Надежность, долговечность и безаварийность работы трубопроводов главным образом зависит от перекачиваемой среды, местности, в которой они расположены, условий эксплуатации и эффективности используемой противокоррозионной защиты. Для минимизации риска выхода из строя трубопроводы защищают антикоррозионными покрытиями и дополнительно оснащают средствами электрохимической защиты. Защитное покрытие обеспечивает первичную (пассивную) защиту от коррозии. Покрытие выполняет функцию диффузионного барьера, который препятствует доступу к металлу трубы коррозионной среды (воды, кислорода воздуха и др.). На случай появления в покрытии дефектов предусматривается система катодной защиты трубопроводов. Катодная защита является активной защитой. После появления в защитном покрытии дефектов в местах его повреждения катодная защита предотвращает коррозионное разрушение металла трубы. Таким образом, катодная защита повышает эффективность защиты от коррозии.
Защитные покрытия трубопроводов применяются более 100 лет. Однако, до сих пор в этой области покрытия не достигли своего совершенства. Постоянно повышается качество защитных покрытий трубопроводов. Появляются новые изоляционные материалы, новые технологии и оборудование для нанесения защитных покрытий на трубы в заводских и трассовых условиях. Вместе с тем, становятся все более жесткими условия строительства и эксплуатации трубопроводов. Все это требует повышение эффективности защитных покрытий. Для обеспечения надежной защиты трубопроводов необходимо предусматривать как наружное, так и внутреннее покрытие труб. Защитное покрытие должно удовлетворять целому ряду требований. Основными требованиями к покрытию являются: высокая коррозионная стойкость; сплошность покрытия; высокая адгезия; высокие показатели механических характеристик; низкая влагопроницаемость; низкая кислородопроницаемость; стабильность во времени свойств покрытия; стойкость к катодному отслаиванию; высокие диэлектрические характеристики; устойчивость покрытия к ультрафиолетовому излучению; устойчивость к тепловому старению; широкий диапазон температур окружающей среды; широкий диапазон температуры перекачиваемой среды; долгий срок службы и др.
Защитные покрытия наружной поверхности труб является наиболее отработанными. Антикоррозионные покрытия наносятся на трубопроводы, как в трассовых, так и в заводских условиях. Защитные покрытия, нанесенные в трассовых условиях менее качественны и наиболее трудоемки. Защитные покрытия заводского исполнения имеют наилучшее качество.
В последнее время для наружной изоляции трубопроводов наиболее часто применяются следующие типы заводских покрытий:
• заводское эпоксидное покрытие;
• заводское полиэтиленовое покрытие;
• заводское полипропиленовое покрытие;
• заводское комбинированное ленточно-полиэтиленовое покрытие.
Данные типы покрытий отвечают современным техническим требованиям и обеспечивают долговременную, эффективную защиту трубопроводов от почвенной коррозии. В США, Англии, Канаде наиболее популярны эпоксидные покрытия труб, а в Европе, Японии и России предпочтение отдается заводским покрытиям на основе экструдированного полиэтилена. Для изоляции морских трубопроводов и трубопроводов предназначенных для перекачки горячих сред (80-110 °С) применяются, как правило, полипропиленовые покрытия. Комбинированные ленточно-полиэтиленовые покрытия используются в основном для изоляции труб малых и средних диаметров с температурой эксплуатации до плюс 40 °С.
Защита от коррозии внутренней поверхности трубы является более сложной задачей. При эксплуатации трубопроводов производится перекачка сред с самой различной степенью агрессивности. На долговечность трубопроводов оказывают влияние химический состав среды, температура перекачиваемой среды и окружающей атмосферы, твердость, размеры и концентрация абразивных частиц, наличие защитного покрытия и его химические и физические свойства, скорость перемещения транспортируемой среды и др. Технология выполнения работ по нанесению внутреннего покрытия также является более сложной по отношению к наружной изоляции. Для внутреннего покрытия труб наиболее широкое практическое применение нашли материалы на основе модифицированных эпоксидных смол. Эпоксидные смолы обладают отличной адгезией, износостойкостью, высокими механическими характеристиками и высокой коррозионной стойкостью. Хорошая стойкость к щелочам и кислотам, алифатическим и ароматическим углеводородам, маслам, топливу, воде позволяют использовать эпоксидные покрытия для наружной и внутренней защиты трубопроводов. Используя эпоксидные смолы можно получить покрытия толщиной до 500 мкм с одинаково хорошими твердостью, эластичностью и ударной прочностью.
С появлением новых материалов и технологий их нанесения все большее применение стали находить покрытия на основе полиуретана и полимочевины. Эти материалы называют антикоррозионными покрытиями нового поколения. Новые материалы по своим свойствам значительно превосходят покрытия на основе эпоксидных смол. Покрытия из полиуретана и полимочевины все чаще применяются как для наружного, так и для внутреннего покрытия труб.
Полиуретановые покрытия обладают уникальным комплексом защитных свойств и эксплуатационных характеристик. Наряду с высокими показателями химической стойкости, гидрофобностью, исключительной адгезией, стойкостью к ультрафиолетовым лучам и прочностью полиуретаны имеют очень высокую эластичность, ударостойкость, стойкость к разрыву, непревзойденную стойкость к абразивному и гидроабразивному износу, водонепроницаемость, газонепроницаемость. Кроме того, при нанесении полиуретановых покрытий, отверждаемых влагой воздуха, к подготовке поверхности предъявляются пониженные требованиями. Однокомпонентные полиуретановые покрытия имеют проникающую адгезию. Покрытия обладают прекрасной смачиваемой способностью. В процессе нанесения покрытие обладает способностью проникать глубоко в поры и в свежую, не шелушащуюся ржавчину, что повышает адгезию. В процессе полимеризации связанная в ржавчине влага полностью поглощается покрытием. Тем самым этим предотвращается вспучивание покрытия при эксплуатации и кардинально решается проблема предотвращения подпленочной коррозии. Однокомпонентное полиуретановое покрытия имеют высокий сухой остаток, не содержат растворителей и являются экологически чистыми материалами. Покрытие имеет длительный срок службы. Так, согласно ISO12944 – одному из основополагающих международных документов в области защиты от коррозии, полиуретановые системы характеризуются как одни из наиболее долговечных в самых жестких условиях эксплуатации металлоконструкций. Кроме того, полиуретановое покрытие экологически чистое, пожаро- и взрывобезопасное. Свойства покрытий стабильны на протяжении всего срока эксплуатации. Благодаря высокой эластичности и широкому диапазону рабочих температур полиуретановых материалов покрытия легко выдерживают практически любые деформации защищаемых труб. Полиуретановые покрытия могут наноситься как в один слой, так и в несколько слоев. Возможна комбинация слоев из других материалов (эпоксидное покрытие, полиэтиленовое и т.д.).
Полимочевинные покрытия являются самыми эффективными антикоррозионными покрытиями. Полимочевина — это органический полимер, который образуется в результате реакции изоцианата с готовой смолой полиэфира амина, образуя состав подобный пластмассе или очень твёрдой резине. Полимочевина — двухкомпонентный материал, который наносится на поверхности путём распыления специальным оборудованием, обеспечивающим высокое давление и смешивание компонентов. В результате получаются полимерные покрытия и мембраны, которые имеют широчайший спектр применения в самых различных отраслях. Распылительная технология нанесения полимочевинных покрытий — одно из последних достижений в промышленности полиуретановых покрытий за последние двадцать лет. Разработчиком полимочевинных систем в том виде, в котором она в настоящее время представлена на рынке, признана компания Texaco Chemical Co (США). Полимочевинные покрытия характеризуются рядом высоких физико-механических показателей, выделяющих их среди других пленкообразующих материалов (эпоксидных, полиэфирных, акриловых, каучуковых и др.). Они сочетают в себе такие прикладные свойства, как высокая скорость отверждения, отсутствие чувствительности к влаге, исключительные физические свойства (высокая твердость, гибкость, сопротивление на разрыв и прочность при растяжении, превосходную адгезию к различным подложкам, химическую стойкость и стойкость по отношению к воде), имеют хорошие диэлектрические показатели. Эти свойства обуславливают высокую стойкость таких материалов к атмосферным воздействиям и сопротивление к истиранию. Полимочевина отличается высокой термостойкостью. Она имеет широкий диапазон рабочих температур (от минус 60 плюс до 250 °С). Покрытие из полимочевины не подвержено к образованию трещин. Специфические свойства отверждения и исключительные свойства получаемых пленок, позволяет использовать технику нанесения полимочевинных покрытий методом распыления для различных целей, в частности для защиты от коррозии, для создания защитных покрытий, мембран и уплотняющих составов. При пожаре полимочевины ведут себя намного лучше, чем другие полимерные смолы. Способность к самозатуханию и сопротивление распространению пламени происходит из-за молекулярной структуры полимочевин. Подвергнутое постоянному пламени в течение 20-30 секунд покрытие полимочевины не будет поддерживать огонь. Все виды покрытий из полимочевины являются высокоустойчивыми к воздействию различных химических веществ. Растворители, нефтепродукты, масла, щелочи и разбавленные кислоты не оказывают никакого влияния на покрытия из полимочевины. Стоимость технологии нанесения полимочевинных покрытий является определённым барьером на пути этой технологии к рынку. Сырье для полимочевин является более дорогим по сравнению с другими полимерными материалами, начальные инвестиции в оборудование также являются довольно большими. Однако, если учитывать время достижения полимером эксплуатационных свойств и возможность его использования в тех случаях, когда невозможно применять другие системы, а также длительный срок ее эксплуатации, полимочевина становится конкурентоспособной.