НОВОСТИ
Выездное заседание
На территории базы «Шепильская» (г. Львов)
(подробнее)РЕКЛАМА
Анализ технических требований ОАО «ГАЗПРОМ» к наружным покрытиям на основе термореактивных материалов для антикоррозионной защиты труб, соединительных деталей, запорной арматуры и монтажных узлов трубопроводов с температурой эксплуатации от минус 200С до плюс 1000С
Протасов В.Н. РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина
Технические требования, определяющие требуемое качество наружного покрытия труб, используемых для строительства газопроводов, сформулированы ряде достаточно широко известных стандартов, в частности ГОСТ Р 51164 (РФ), DIN 30670 (ФРГ), DIN 30671 (ФРГ), NFA 49710 (Франция) и др. На основании анализа специфики условий работы наружного покрытия труб и механизма его разрушения на стадиях строительства и эксплуатации газопроводов автором данной статьи было показано, что содержащиеся в этих требованиях показатели, нормы на них и методы испытаний в большинстве своем не обусловливают способность покрытия выполнять свое назначение в течение регламентируемого срока службы, а наоборот предопределяют неправильный выбор покрытия как по качеству, так и по стоимости.[ 1 ]
В последние годы ООО «ВНИИГАЗ» разработал отраслевые технические требования к наружному покрытию труб и соединительных деталей, используемых для строительства газопроводов, которые по мнению разработчиков являются более совершенными по сравнению с содержащимися в ГОСТ Р 51164 и определяют необходимое качество покрытия. Проведенный автором статьи анализ этих требований, в частности технических требований к наружным покрытиям на основе термореактивных материалов для антикоррозионной защиты труб, соединительных деталей, запорной арматуры и монтажных узлов трубопроводов с температурой эксплуатации от минус 200С до плюс 1000С, показал, что им также присущи существенные недостатки.
Например, показатели качества покрытия подменяются показателями качества материалов, используемых для его формирования, что не одно и то же. Как видно из данных табл.1, такие показатели качества покрытия, как прочность при разрыве (пункт 10) и относительное удлинение при разрыве (пункт 11), определяемые согласно ГОСТ11262 на свободной полимерной пленке, являются показателями качества используемых материалов, а не покрытия. Показателем качества наружного покрытия труб является сохранение его диэлектрической сплошности при заданной величине деформации металла с покрытием или при заданной величине контактной нагрузки на покрытие. Норма на величину деформации металла с покрытием должна соответствовать максимальной величине деформации металла труб с покрытием при их транспортировании, строительстве и эксплуатации трубопровода, а норма на величину контактной нагрузки должна соответствовать максимальной контактной нагрузке, действующей на трубу с наружным покрытием при эксплуатации. Эта нормы не зависят от материалов, используемых для формирования покрытия, в отличие от данных, приведенных в анализируемых технических требованиях.
Таблица 1
Технические требования к наружным покрытиям на основе термореактивных материалов для антикоррозионной защиты труб и соединительных деталей со сроком действия до 2010г., разработанные ООО «ВНИИГАЗ»
Наименование показателя |
Значение |
Метод испытания |
|
Внешний вид покрытия
Диэлектрическая сплошность покрытия. Отсутствие пробоя при электрическом напряжении, кВ/мм |
Однородная поверхность без пузырей, трещин, отслоений, пропусков и других дефектов, ухудшающих качество покрытия 5 7 |
Визуальный осмотр Искровой дефектоскоп ИСО 4624:2000 |
|
Снижение адгезии стали после выдержки в воде в течение 1000 ч., в % от исходной величины, не более, при температурах: |
30
8
10 8 |
ГОСТ Р 51164 Приложение В (Схема В.4.2)
ГОСТ Р 51164 Приложение Г |
|
Сопротивление пенетрации (вдав- ливанию) |
0,3 мм
20
5
20 (5)* 10** |
ГОСТ Р 51164 Приложение Е
ГОСТ 4650
ГОСТ Р 51164
ГОСТ Р 51164 Приложение Е
ГОСТ 4650
ГОСТ Р 51164 |
Примечания:
*-без скобок приведено значение показателя для покрытий на полиуретановой основе, в скобках-для покрытий на эпоксидной основе;
**-только для условий заводского (базового) и трассового нанесения в районах Крайнего Севера;
Методика определения численного значения нормы на деформацию металла трубы с покрытием, при которой не должно происходить растрескивание покрытия, и метод контроля соответствия фактических деформационных характеристик покрытия трубы из различных материалов этой норме опубликованы автором статьи в работе [2]
Неясно, чем руководствовались разработчики рассматриваемых технических требований, используя в качестве показателя качества полиуретанового и эпоксидного покрытия прочность при разрыве пленки из материала покрытия. Данный показатель применим для конструкционных материалов, а не для полимерной пленки, сформированной на жесткой металлической подложке и связанной с ней силами адгезии. Наружное покрытие подземных трубопроводов воспринимает при эксплуатации действие значительных контактных нагрузок, способных вызвать нарушение его диэлектрической сплошности, вследствие растрескивания. Поэтому, как отмечалось выше, одним из показателей качества покрытия является сохранение его диэлектрической сплошности при заданной норме контактной нагрузки.
Согласно пункта 3 рассматриваемых технических требований показателем качества покрытия является прочность при ударе, оцениваемая в Дж/мм. Следует отметить, что авторы путают прочность с энергией удара, измеряемой в указанных единицах. Кроме того, показателем качества покрытия в данном случае является не его прочность при ударе, а сохранение диэлектрической сплошности покрытия при заданной энергии удара. При этом норма на энергию удара определяется внешними воздействиями на покрытие и не зависит от толщины покрытия и материалов, используемых для его формирования.
Из вышеприведенных данных следует, что пункты 3, 10 и 11 технических требований ОАО «ГАЗПРОМ» следует объединить в один пункт, т.е. показателем качества покрытия является его диэлектрическая сплошность, которая должна обеспечиваться в исходном состоянии и после, в соответствии с заданными нормами, работы удара, деформации металла с покрытием и воздействия контактной нагрузки.
В пунктах 3 и 4 анализируемых технических требований приведены норма на исходную адгезию покрытия при (20+5) 0С и допустимое ее изменение в % после воздействия водной среды при различных температурах. Необходимо отметить, что адгезия это свойство покрытия образовывать связи с металлом, а показателем является адгезионная прочность, оцениваемая в соответствии со стандартами, приведенными в рассматриваемых технических условиях. При этом нормы на адгезию и степень ее изменения в модельной среде на заданной базе времени должны назначаться исходя из условия обеспечения требуемого противокоррозионного действия покрытия, определяемого допустимой скоростью подпленочной коррозии, и регламентированного срока службы покрытия в конкретных эксплуатационных условиях. Согласно технических требований ООО «ВНИИГАЗ» регламентируемый срок службы должен быть не менее 25 лет. К сожалению, взаимосвязь между регламентируемым сроком службы покрытия и назначенными нормами на исходную адгезионную прочность покрытия и степень ее изменения на заданной базе времени выдержки в модельной среде при разных температурах в рассматриваемых технических требованиях отсутствует. Как отмечалось выше разработчики технических требований назначают нормы на показатели качества покрытия исходя из фактических характеристик применяемых материалов при разных температурах, а не из требуемого качества покрытия, что недопустимо.
Методика определения численных значений рассматриваемых норм исходя из требуемого противокоррозионного действия и регламентированного срока службы наружного покрытия труб, а также метод контроля соответствия фактических адгезионных характеристик покрытия трубы этим нормам опубликованы автором статьи в работе [3]
В пункте 6 технических условий приводится в качестве показателя качества наружного покрытия площадь отслаивания при поляризации и содержится норма на нее, зависящая от температуры испытаний. По мнению автора статьи отсутствие взаимосвязи между регламентируемым сроком службы покрытия по критерию «время до отслаивания при катодной поляризации» и площадью отслаивания покрытия на заданной базе времени в условиях катодной поляризации делают бессмысленными как сам показатель, так и назначенную авторами норму на него.
Объективным показателем качества покрытия в этом случае является энергия активации процесса адгезионного разрушения, определяющая способность покрытия сопротивляться отслаиванию при катодной поляризации в течение регламентируемого срока службы. Методика назначения нормы на этот показатель рассмотрена автором в работе [ 4 ]
К числу показателей качества наружного покрытия, согласно пунктов 8 и 9 рассматриваемых технических требований, относятся влагопоглощение (водопоглощение) и переходное сопротивление покрытия, определяющие его сорбционную способность по отношению к водной среде, а следовательно барьерное действие по отношению к защищаемому металлу.
Нормы на эти показатели разработчики технических условий назначили без учета их взаимосвязи с допустимой скоростью коррозии защищаемого металла труб в течение регламентируемого срока службы покрытия, что недопустимо. Неясно также, почему значения этих норм зависят от температуры. Ведь значения указанных норм
обусловливаются допустимой скоростью подпленочной коррозии защищаемого металла, а не фактическими характеристиками применяемых материалов, зависящими от температуры.
Согласно пункта 8 рассматриваемых технических требований одним из показателей качества наружного покрытия труб является его сопротивление пенетрации (вдавливанию). Следует отметить, что сопротивление вдавливанию это свойство покрытия, а показателем является изменение толщины покрытия при заданной контактной нагрузке. Неясно, почему норма на этот показатель зависит от температуры. Значение этой нормы определяется допустимым уменьшением толщины покрытия, при котором оно выполняет требуемое противокоррозионное действие, определяемое допустимой скоростью подпленочной коррозии защищаемого металла.
В зарубежных стандартах показателем сопротивления покрытия вдавливанию является остаточная толщина покрытия при действии заданной контактной нагрузки. Этот показатель по мнению автора статьи является более объективным, т.к. именно фактическая толщина покрытия определяет его противокоррозионное действие.
Требует уточнения норма на внешний вид покрытия, приведенная в пункте 1 технических требований. Термин «однородная поверхность» по мнению автора неприемлем. Неясно, по какому критерию оценивать однородность поверхности. Требует уточнения выражение «и другие дефекты, ухудшающие качество покрытия». Необходимо привести характеристики подобных
Одним из основных недостатков рассматриваемых технических требований является отсутствие методики контроля соответствия фактического срока службы выбираемого покрытия регламентируемому сроку службы, что делает бессмысленной подобную регламентацию в нормативно-техническом документации.
В большинстве случаев для формирования наружного покрытия труб используются химически стойкие материалы. Поэтому основной причиной растрескивания, отслаивания или расслаивания наружного покрытия труб в различных эксплуатационных условиях является его статическая усталость, обусловленная комплексным воздействием на него грунтовой среды, температуры и механических нагрузок, включая собственные термовлагоусадочные напряжения. Математические модели этих процессов, используемые автором статьи для прогнозирования срока службы покрытия трубопроводов, базируются на кинетической теории прочности твердых тел, физической основой которой является термофлуктуационный процесс разрушения межатомных связей. Методика прогнозирования ожидаемого срока службы покрытия на стадии проектирования трубопровода и его остаточного срока службы при диагностировании на стадии эксплуатации опубликована автором в работе [ 5]
Автор статьи, критикуя используемые в данных технических требованиях показатели качества наружного покрытия и нормы на них, понимает, что разработчики этих требований могут сослаться на известные зарубежные стандарты, в которых приведены те же показатели и нормы. Но, это не значит, что все хорошо.
К сожалению, разработкой отечественной и зарубежной нормативно-технической документацией, определяющей качество наружного покрытия труб, преимущественно занимаются химики-технологи, разрабатывающие материалы для формирования этого покрытия, а не специалисты в области проектирования трубопроводов, хорошо знающие специфику условий их строительства и эксплуатации, владеющие основами строительной механики. Не менее важно привлечь к разработке подобной нормативно-технической документации специалистов в области механики разрушения твердых тел и физико-химической механики разрушения материалов и конструкций.
Литература
1. Aнализ недостатков национальных стандартов, спецификаций и технических условий, определяющих качество полимерных покрытий наружной и внутренней поверхности нефтегазопроводов. Ж. Коррозия территории НЕФТЕГАЗ. №1, 2005г.
2. Метод определения сопротивления противокоррозионного полимерного покрытия растрескиванию при деформировании защищаемого металла. Ж. Территория НЕФТЕГАЗ. №3, 2006г.
3. Выбор объективного показателя сопротивления полимерного покрытия отслаиванию от металла. Ж. Коррозия территории НЕФТЕГАЗ. № 1, 2006 г.
4. Метод прогнозирования срока службы полимерных покрытий нефтегазопроводов при катодной поляризации. Ж. Территория НЕФТЕГАЗ. № 6, 2006 г.
Метод прогнозирования срока службы полимерных покрытий оборудования и сооружений нефтегазовой отрасли. Ж. Территория НЕФТЕГАЗ. № 5, 2006 г.
Коррозия Территории Нефтегаз № 3/2006