В этой статье рассказывается о втором этапе программы масштабного ремонта труб, хранящихся в Северной Америке, а именно — в Канаде. На этом этапе проводились проверки и испытания критически важных характеристик покрытия, чтобы оценить их целостность на трубах, хранившихся штабелями почти десять лет на различных объектах Западной Канады. Эту информацию в дальнейшем можно использовать как для анализа последствий долгосрочного хранения труб с нанесенным на них покрытием, так и для определения эффективности таких методов хранения наплавленных эпоксидных покрытий. Результаты такого подхода к технической проверке покрытий на трубах, хранящихся в штабелях в Канаде, также сравнили с выводами предыдущего исследования по восстановительным работам в США [1], тем самым определив, могут ли методы хранения труб в штабелях в США и Канаде привести к разным результатам с точки зрения ухудшения характеристик покрытий под воздействием ультрафиолетового излучения и погодных условий.
Результаты лабораторных испытаний труб с белым защитным покрытием, которые подверглись воздействию ультрафиолетового излучения
За исключением испытаний на изгиб, испытания концов труб с белым защитным покрытием, которые подверглись воздействию ультрафиолетового излучения, прошли весьма успешно. Покрытия, защищенные белым покрытием, показали хорошие результаты в испытаниях на катодное отслаивание, от 4,4 до 5,2 мм (рисунок 5) и показатели адгезии после вымачивания в воде — 1. Испытания на изгиб труб с белым покрытием, подвергшимся воздействию ультрафиолетового излучения, изначально сочли неудачными (рисунок 6 и 7). Градус изгиба сократили с 2,5 до 2,2 градусов, основываясь на отношении длины трубы к диаметру, однако проблемы с покрытием все равно оставались. Тем не менее, при изгибе 1,7 градусов покрытие продемонстрировало достаточную эластичность, чтобы пройти испытание, которое проводилось при температуре −30°C.
Следует отметить, что в методе испытаний на изгиб по стандарту CSA речь идет о временном угле отклонения, а не о полном пластическом или постоянном изгибе или угле деформации. При разработке этого испытания Колсон и Темпл [8] подробно описали данный метод и разъяснили, что процент перенапряжения, создаваемого в ходе лабораторных испытаний на изгиб, не отражает реальных воздействий на покрытие при эксплуатации в холодных полевых условиях. Таким образом, при проведении экспериментов в данном исследовании УФ- воздействия важно понимать, что испытания согласно стандарту CSA с градусом изгиба 2,5 и 1,7 отображают пластическую деформацию на 1,9 и 1,1 градуса соответственно. Таким образом, если покрытие проходит испытание на изгиб на 1,7 градуса в холодном состоянии согласно стандарту CSA, оно достаточно эластичное, чтобы выдерживать изгиб на 1,1 градуса в полевых условиях. Следует уделить особое внимание интерпретации результатов этих испытаний, поскольку проецировать полученные в лабораторных испытаниях результаты на фактические эксплуатационные параметры — это серьезная ошибка. Чтобы правильно определить свойства материалов покрытия в полевых условиях, необходим тщательный анализ напряжения и пластической деформации покрытия. В данном исследовании был принят именно такой подход, поэтому можно считать, что предполагаемые характеристики материалов покрытия корректно отражают их эксплуатационные характеристики в полевых условиях.
Рисунок 5. Образцы труб с белым защитным покрытием и без него показывают отличные результаты по испытаниям на катодное отслаивание.
Беленые покрытия в США, подвергшиеся УФ-воздействию, показали существенное снижение эластичности. Однако после аналогичного периода воздействия погодных условий беленые покрытия в Канаде сохранили около 60% исходной эластичности. Вероятные причины такого расхождения в результатах будут рассматриваться более подробно в разделе, посвященном наблюдениям в ходе оценки.
Рисунок 6. Вид беленого покрытия сбоку при изгибе на 2,5 градуса с 50-кратным увеличением. Заметны трещины в покрытии
Рисунок 7. При изгибе образца на 2,5 градуса белое защитное покрытие растрескивается.
Результаты лабораторных испытаний труб, которые не подверглись воздействию ультрафиолетового излучения
В целом, результаты лабораторных испытаний труб, не подвергавшихся воздействию ультрафиолетового излучения, оказались отличными. Результаты приведены в таблицах 1 и 2. Они ясно показывают, что наплавленное эпоксидное покрытие, которое не подвергалось воздействию ультрафиолетового излучения или погодных условий, оставалось полностью пригодным для использования и сохранило все свои свойства, изначально присущие ему при производстве. Пример результатов испытаний на катодное отслаивание покрытий с белым защитным покрытием и без него представлен на рисунке 5.
Таблица 2. Результаты лабораторных испытаний, проведенных в лабораториях компании, занимавшейся нанесением покрытий на трубы в Эдмонтоне 6 ноября 2019 года.
Наблюдения относительно труб, хранившихся в штабелях в Канаде
Все проведенные испытания (согласно требованиям стандарта CSA) трубы из Канады с покрытием, которая хранилась внутри штабеля и не подвергалась воздействию погодных условий, показали, что она полностью пригодна к использованию.
В Канаде белое защитное покрытие сохранило свою толщину, адгезионные свойства в сухом состоянии, а также показало хорошие результаты в испытаниях на катодное отслаивание и адгезию после вымачивания в воде. Однако эластичность низлежащего наплавленного эпоксидного покрытия все же была затронута, но, в отличие от покрытий на юге США, — не настолько, чтобы покрытие оказалось непригодным для эксплуатации в полевых условиях. Снижение эластичности покрытия могло быть вызвано следующим сочетанием факторов:
- По утверждению Эванса [9], периодическое впитывание влаги в сырую погоду и ее испарение в сухую погоду может существенно сказаться на свойствах покрытия. Хотя это относится как к Канаде, так и к США, защитный слой снега зимой сократил подобные колебания в Канаде и устранил влияние влаги. Высокая температура в США также ускорила циклы впитывания и испарения влаги, что привело к гораздо более скорому разрушению низлежащего наплавленного эпоксидного покрытия, чем в Канаде.
- На рисунках 8 и 9 показана разница в состоянии покрытий на трубах, которые хранились в Литл-Роке (США) и Камроузе (Альберта, Канада). Снежный покров в Канаде действовал как природная защита от солнца, снижал интенсивность воздействия ультрафиолетовых лучей, останавливал циклы впитывания и испарения влаги, которые преобладали на объекте в Литл-Роке.
- Еще один фактор, согласно исследованиям, проведенным Национальным институтом атмосферных исследований (Лаудер, Центральное Отаго, Новая Зеландия) [4], заключается в том, что интенсивность ультрафиолетового излучения в Канаде гораздо ниже, чем на юге США, из-за чего открытые наплавленные эпоксидные покрытия в США разрушаются быстрее, чем в Канаде
Таким образом, факторами, которые препятствовали неблагоприятному воздействию погодных явлений на трубы при хранении в Канаде, были меньшее поглощение влаги, снежный покров, защищавший от солнца, и сниженная интенсивность ультрафиолетового излучения.
Белое защитное покрытие нанесли на трубы в Канаде спустя месяцы после наплавленного эпоксидного покрытия. За прошедшие годы белое защитное покрытие повторно наносили лишь однажды. Однако, в отличие от США, где белое покрытие подверглось значительному потускнению, в Канаде даже после 4-5 лет атмосферного воздействия белое покрытие оставалось в хорошем состоянии (см. рисунок 3). Таким образом, маловероятно, что дополнительное нанесение белого покрытия в Канаде оказалось бы полезным для сохранения эластичности исходного наплавленного эпоксидного покрытия.
Рисунок 8. Труба, хранившаяся в штабеле в Камроузе, в ноябре 2019 года; обратите внимание на слой снега, защищающий ее от ультрафиолетового излучения.
Рисунок 9. Труба, полностью открытая для воздействия погодных явлений, без какой-либо защиты от ультрафиолетового излучения. Литл-Рок, октябрь 2018 года.
Выводы по канадскому исследованию
За исключением некоторого снижения эластичности, наплавленные эпоксидные покрытия в Канаде, защищенные от ультрафиолетового излучения белым покрытием, более 10 лет практически полностью сохраняли свои изначальные свойства. Наплавленные эпоксидные покрытия, которые были полностью защищены от ультрафиолетового излучения, сохранили исходную толщину и физические свойства.
Даже спустя почти десять лет белые защитные покрытия в Канаде показали свою высокую эффективность в сохранении исходной толщины сухой пленки покрытия. Помимо небольшого снижения эластичности покрытия, белые покрытия для защиты от ультрафиолетового излучения обеспечили сохранение многих физических характеристик низлежащего наплавленного эпоксидного покрытия. В отличие от юга США, покрытие на беленых трубах, которые хранились в штабелях в Канаде, сохранили достаточную эластичность, чтобы считаться пригодными к использованию. Разумеется, свою роль сыграло и то, что интенсивность ультрафиолетового излучения в Канаде гораздо ниже, чем на юге США. Тот факт, что канадская труба была покрыта снегом, как минимум, несколько месяцев в году, также привел к снижению воздействия ультрафиолета на низлежащее наплавленное эпоксидное покрытие и, следовательно, труба была менее подвержена охрупчиванию, чем в США.
Список использованных источников
- Кит Е.У. Колсон, Джеймс Фергюсон и Дэвид Милмайн. Исследование труб с наплавленным эпоксидным покрытием, хранящихся в штабелях. Журнал Corrosion Management, выпуск 153, январь/февраль 2020 г.
- Дж. Алан Кер. Наплавленное эпоксидное покрытие: основа коррозии трубопроводов. NACE International, Хьюстон, штат Техас, США, 2003 г.
- Мэтт Сетинер, Дж. Эйбс и А. Гилрой-Скотт. Магистральные трубы с наплавленным эпоксидным покрытием, хранящиеся в штабелях, могут подвергнуться разрушению под воздействием ультрафиолетового излучения. Журнал Oil and Gas, 16 апреля 2001 г.
- Дж. Бен Лайли и Ричард Л. МакКензи. Где на Земле самое сильное ультрафиолетовое излучение? Национальный институт атмосферных исследований (NIWA). Лаудер, Центральное Отаго, Новая Зеландия, 2006 г.
- Канадская ассоциация стандартов. Наружное наплавленное эпоксидное покрытие для стальных труб, наносимое на заводе. Стандарт CSA Z245.20-18. Торонто, Канада
- Международная организация по стандартизации. Стандарт ISO 21809-3. Нефтяная и газовая промышленность. Наружные покрытия для подземных или подводных трубопроводов, используемых в системах транспортировки. Часть 3. Покрытия монтажных стыков. Приложение Q: Испытание на адгезию. Устойчивость к удалению. Международная организация по стандартизации, Швейцария, 1 марта 2016 г.
- Дж. Дунн и соавторы. Влияние влаги на наплавленное эпоксидное покрытие. Журнал Oil and Gas, 24 февраля 1986 г.
- К.Е.У. Колсон и Д.Г. Темпл. Независимая лабораторная оценка наружных покрытий труб. 5-я международная конференция по внутренней и наружной защите труб, Британская ассоциация гидромеханических исследований, Инсбрук, Австрия, октябрь 1983 г.
- У.Р. Эванс. Пассивность металлов к коррозии и их защиты. Издательство Edward Arnold Publishers, стр. 637, 1948 г.
Благодарность
Авторы хотели бы отметить Нила Джонсона, координатор работы заводов компании ShawCor, Камроуз, и Брайана Пачолика, директора по производству компании ShawCor в Канаде, за их вклад в успешную реализацию данной программы.
Благодарим Джона Френча, Ландона Миллера (из компании ShawCor в Камроузе) и Джеймса Колсона (из компании Dragon Pipeline Specialists) за помощь в испытании труб и личное участие в осмотре и испытании изолированных участков труб. Особая благодарность Джеффу Телфорду и Науману Хемуду из компании ShawCor в Эдмонтоне за тщательно проведенные лабораторные исследования.
Также следует отметить Хизер Трауб и Кэт МакТэвиш из компании TC Energy, Калгари, за помощь в графическим оформлении и редактуре.
И наконец, особая благодарность Эрику Шелтону (бывшему вице-президенту компании TC Energy) за его помощь в разработке испытаний покрытий для труб и продвижении использования национальных и международных стандартов при испытании покрытий для труб и составлении спецификаций, в частности, использованных в настоящем исследовании.
