеров с частицами измельченных металлов состоит в обволакивании их полимерами, которые образуют сложные полимерные цепи, обеспечивая высокую адгезию композитов. Нанося пастообразные композиты на металлы, пластмассы, керамические изделия, за счет адгезивных свойств удается герметизировать повреждения, нарастить изношенный металл, ликвидировать коррозионные и эрозионные дефекты.

После перемешивания и нанесения пастообразных композиций они твердеют в естественных условиях за 2-3 минуты (материалы «Рапид») или в течение 2-3 ч (материалы «Стандарт»). После отвердевания высоконаполненные композиты приобретают основные свойства металлов - цвет, структуру, возможность механической обработки - шлифовки, фрезеровки, сверления, полирования, нанесения различных покрытий. При этом материалы приобретают новые качества, главное из которых - антикоррозионное свойство. В экономически развитых странах высоконаполненные композиты используются в основном на металлургических, машиностроительных заводах, при эксплуатации судов. Примерами этому являются: Daimler-Benz AG, Buderus GmbH, ABB, MAN, Thyssen.

В России внедрением композитных материалов для ремонта трубопроводов, резервуаров и оборудования занялась Внешнеэкономическая ассоциация Lincon совместно с немецкой компанией Diamanf-MetalloplastikGmBH. За период 1996-1998 годов только на нефтяных резервуарах было отремонтировано 8 тысяч дефектов: свищей, трещин, сквозных повреждений, в 60% случаев - по вытекающим продуктам, без опорожнения резервуаров, с применением материала «Рапид». В настоящее время 24 организации, эксплуатирующие резервуарные парки, пользуются для ремонта емкостей композитами. Успешно использовались композитные материалы на газовых объектах.

На Острогожской КС таким способом были ликвидированы 30 свищей в зимних условиях при снижении давления до 0,4 МПа, Сургутнефтегаз использовал композитные материалы при ликвидации свищей на узлах замера без остановки работы в течение полутора часов. Сложившаяся на данный момент ситуация подсказывает, что решение проблемы повышения надежности следует искать в области взаимного пересечения интересов как производителей, так и потребителей предизолированных труб, а именно:

• повышение надежности конструкции труба в трубе должно осуществляться при минимальных дополнительных затратах, не вызывающих значительного удорожания предизолированной трубы;
• технология, предлагаемая для повышения надежности предизолированной трубы, должна быть доступной и легко адаптируемой к существующим процессам и условиям производства труб в ППУ изоляции;
• технология монтажа предизолированных труб новой конструкции не должна принципиально отличаться от ранее разработанной.

Сформулированные требования и анализ существующих на сегодняшний день технических и финансовых возможностей большинства производителей и потребителей предизолированных труб позволяют предположить, что одним из перспективных вариантов повышения надежности трубопроводов в ппу изоляции является применение антикоррозионных лакокрасочных покрытий, наносимых на наружную поверхность стальной трубы и препятствующих интенсивному протеканию коррозионных процессов при нарушении герметичности внешней оболочки. Это объясняется простотой их нанесения, возможностью защиты металлоконструкций больших габаритов и сложной конфигурации, низкой стоимостью и хорошей сочетаемостью с другими методами защиты.

Компания «СТС»
http://www.ppu-format.ru