Покрытия трубопроводов. Последние тенденции

Развитие трубопроводной отрасли набирает обороты, обеспечивая более надежные поставки энергоносителей и водоснабжение. Неблагоприятные природные условия в некоторых регионах являются фактором расширения рынка защитных покрытий для трубопроводов. Консультант маркетинговой компании Applied Market Information (AMI) Нору Цалик оценил рынок покрытий для трубопроводов в 2009 году в 5 миллиардов евро. Согласно его прогнозу, к 2013 эта сумма увеличится до 6 миллиардов. Об этом консультант заявил в феврале 2011 года на ежегодной конференции AMI в Вене, посвященной покрытиям для трубопроводного транспорта.

Наиболее высокий спрос на покрытия наблюдается в Азии (23%), за ней следует Европа (19%), после - Северная Америка и СНГ (по 17%). Существуют различные типы покрытий, выполняющие разные функции: наиболее ценным материалом является бетон  (42%), затем следуют наружные антикоррозионные покрытия – 38%, внутренние – 11% и, наконец, термоизоляционные – 9%. В основном спрос на защитные покрытия обеспечивают нефтегазовые компании, небольшую долю составляют предприятия, занимающиеся водоснабжением. Новым рынком сбыта для трубопроводной отрасли являются CCS-технологии (улавливание и удержание углерода) - International Energy Agency предполагает, что к 2030 году в этом секторе возникнет потребность в установке 43 тыс. км трубопровода для улавливания 1.44 тонн углерода в год.

В настоящий момент 54% ежегодно потребляемых Европой энергоносителей импортированы из других стран. В Denso предполагают, в 2030 году эта цифра увеличится до 70%, в силу истощения природных энергетических ресурсов европейской части континента. Поэтому  уже сейчас идет установка новых газопроводов, включая Nord Stream, OPAL и NEL. Трубопроводы, произведенные Europipe, устанавливают специалисты из Max Streicher GmbH. Покрытия для трубопроводных стыков изготавливают в Denso.

Длина Nord Stream - примерно 1019 км. По нему российский газ будет поставляться в Европу, где, по трубопроводам OPAL и NEL, связанных с сетью газопроводов в Центральной и Восточной Европе, транспортировка будет осуществляться далее. Базовое наружное покрытие (от Mulheim Pipe Coating) состоит из наплавляемого эпоксидного покрытия, полимерного связующего,  полиэтилена низкого давления и, наконец, агломерированного полиэтилена, который образует шероховатости, предотвращающие скольжение. При наружной отделке большого участка Nord Stream в Мукране и Котке компания Eupec France использовала в том числе тяжелый бетон. Для покрытия стыков трубопровода OPAL Denso использует 2х-слойную самоамальгамирующую ленту. Трубопроводом владеет Gazprom (51%), Wintershall (15.5%), Eon Ruhrgas (15.5%), Gas Unie (9%) и GDF Suez (9%).

Основные нефтегазовые компании в Китае – это SinoPec, China National Petroleum Corporation (CNPC)-PetroChina и CNOOC. К концу 2009 года PetroChina ввела в эксплуатацию 29000 км газопровода, 13 000 км нефтепровода и 9 000 км НПП (нефтепродуктопровода). В 1950-х гг в Китае, начиная с установки нефтепровода в г. Синьцзян в 1958 году, стали прокладывать трубопроводы с битумным покрытием. В 1980-х началось использование наплавляемого эпоксидного покрытия, кроме того, стали применяться жидкие эпоксидные составы.

Главный инженер компании PetroChina Лиу Лингли, описывая современные тенденции, отметил, что сейчас произошел сдвиг в сторону 3х-слойного полиэтиленового покрытия для трубопроводов и наплавляемого эпоксидного покрытия для насосных станций. На старые трубы, требующие повторной обработки, наносится грунтовочный слой, а затем их оборачивают полиэтиленовой лентой. Основные проекты по строительству трубопроводов являются международными. В качестве примера можно назвать Китайско-Российский нефтепровод, Китайско-Казахский нефтегазопровод и нефтегазопровод «Китай-Бирма». В планах Китая – установить 50 000 км трубопровода в период с 2011 по 2015.

Пластиковые покрытия для внутренней обработки трубопроводов стали использоваться, начиная с 1940 года. Компания Valspar в настоящее время проводит испытания порошковых ЛКМ, способных увеличить сроки эксплуатации трубопроводов и улучшить работу насосной станции (благодаря сглаживанию поверхности). Жидкие фенольные покрытия обеспечивают устойчивость к высокотемпературному и химическому воздействию, но содержат формальдегид, а также органические растворители: при отверждении это чревато образованием летучих соединений. Кроме того, они требуют нанесения в несколько тонких слоев. Это небезопасно для здоровья человека и оказывает негативное влияние на окружающую среду. Наплавляемое эпоксидное покрытие устойчиво к химическому и температурному воздействию, не содержит летучих соединений и может наноситься одним плотным слоем. Спрос на такие покрытия на рынке значительно увеличивается. Тестирование покрытий проводилось согласно стандарту NACE TM0185-2006, в автоклаве, с применением  высокой температуры и давления, в три этапа – с водой, углеводородом и газом.

Компания Petroleum Development в Омане (PDO) работала над новыми техническими условиями для жидких эпоксидных покрытий, применяющихся при внутренней обработке поверхности. В Омане недостаточно специалистов, предоставляющих услуги по нанесению наплавляемых покрытий. Компания провела маркетинговое исследование, изучив рынок жидких и наплавляемых эпоксидных покрытий. Последние требуют высокотемпературного воздействия, но при этом быстрей затвердевают и более эластичны, нежели жидкие покрытия. Поиск поставщиков покрытий по всему миру, с последующим тестированием предложенных материалов (проверка ASTM, NACE и PDO, методы разрушающего и неразрушающего контроля), сузил выбор до 6 потенциальных продуктов. Все протестированные покрытия были изготовлены на основе эпоксидного новолака, однако способ  изготовления был разный. И потому поиск подходящего покрытия еще не окончен.

Также существует такой тип покрытий для внутренней обработки поверхности, как термопластик. В качестве примера можно назвать полиамид-11 от Arkema. Его наносят методом горячего распыления или погружения. Полимер в 10 раз эластичней, чем наплавляемое эпоксидное покрытие. Кроме того, по прошествии пяти лет эксплуатации трубы в открытом море, покрытие из термопластика не утрачивает износостойкости и адгезии. Совместно с Cybernetix, компания работает над созданием робота, который сможет наносить покрытия на монтажные швы внутри трубопровода. Спонсорами проекта являются TOTAL и GDF Suez. Предполагается, что робот будет чистить поверхность, наносить эпоксидный праймер, проводить термическую обработку, наносить полиамид-11 и затем охлаждать поверхность. На сегодняшний день проект находится в стадии разработки.

Компания BSR Pipeline Services является совместным детищем Tata Steel и Ramco. Она предоставляет сервисные услуги по обработке трубопроводов Tata Steel. Один из ее последних проектов включает применение 4х-слойного полипропиленового покрытия при обработке 530-метрового участка нового трубопровода компании Total E&P в Северном море, проложенного компанией Subsea 7. Система покрытия включала эпоксидный и связующий составы, вспененный полипропилен и наружное покрытие из полипропилена и обеспечивало требуемую изоляцию. Согласно компании Tata Steel Tubes, пеноматериал подбирается отдельно для каждого проекта. Его выбор зависит от различных факторов, таких как гидравлическое давления и требуемый уровень изоляции.

Полиуретановая пена – другой термоизоляционный материал. В компании BASF провели испытания, чтобы установить максимальные сроки эксплуатации покрытия из стеклополиуреатана, рассмотрев потенциальные типы повреждений (включая термическое разложение, проникание воды и последствия гидролиза). Образцы погружали в воду при температуре 80, 90 и 102 градусов. Проверка на прочность проходила в течение 25 недель. После все полученные данные стали предметом сравнительного анализа.

Оценку изоляционного покрытия для трубопроводов, установленных в открытом море на большой глубине, провели в компании Bredero Shaw. Специалисты протестировали материалы на термостойкость и механическую прочность. Предметом анализа стала теплоотдача, удельная теплоемкость и гидростатическая нагрузка. Требования к нанесению меняются в зависимости от различных факторов, таких как температура и глубина воды. Износ, вызванный химическим воздействием, и потеря влагостойкости могут нарушить изоляцию. Компания провела исследование покрытий из вспененного полимера в условиях, имитирующих эксплуатационные.

Det Norske Veritas (DNV) издает собственные нормативы и методических рекомендации, как, например, стандарт DNV OS-F101 для подводных трубопроводов. В разработке этого стандарта участвовала также нефтегазовая компания Statoil (Hydro). Соблюдения необходимых требований особенно важно в открытом море, где некачественное покрытие трубопровода может привести к дорогостоящим ремонтным работам. В 2011 были разработаны два новых норматива (частично согласуются с ISO 21809):

• DNV RP-F106: Наружные покрытия, наносимые на заводе-изготовителе для борьбы с коррозией
• DNV RP-F102: Покрытие монтажного шва трубопровода и ремонт покрытия трубы в промысловых условиях.

Компания  Basell Polyolefine (поздразделение LyondellBasell) в течение 5 лет, в сотрудничестве с Europipe, Mülheim Pipecoatings, BASF Coatings, Salzgitter/Mannesmann Forschung (SZMF) и Wingas Transport работала над исследованием улучшенного 3х-слойного покрытия из полиолефина. Испытания проводились на участке длиной 95 км трубопровода длиной 314 км. В состав покрытия входил эпоксидный слой (Basepox PE50-1081), связующее вещество (Lucalen G3510H) и полиолефин (Lupolen 4552D black). Кроме того, 1 км трубопровода был покрыт полиэтиленом сетчатой структуры. За время наблюдения, сроком в 5 лет, трехслойное покрытие сохранило свои изначальные свойства, не утратив также и адгезию. Полиэтилен обеспечивает дополнительную защиту в агрессивных средах, оказывая сопротивление износу и растрескиванию, и может применяться при температурах ниже -60 градусов. Наружные покрытия должны образовывать пленочный слой, изолирующий поверхность от вредных воздействий.

В качестве дополнительного способа защиты поверхности от коррозии, применяется катодная защита. Компания Canusa-CPS провела исследование высокопрочных диэлектрических покрытий, ориентируясь на стандарты NACE SP 0169 и DOT CFR 192 & CFR 195. Эти нормативы объединяют три требования: покрытие должно быть хорошим электроизолятором и отличаться влагостойкостью. Также, согласно стандарту NACE, нанесенное покрытие должно образовывать хорошее сцепление с поверхностью, блокирующее или отводящее ток. Полиэтиленовое покрытие обладает изоляционными свойствами и может уменьшать ток.

Иногда система катодной защиты может вызвать отслаивание покрытия от трубопровода (над этой проблемой работают специалисты компании Exova). Покрытие наносится благодаря применению клеящих веществ и механизмов сцепления. Если прочность клеящего вещества выше, чем прочность сцепления, то покрытие может разорваться. Но, если прочность клеящего вещества ниже, тогда может произойти пузырение покрытия. Благодаря тестам на нарушение катодных связей, можно оценить взаимодействие защитных систем. Чаще всего проводят тестирование покрытия на высокие температуры (так как температура нефти достигает обычно 150 градусов).

Компания Wasco Coatings изучает различные технологии с тем, чтобы в будущем обеспечить отрасль высококачественными покрытиями для трубопроводов. Один из проектов, к примеру, связан с толстостенными бесшовными трубами, проходящих испытания термовыдержкой. Иногда при укладке трубопроводов возникают противоречащие друг другу требования. Например, согласно канадским стандартам и нормативам NACE , коэффициент пористости покрытия должен быть небольшим. Это не всегда приводит к хорошим результатам во время испытаний на катодное отслаивание. В Wasco Coatings провели испытание новых материалов, при разработке которых были учтены требования стандартов и использованы эпоксидные смолы, имеющие широкие функциональные возможности. При этом результаты тестирования на катодное отслаивание были удовлетворительными.

В Европе 3х-слойные полиолефиновые покрытия очень распространены, а вот на североамериканском рынке лидирующие позиции занимают наплавляемые эпоксидные покрытия. В Minnesota Mining and Manufacturing выпустили новую двухслойную систему наплавляемых эпоксидных покрытий с улучшенными свойствами, способную выдерживать самые сильные нагрузки. Система была проверена на ударную прочность, эластичность и износостойкость при различных температурах, включая -30 градусов.

Компания Dow Coating Materials также работает над повышением ударной прочности наплавляемых эпоксидных покрытий, чтобы сократить количество повреждений во время транспортировки и установки трубопровода. Для этого используется добавка, повышающая ударную прочность – например облицовочная резина или блок полимеров.

Значительный процент от стоимости трубопровода составляет покрытие. Например, в Северной Америке это порядка 7-10% (17-24 000 долларов за километр обработанного участка). Кроме того, например, при вертикальном бурении, предпочтительной является обработка трубопровода в два слоя – эпоксидной грунтовкой и антикоррозионным эпоксидным покрытием.

Jotun Powder Coatings проводит разработку новых наплавляемых эпоксидных материалов. В ассортименте компании – два новых продукта. Так, L.E.C. 20+ демонстрирует большую вязкость, чем наплавляемые эпоксидные покрытия при одних и тех же температурах. В качестве грунтовки он может быть использован уже при температуре 150-180 градусов (сравните с  185-210 градусами для стандартных FBE). Другая система была разработана, чтобы удовлетворить спрос на покрытия, способные выдерживать температурное воздействие в 155 градусов.

Разрывы трубопровода в таких городах, как Сан-Франциско, где последствия повреждения могут сильно сказаться на состоянии экосистемы, усилили требования к инспекционным работам. В Berry Plastics разрабатывали покрытия, использующиеся в подобных зонах повышенного риска: 3х-слойное полиэтиленовое покрытие, толщиной 3 мм, должно включать в себя наплавляемое эпоксидное покрытие, толщиной как минимум 250 микронов. Рекомендуется провести тестирование покрытия – с помощью метода погружения в воду температурой 23 градуса. Проверка должна длиться 120 дней с последующей оценкой адгезивных свойств при 23 градусах.