Полимочевинуретановое изоляционное покрытие для антикоррозионной защиты объектов инфраструктуры морских нефтегазовых платформ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

и.А. сусоров, д.Ю. Ефимова, Е.л. хаит, ОАО «Кронос СПб» Ю.Е. зобачев, ЗАО «ЦНИИМФ»

полимочевинуретановое изоляционное покрытие для антикоррозионной защиты объектов инфраструктуры морских нефтегазовых платформ

В последние годы в России активно проводится поиск и значительно увеличилась добыча нефти и газа на малоосвоенных территориях континентального шельфа на Дальнем востоке, Каспийском море, в районе северных морей. Причем интерес к новым морским нефтегазовым месторождениям неизменно растет, что обусловлено их большой перспективностью и сокращением разведанных запасов нефти и газа на материковой части суши [1, 2].

Интенсивное освоение подводных месторождений влечет за собой обоснованный выбор надежных и долговременных средств защиты от коррозии конструкций и сооружений из металла и бетона на всех стадиях проектирования, строительства и эксплуатации морских буровых платформ для разведки и добычи нефти и газа [3, 4]. Такие же проблемы стоят и перед проектировщиками и строителями морских и речных портов, причалов и гидротехнических сооружений [5]. Существующие общегосударственные СНиПы и соответствующие отраслевые требования ОАО «Газпром» и ОАО «АК «Транснефть» по антикоррозионной защите емкостного и трубопроводного оборудования, различных конструкций и сооружений из металла и железобетона не распространяются на нефтегазодобывающие платформы, эксплуатирующиеся в открытом море [6, 7]. В связи с этим, учитывая значительный опыт выбора и применения импортных и отечественных лакокрасочных и по-

лимерных материалов при проектировании, строительстве, эксплуатации и ремонте морских судов неограниченного района плавания, ЗАО «ЦНИИМФ» была поручена разработка общего нормативного документа, рекомендующего системы окрашивания различных участков металлических и бетонных конструкций при обустройстве морских нефтегазовых месторождений с использованием современных прогрессивных покрытий. Согласно Международным стандартам ISO 12944-5: 1998, ISO 20340:2003 и NORSOC в части требований, предъявляемых к выбору антикоррозионных систем для получения защитных покрытий, устойчивых в атмосфере морского климата и морской воде, поверхности всех типов конструкций подразделяются на четыре зоны в зависимости от вида воздействующей на них агрессивной среды:

• зона, находящаяся в атмосферных условиях (надстройки, буровые вышки, бурильное оборудование, па-

лубные механизмы и др.);

• подводная зона постоянного погружения в морскую воду (сваи, причалы, колонны, основания и др.);

• зона разбрызгивания морской воды;

• зона переменного смачивания волнами. Последние две зоны конструкций наиболее коррозионно нагружены, так как они воспринимают не только химическое воздействие соленой воды, но и УФ-излучение - в первом случае - и механическое действие движущегося льда - во втором случае. Современный ассортимент промышленных лакокрасочных полимерных систем для антикоррозионной защиты металлических и железобетонных конструкций и сооружений, эксплуатирующихся в условиях жесткого воздействия атмосферы, агрессивных сред и механических нагрузок, довольно ограничен [4, 8-10]. Как правило, это двухупаковочные композиционные материалы на основе модифицированных полиэпоксидов, полиуретанов, полимочевин, полисилоксанов или «гиб-

Таблица 1. Основные физико-химические характеристики эпоксиуретанового форполимера «Форпол-NCO» и гид-роксиламинного отвердителя «Форпол NH2OH»

Наименование показателя Норма

«Форпол-МСО» «Форпол МН20Н»

Внешний вид и цвет Вязкая жидкость без механических включении и сгустков от светло-желтого до светло-коричневого цвета. Оттенок не нормируется Вязкая жидкость интенсивно черного цвета без механических включений. Оттенок не нормируется

Массовая доля NCO-групп, % 13,0-15,0 —

Массовая доля общего титруемого азота, % — 3,2-3,4

Массовая доля воды, %, не более — 0,1

Динамическая вязкость по вискозиметру Брукфилда, Па.с, не более, при температуре: (23±2)0С (60±2)0С 15,0 1,3 3,5 0,5

Плотность при температуре (23±2)0С, кг/м3 1125-1135 1210-1230

Показатель преломления при температуре (20,0±0,5)0С, усл. ед. 1,530-1,550 —

ридных» пленкообразователей, формирующих на защищаемых объектах толстослойные изолирующие покрытия, устойчивые к комплексному атмосферному, химическому и механическому воздействию и обеспечивающие надежную антикоррозионную защиту на срок не менее 15 лет [11-14]. Наиболее полно из перечисленных выше полимерных композиций основному критерию - обеспечению устойчивости к влиянию коррозионных и других разрушающих воздействий на конструкции и сооружения для разведки и добычи углеводородного сырья при надежном сохранении эксплуатационных параметров покрытий во времени - отвечают полиуретановые и по-лимочевинные антикоррозионные системы и их «гибриды», в которых в качестве отвердителя используются смеси химических соединений с гидрок-сильными и аминными группами [11, 13]. Ни один класс других пленкообразователей не обладает таким многообразием свойств, которые позволяют получать покрытия с заранее заданными характеристиками. Сама химическая структура полиуретановых и поли-мочевинных материалов уже предполагает легкость соответствия свойств образующихся покрытий требованиям эластичности, прочности и твердости:

в то время, как уретановые группы гарантируют высокую гибкость макромолекул, водородные связи NH-групп обеспечивают необходимую прочность и твердость.

Этот класс полимерных композиций наиболее широко используется для наружной изоляции магистральных неф-те- и газопроводов. Из отечественных материалов такого типа, сертифицированных и рекомендованных ОАО «ВНИИСТом» и ООО «ВНИИГАЗом» для производства антикоррозионных работ в заводских и трассовых условиях на объектах ОАО «АК «Транснефть» и ОАО «Газпром», следует отметить системы материалов «Биурс» и «Карбо-флекс» [15, 16].

Учитывая весь комплекс требований, предъявляемых для изолирующих покрытий при производстве и сборке морских нефтегазовых платформ, в ОАО «Кро-нос СПб» разработано полимочевинуре-тановое антикоррозионное покрытие «Форпол» (ТУ 2458-104-205044642006). Данное покрытие на защищаемых объектах формируется за счет смешения и последующего напыления двух компонентов (двухупаковочная система со 100%-ным сухим остатком). Компонент А (ТУ 2294-095-205044642005) - уретановая основа — представляет эластифицированный полии-

зоцианат, модифицированный эпоксидным соединением. Его основные характеристики согласно техническим условиям представлены в табл.1. Компонент Б (ТУ 2494-103-205044642005) - отвердитель - представляет собой гомогенную смесь олигоэфиров с гидроксильными группами и диаминов. Его основные характеристики согласно техническим условиям также представлены в табл.1. Изолирующее покрытие «Форпол» проверено и рекомендовано ЗАО «ЦНИИМФ» для антикоррозионной защиты металлических и бетонных конструкций и сооружений на объектах нефтегазовых месторождений, эксплуатирующихся в зонах постоянного и переменного воздействия морской воды, а также контактирующих с сырой нефтью и нефтепродуктами [17]. Поверхность металлических конструкций и сооружений из углеродистой стали перед нанесением покрытия «Форпол» должна быть обезжирена, очищена от грязи и налета солей. Степень подготовки поверхности Sa2 по международному стандарту ISO 8501-1:1998 или Э-1-1, Э-2-1 по отечественному стандарту ЯКУТ 25-0612000. Шероховатость поверхности (Rz) должна быть 30-60 мкм, что достигается абразивно-струйной очисткой с ис-

WWW.NEFTEGAS.INFO

\\ защита от коррозии \\ 35

Таблица 2. Основные характеристики полимочевинуретанового покрытия «Форпол»

Наименование показателя Достигнутый уровень

Однородное сплошное покрытие

интенсивно черного цвета без

Внешний вид и цвет покрытия видимых пропусков, трещин, вздутий, отслоений и других дефектов на поверхности, ухудшающих качество

Прочность покрытия при ударе, Дж, при температуре испытаний, 0С: Плюс 40±3 10-12

Плюс 20±5 13-15

Минус 40±3 20-23

Прочность покрытия при ударе по прибору типа «Константа У-1А», см Не менее 100

Исходная адгезия покрытия к углеродистой стали при температуре (23±2)0С при нор- 9,0-12,0

мальном отрыве, МПа

Сопротивление покрытия пенетрации (вдавливанию стержня), мм, при температуре

испытаний, 0С:

20±5 0,11-0,24

60±3 0,43-0,70

Устойчивость покрытия к термоциклическому воздействию в интервале температур минус 600С — плюс 200С, количество циклов без отслаивания и растрескивания покрытия Более 10

Плотность покрытия, кг/м3 1160-1180

Водопоглощение свободной пленки покрытия после ее выдержки в воде в течении

1000 ч, %, при температуре испытаний, 0С: 20±5 2,8-3,1

60±3 4,6-5,0

Прочность при растяжении свободной пленки покрытия при температуре (23±2)0С и скорости растяжения (50±5) мм/мин, МПа 13,0-17,0

Относительное удлинение при разрыве свободной пленки покрытия при температуре (23±2)0С и скорости растяжения (50±5) мм/мин, % 90-120

Твердость по Шору-А, усл.ед. 85-92

Адгезия покрытия к бетону М300 при температуре (23±2)0С при нормальном отрыве, МПа 3,0-4,0

Диэлектрическая сплошность покрытия (отсутствие пробоя при электрическом напряжении), кВ/мм 7,0-10,0

Удельное поверхностное электросопротивление, Ом (1,8-8,2).1014

Удельное объемное электросопротивление, Ом.м (1,3-3,7).1012

Стойкость покрытия к истиранию кварцевым песком, кг/мкм более 50

Температурный диапазон эксплуатации, 0С минус 60 - плюс 90

Допустимый кратковременный нагрев, 0С 200

Температура начала интенсивного разложения, 0С 245

пользованием кварцевого песка или купрошлака в качестве абразива. Задиры поверхности, выступы, заусенцы и другие аналогичные дефекты устраняются механическим путем. Время между очисткой поверхности и нанесением покрытия не должно превышать шести часов.

Поверхность бетонных и железобетонных конструкций не должна иметь раковин, наплывов, трещин, неровностей, должна быть со сглаженными кромками и тщательно обеспылена, известковое молочко удалено. Неровности глу-

биной до 15 мм устраняют шпатлеванием. Шероховатость поверхности должна соответствовать классу 2-111 по СНиП 3.04.03-85.

«Гибридное» полимочевинуретановое покрытие «Форпол», как и чисто поли-мочевинные покрытия [11], можно наносить на влажные капиллярно-пористые поверхности (бетоны с влажностью до 12%) и при высокой атмосферной влажности (до 98%), так как при образовании покрытия скорость взаимодействия NCO-групп уретановой основы с NH2-группами гидроксиламин-

ного отвердителя значительно выше скорости их взаимодействия с водой. Покрытие «Форпол» безусадочное, самогрунтующееся. В случае эксплуатации объектов с катодной защитой рекомендуется предварительное грунтование защищаемых поверхностей по-лиуретановыми или эпоксидными грунтовками, например влагоотверж-даемой полиуретановой грунтовкой «Этераль» (ТУ 2312-065-205044642003) или эпоксидной грунтовкой «ВГ-33» (ТУ 2312-004-29727639-1997). Разработанное покрытие может нано-

Таблица 3. Рекомендуемые технологические параметры процесса нанесения покрытия «Форпол»

Наименование показателя Значение

Соотношение компонентов (А + Б) при смешении (по объему) 1,0:0,7

Температура при нанесении, 0С: - защищаемой поверхности - компонента А - компонента Б - на срезе сопла 5-60 60-80 40-60 55-65

Жизнеспособность смеси компонентов при температуре (60±3)0С, мин 1,5-2,0

Время отверждения покрытия при температуре (20±5)0С: - сухая на ощупь поверхность - готовность к транспортированию, складированию - устойчивость к полным механическим нагрузкам 8-12 минут 3-5 часов 4-6 суток

Теоретический расход компонентов при толщине покрытия 1,0 мм с учетом 30%-го фактора потерь при безвоздушном методе распыления, кг/м2 1,5-1,6

ситься на горизонтальные, вертикальные и наклонные поверхности различной толщиной в зависимости от конструкции защищаемого объекта и условий его эксплуатации: от 250 до 3500 мкм за один нестекающий слой. Это достигается благодаря практически мгновенному тиксотропированию системы после смешения исходных компонентов и отсутствию в их составе органических растворителей. В табл. 2 приведены основные физико-химические, физико-механические и электрические характеристики от-

вержденного покрытия «Форпол». Покрытие «Форпол» устойчиво к длительному воздействию химических сред, типичных для морских нефтегазовых местонахождений: морской климат, морская вода, сырая нефть, минеральные масла, мазут, дизтопливо, лигроин, керосин, бензин и др. По данным ускоренных климатических испытаний в условиях морского климата гарантированный срок защитных свойств покрытия «Форпол» не менее 20 лет. Покрытие «Форпол» наносится методом «горячего» безвоздушного распы-

Таблица 4. Показатели пожароопасности покрытия «Форпол»

ления с использованием аппаратов высокого давления с пневмоприводом с раздельной подачей компонентов со смешением непосредственно в распылительном устройстве (пистолете) или в выносном смесителе с длиной шланга от него до пистолета 1,5-2 метра. Рекомендуемый диаметр сопла распылителя 0,019 - 0,026''. Рекомендуемые установки для нанесения: «Duomix-230», «Duomix-333/300» (WIWA, Германия), «Hydra Cat» с распылителем «Fusion» ^гасо,США).Технологические характеристики процесса нанесения покрытия приведены в табл.3. Для качественной очистки установок безвоздушного распыления от остатков компонентов после проведения работ разработан специальный состав (ТУ 2319-112-20504464-2006), представляющий собой смесь ароматических и хлорированных углеводородов. Немаловажное значение для полимерных материалов имеют характеристики их пожароопасности, особенно это актуально для предприятий, добывающих и транспортирующих взрыво-по-жароопасные продукты, какими являются нефть и природный газ. По данным, полученным в «Независимом ис-

Нормативно-техническая документация (НТД) Наименование контролируемого параметра Значение

по НТД Фактическое

ГОСТ 30244-94 "Материалы строительные. Методы испытания на горючесть" (Метод 2) 1.Температура дымовых газов, 0С Не более 135 105

2.Степень повреждения по длине, % Не более 65 20

3.Продолжительность самостоятельного горения (тления), с 0 0

4.Степень повреждения по массе, % Не более 20 19

5.Образование горящих капель расплава Не допускается Отсутствует

ГОСТ 30402-96 "Материалы строительные. Метод испытания на воспламеняемость" Критическая поверхностная плотность теплового потока, кВт/м2 20-35 20

ГОСТ Р 51032-97 «Материалы строительные. Метод испытания на распространении пламени» Критическая поверхностная плотность теплового потока, кВт/м2 11,0 и более Более 11

ГОСТ 12.1.044-89 Коэффициент дымообразующей

«Пожаровзрывоопасность веществ и способности, м2/кг:

материалов. Номенклатура показателей - в режиме тления Свыше 500 1450

и методы их определения» - в режиме горения 50-500 380

WWW.NEFTEGAS.INFO

\\ ЗАЩИТА ОТ коррозии \\ 37

пытательном центре пожарной безопасности» ФГУП СПбФ ВНИИПО МЧС России (табл.4), полимочевинуретано-вое покрытие «Форпол» в сочетании с негорючей подложкой относится к материалам слабогорючим (группа горючести Г1), группа воспламеняемости В2, не распространяющим пламя (группа по распространению пламени РП1) и умеренной дымообразующей способностью в режиме горения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Поконова Ю.В. Нефть и нефтепродукты. СПб.: АНО НПО «Мир и семья». 2003. 904 с.

2. Природный газ. Метан: Справочник/С. Ю.Пирогов, Л.А.Акулов, М.В.Ведерников и др. СПб.: НПО «Профессионал». 2006. 848 с.

3. Любановский В.Д., Ермаков А.В. Современные методы защиты строительных конструкций зданий, сооружений и технологического оборудования от коррозии// Коррозия территории нефтегаз. 2006, № 3(5). С. 24-25.

4. Мясоедова В.В. Инновационные материалы и технологии антикоррозионной защиты сооружений для обустройства морских нефтегазовых месторождений//Террито-рия нефтегаз. 2006. № 2. С. 50-52.

5. Руководящий документ по защите от коррозии механического оборудования и специальных стальных конструкций гидротехнических сооружений. РД ГМ-01-02. М.: «Трест Гидромонтаж». 2002. 270 с.

6. СНиП 3.04.03-85. Защита строительных конструкций и сооружений от коррозии/ Госстрой России. М.: ГУП ЦПП. 2001. 32 с.

7. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии/Госстрой России. М.: ГУП ЦПП. 2002. 56 с.

8. Постникова А. Современные системы промышленной защиты от коррозии//Нефть. Газ. Промышленность. 2004. № 3(8). С. 38-39.

9. Протасов В.Н. Полимерные покрытия нефтепромыслового оборудования. Справочное пособие. М.: Недра. 1994. 224 с.

10. Ратников В.Н., Андреев В.И., Парсаданов В.Г. и др. Антикоррозионные покрытия для нефтепромыслового оборудования/лакокрасочные материалы и их применение. 2002. № 2-3. С. 66-68.

11. Zubielewiсz М., Gnof Ш. Антикоррозионные лакокрасочные покрытия нового поколения/промышленная окраска. 2006. № 2. С. 13-16.

12. Лабутин А.Л., Шитов В.С. Защитные покрытия на основе уретановых эластомеров. Тематический обзор. М.: ЦНИИТЭнеф-техим. 1977. 92 с.

13. Преимущества полиуретановых покрытий для защиты резервуаров и металло-конструкций//Коррозия территории НЕФТЕГАЗ. 2006. № 2(4). С. 30-32.

14. Посенчук Е.И., Быков Е.Д., Ямский В.А. Полиуретановые лакокрасочные материалы и системы покрытий на их основе// Лакокрасочные материалы и их применение. 2001. № 7-8. С. 27-28.

15. Патент 2216561 (RU). Антикоррозионное защитное полимерное покрытие/ Алексашин А.В., Егоров В.С., Матвеев Г.В и др. МПК7 С09Д 5/08. Заявл. 04.03.2002. Опубл. 20.11.2003.

16. КАРБОФЛЕКС: современная защита тру-бопроводов//Коррозия территории нефтегаз. 2006. № 2(4). С. 11.

17. Руководство по системам окраски металлических и бетонных конструкций (сооружений) при обустройстве морских нефтегазовых месторождений с применением лакокрасочных материалов ОАО ЛКЗ «Кронос СПб». ЯКУТ 25-122-2006. СПб.: ЗАО «ЦНИИМФ». 2006. 27 с.

ОАО «Кронос СПб»

197183, г. Санкт-Петербург, ул. Полевая Сабировская, д. 42 Тел.: (812) 449-20-25, 430-21-00 Факс.: (812) 430-19-00 E-mail: [email protected] www.lkz-kronos.spb.ru

www.MVIC.ru

[435) 335-05-35

Москва,

f

10-13 апреля 2007

.... ... /

•ж

v-л

А—ТЕБТвХ (Аналитика] — 5-я Юбилейная Международная специализированная выставка

А-ТЕЗТек NALITIKA

bn &

к,

agufi

а " ~

РАЗДЕЛ иАНАЛИТИКА»

№ MRflHTE" ПкъНЫЕ; прнЙАры И

оборудование НАчипехиопигиц ОворудоввчИе лавЬраторНйе

pR.lKTVIflbl tt MilTRjmgnhl

Средптвч Dffltne4fiHHH pufnrhl аналитически* лабораторий

Сре Д£1 ва зетрми < иза цни

П лйор: I "Opl I !iix НС Г ЛИ ДОЕ! П НИН

KL-'UnnUKiH^i ОСЦЫЦЭИЦ0 ГЫСЮрЫ 1 Орк н

РАЗДЕЛ .1 БИОАНАЛИТИКА

ЭпЭктрпфпп^ Приооры д-п {м*эте*нопоп*и Бнэсвисоры ВЖЙИММСЯТЫ

П jbiipti - l P-4U& мюрущований для

!. |'! IUЯНОПОГИИ И flHÜI ГИЧвйНИХ И jyh.

I lcaneflüBiinne мапик.амам гов

Прдтедою

0№|!ипьная такннга

ИнфОрЧЭЦНН л услуги для ОиОтемогвдгин

L nil f- HOi^üf иР [I Сфернз

LMJJdHbl inipv^t; Kilian .Jr'LJUtJ

В рам«л выстави« пройду! специалн-эирнаакные мероприятия нмференцш, кгмз^кчсеии: кминары к круглые столы

По оощюсэи HiciH« oDpaizjOThcn

БыС1й:|1"~ЧР 1ЭГДИ11Г WYK Тс п/J: с 1-1'! 5> 1 -05-Э 5-6Г/ t пjii iyvV тч id, Sil« mvKni ыв ФтЛл wwwjrurtuu

npriiinsjTcpi.i М1гши A L tSTen язпт лртгтишагат ICF предпрнплн, ааитецЕмийнтк юшкгщ данчм траст. * пденцишеши rnniiH предущии ил |»1ЖЕ

Н угамс йГ IIIV Н HÜDÜ I ДЕЩЬП

[таитхерсенх ишошепин. :i|li«PTTk IIKIMQH с 10 14 1.3 апрели MOT годи аГГКЕНН! уТЛСТИС I ПЬГСТМК!;!

■ PKfFRIEF lUiJtW

Прн №Ддсрж|Е. ♦С0«И/ь№*и

Пдм.|»»орИ ^^ ¡ЯЙ«

IUIHIII1 "П т

ЧМЛИР1Г*™ iKiiKwn wwi w: '■ l!H * 14: ■■. MV.' WJU1 -i ■ MW >:гд: i im] 91 f! Ifl.lWl

■ Г |MD! ЕД- Я.1? К , J mil ?JI Щ J!

■■■■■■ежегодная

Ш^^иййш&№ованная выставка освященная газификации ~

•■Регионов России

И-МЕЖДУНАРОДНАЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ВЫСТАВКА

GAZ INDUSTRY

г. Казань, ВЦ «Казанская ярмарка» 27-29 ноября 2007

Официальный сайт выставки: WWW.GAZ-INDUSTRY.Rll

ОРГАНИЗАТОРЫ:«

ГЕНЕРАЛЬНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ

л,

Ф

Инг

J

Огазпром

ТАТТРАНСГАЗ

ф

ГОССМЙОСОС ГАЭСЖХ ОВДЕСШ)

ТЕРРИТОРИЯ

НЕФТЕГАЗ

ГОЗОбыи

пр

ость

кмпо