Сварные стыки образуются, когда две трубы свариваются вместе для строительства трубопровода. Область вокруг сварного шва и по обе стороны от него называется монтажным соединением (стыком).
Большинство трубопроводов покрыто противокоррозийными покрытиями. Заглубленные и подводные трубопроводы также оснащены катодной защитой, например, жертвенные аноды в морской среде и катодная защита наложенным током в береговой зоне, которая защищает покрытие труб от повреждения или естественного разрушения в течение расчетного срока службы трубопровода.
Противокоррозионные покрытия для сварных стыков уже много лет используются в нефтегазовом секторе для защиты береговых и морских трубопроводов. Обычно они описываются в спецификации на монтажные соединения и сопутствующей документации, такой как технические требования к проектированию, выдаваемой в начале любого проекта.
Спецификация представляет собой подробный документ, определяющий требования к подготовке поверхности, методам нанесения, испытанию и отчетности. Спецификация также содержит такие стандарты, как SSPC, NACE, ISO и ASTM, которые необходимо соблюдать, и указывает на необходимость предаттестационных и предпроизводственных испытаний. В спецификации также будут перечислены стандарты, которые следует учитывать при выборе противокоррозионного покрытия.
В спецификациях покрытий сварных стыков чаще всего используется стандарт ISO 21809-3 Промышленность нефтяная и газовая. Наружные покрытия для подземных или подводных трубопроводов, используемых в трубопроводных транспортных системах. Часть 3. Покрытия сварных швов на месте прокладки.
При выборе противокоррозионного покрытия для морских и береговых трубопроводов необходимо учитывать следующие конструктивные параметры:
Морские:
- продукт, т.е. газ, вода, нефть
- материал трубопровода, т.е. углеродистая сталь или углеродистый устойчивый сплав
- размер трубопровода, т.е. толщина стенки и наружный диаметр
- совместимость с основным покрытием трубопровода
- температура
- глубина
- расчетный срок службы
- продолжительность цикла
- срезы
- механическая защита
Береговые:
- продукт, т.е. нефть или газ
- материал трубопровода, т.е. углеродистая сталь или углеродистый устойчивый сплав
- размер трубопровода, т.е. толщина стенки и наружный диаметр
- температура
- расчетный срок службы
- подземный или наземный
- проводимость грунта при заглублении
- механическая защита
- срезы
Все вышеперечисленные факторы необходимо учитывать при выборе противокоррозионного покрытия, которое должно быть нанесено на сварные стыки трубопроводов. В спецификации, которая обычно выдается в начале любого проекта, определяется тип или типы противокоррозионных покрытий, которые могут быть нанесены на сварной стык, но не название продукта или поставщик; определяются только требуемые критерии, которым продукт должен соответствовать на основе расчетных параметров.
Для трубопроводов, будь то береговые или морские, обычно используются противокоррозионные покрытия двух видов: термореактивное порошковое покрытие, такое как наплавляемое эпоксидное покрытие или многокомпонентное жидкое, тип которого зависит от спецификации и требований проекта. Для нанесения этих систем может потребоваться специальное оборудование, но некоторые многокомпонентные жидкости также можно наносить вручную с помощью губок, валиков или шпателей.
Противокоррозионное покрытие может быть полнокомплектной системой, хотя для защиты нанесенных покрытий можно дополнительно использовать механическую защиту; это так же зависит от требований спецификации. На рынке имеются и другие продукты, которые можно использовать для защиты от коррозии, такие как трехслойная система или термоусадочная муфта.
При нанесении любого покрытия на подложку наиболее важной частью процесса является подготовка поверхности, которая обеспечивает надежное прилипание покрытия к подложке. В спецификации сварного стыка всегда указываются требования и методы подготовки поверхности, а также необходимые испытания.
Рисунок 1. Surface preparation (Подготовка поверхности). Стандартное оборудование для автоматической подготовки поверхности сварных стыков
Для подготовки поверхности необходимо выполнить несколько шагов. После сварки двух труб с образование сварного стыка необходимо визуально проверить их на наличие дефектов сварного шва, дефектов стали и загрязнения маслом, смазкой, солями или другими материалами. О любых дефектах следует сообщать руководителю подрядчика и/или устранять их в соответствии с установленными правилами и спецификациями, а при обнаружении загрязнения его необходимо удалить, прежде чем переходить к следующим шагам. Для очистки сварного стыка можно использовать растворители в соответствии со стандартом SSPC-SP1 Очистка растворителем.
Следующий шаг в процессе подготовки поверхности — проверка условий окружающей среды, влажности, температуры металла и точки росы (температура точки росы должна быть на 3°C выше температуры металла подложки). Важно проверять условия окружающей среды, иначе это может вызвать проблемы во время подготовки поверхности и последующего нанесения противокоррозионного покрытия. Проверку на возможное загрязнение солями необходимо выполнять до и после подготовки поверхности. В зоне сварных стыков загрязнение солями не должно превышать 2 мкг NaCl/см2.
Существует два основных метода подготовки поверхности: очистка абразивоструйная очистка и механическая очистка. При нанесении таких покрытий, как многокомпонентное жидкое или наплавляемое эпоксидное, предпочтительно использовать абразивоструйную очистку, поскольку она обеспечивает более хорошую адгезию покрытия. Абразив, обычно металлический или неметаллический, должен иметь определенную твердость, чтобы «врезаться» в стальную подложку, обеспечивать необходимый профиль (глубина шероховатости) и требуемую степень чистоты подложки.
В спецификации покрытия для сварных стыков указываются требования к чистоте и профилю поверхности после абразивоструйной очистки, которая обычно составляет от 50 до 100 микрон в зависимости от толщины пленки наплавляемого эпоксидного покрытия, многокомпонентного жидкого или трехслойной термоусадочной муфты. Надлежащая чистота подготовленной подложки чрезвычайно важна. Обычно наряду с требуемым профилем поверхности указывается чистота поверхности в соответствии со стандартом ISO 8501-1 Sa 2,5.
После получения требуемой чистоты и профиля поверхности следует провести проверку на загрязнение пылью в соответствии со стандартом ISO 8502-3 “Подготовка стальных поверхностей перед нанесением лакокрасочных материалов и относящихся к ним продуктов. Испытания для оценки чистоты поверхности. Часть 3. Оценка запыленности стальных поверхностей, подготовленных к окрашиванию (метод липкой ленты)”, который наиболее часто используется для подобных испытаний.
Рисунок 2. Induction heat (Индукционный нагрев). Нагрев сварного стыка перед нанесением наплавляемого эпоксидного покрытия
Предварительный нагрев — важная стадия нанесения наплавляемого эпоксидного покрытия, которое представляет собой порошок, и для правильного отверждения подложку необходимо нагреть в соответствии с требованиями, указанными в техническом паспорте, предоставляемом производителем порошка. Для нагрева обычно используется индукция (индукционный нагрев — это процесс нагрева электропроводящего объекта, обычно металла, с помощью электромагнитной индукции за счет тепла, выделяемого в объекте вихревыми токами), а не внешний источник тепла.
Наплавляемые эпоксидные покрытия наносят при различных температурах в диапазоне от 60 до 240 °C. При нанесении многокомпонентных жидкостей иногда требуется предварительный нагрев сварного стыка, температура которого указана в техническом паспорте продукта. Предварительный нагрев упрощает нанесение, если оно выполняется вручную. При автоматическом нанесении предварительный нагрев требуется только в том случае, если это указано техническом паспорте производителя или в спецификации.
При использовании многокомпонентных жидкостей, особенно при прокладке морских трубопроводов, также требуется нагрев после отверждения, поскольку это сократит время цикла на монтажной линии. Дополнительное отверждение в основном содействует затвердеванию (отверждению) многокомпонентной жидкости. При прокладке морских труб это всегда определяется скоростью укладки труб. Каждый трубоукладчик имеет зону, где выполняются работы по нанесению покрытия на сварные стыки. Эту зону обычно называют монтажной (трубоукладочной) линией.
После завершения сварки и испытания сварного шва трубу с помощью натяжного механизма направляют на станцию нанесения покрытия для нанесения покрытия на сварной стык и проведения проверки в режиме реального времени. Время имеет особенно важное значение на трубоукладчике. На каждой станции на монтажной линии отводится определенное время для каждой процедуры. Это называется продолжительностью цикла, которая определяется методом расчета времени, необходимого для выполнения каждой процедуры, например, абразивоструйная очистка, предварительный нагрев, нанесение покрытия и испытание в режиме реального времени.
Существуют разные методы нанесения противокоррозионного покрытия, будь то наплавляемое эпоксидное покрытие или многокомпонентная жидкость. Для нанесения наплавляемого эпоксидного покрытия требуются специальные электростатические распылители. Эпоксидный порошок притягивается к поверхности трубы, и как только он попадает на поверхность трубы, начинает плавиться, растекается и отверждается на предварительно нагретой поверхности трубы. Оборудование автоматизировано таким образом, что во время нанесения оно вращается вокруг трубы с регулируемой скоростью, что позволяет подавать нужное количество порошка для получения требуемой толщины сухой пленки.
В морских условиях для сварного стыка с покрытием может потребоваться некоторая механическая защита только что нанесенного покрытия, или его можно отправить прямо в море. При отправке в море происходит процесс закалки в воде. Закалка необходима для снижения температуры, чтобы позволить трубе перемещаться по роликам, которые прикреплены к стингеру, но только после проведения испытания в режиме реального времени, такого как определение толщины сухой пленки и контроль сплошности.
Нанесение многокомпонентного жидкого противокоррозионного покрытия для сварных стыков несколько отличается от нанесения наплавляемого эпоксидного покрытия. Многокомпонентные жидкости можно наносить разными методами. Наиболее распространенным для береговых и морских условий является нанесение вручную, хотя также можно использовать автоматическое нанесение.
Предварительный нагрев сварного стыка может потребоваться после подготовки поверхности, как уже упоминалось, но также может потребоваться последующий нагрев для ускорения процесса отверждения, что будет указано в техническом паспорте продукта. В морских условиях это всегда рационально для сокращения продолжительности цикла. В береговой зоне продолжительность цикла не всегда надо сокращать из-за разницы во времени работ по прокладке трубопровода. По-прежнему необходимо учитывать дополнительное отверждение, которое поможет предотвратить загрязнение только что нанесенного покрытия. После нанесения покрытия также можно использовать специальные ящики, которые открываются пополам и устанавливаются на только что покрытый сварной стык, обеспечивая естественное отверждение и устраняя необходимость в дополнительном отверждении.
Береговые трубопроводы можно прокладывать по-разному; чаще всего их заглубляют в землю. Подрядчики по береговым трубопроводам выполняют земляные работы, выкапывая канаву, чтобы можно было проложить трубопровод, а затем засыпать выкопанным материалом. Другой способ прокладки — наземный, при котором трубопровод в основном устанавливается на неподвижные опоры по всему маршруту. В зависимости от условий береговые трубопроводы открыты для окружающей среды, где присутствует много загрязняющих веществ, таких как пыль и насекомые. Специально установленные ящики защищают от этих загрязнений.
Такие параметры, как толщина сухой пленки и контроль сплошности покрытия, должны соответствовать спецификации. Многокомпонентные жидкости можно наносить методом распыления, что обеспечивает более равномерное нанесение. Для этого используют безвоздушные насосы или насосы для многокомпонентных составов. Распылитель устанавливают на автоматическую поворотную ленту, которая крепится к окружности трубы и поворачивается с регулируемой скоростью, чтобы обеспечить равномерное нанесение покрытия на поверхность стыка.
В большинстве случаев для защиты противокоррозионного покрытия необходима механическая защита. На рынке имеются продукты, которые можно использовать для защиты от коррозии, такие как термоусадочная муфта. Такие муфты наносятся с помощью открытого пламени горелки и обхватывают сварной стык поверх противокоррозионного покрытия. Поскольку муфты поддаются усадке, они плотно прилегают к поверхности, перекрывая покрытие магистральной трубы, и могут обеспечить защиту на границе среза и предотвратить расслоение.
Многие компании ежегодно вкладывают миллиарды в строительство трубопроводов, и если они будут защищены надлежащим противокоррозионным покрытием, то инвестиции наверняка окупятся и даже больше. Всегда будет существовать потребность в противокоррозионных покрытиях и новых творческих решениях на основе исследований и разработок. Это может быть новый продукт, способный произвести революцию в отрасли, или это может быть очень простой способ нанесения. Подождем и посмотрим, что принесет будущее!
Рикардо Филипе, технический директор группы, группа компаний OAG
