Антикоррозионное покрытие для трубопроводов малых диаметров
На базе оригинального адгезива предложено антикоррозионное двухслойное полиолефиновое покрытие, не требующее высокой степени подготовки поверхности трубы и праймера. Разработаны процессы получения клея-расплава и нанесения покрытия методом кольцевой соэкструзии. Показана высокая эффективность покрыт...
Збережено в:
| Дата: | 2005 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут бiоорганiчної хiмiї та нафтохiмiї НАН України
2005
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4020 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Антикоррозионное покрытие для трубопроводов малых диаметров / Л.Н. Шкарапута, Л.Л. Митрохина, И.П. Морозова // Катализ и нефтехимия. — 2005. — № 13. — С. 40-43. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860002907747778560 |
|---|---|
| author | Шкарапута, Л.Н. Митрохина, Л.Л. Морозова, И.П. |
| author_facet | Шкарапута, Л.Н. Митрохина, Л.Л. Морозова, И.П. |
| citation_txt | Антикоррозионное покрытие для трубопроводов малых диаметров / Л.Н. Шкарапута, Л.Л. Митрохина, И.П. Морозова // Катализ и нефтехимия. — 2005. — № 13. — С. 40-43. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | На базе оригинального адгезива предложено антикоррозионное двухслойное полиолефиновое покрытие, не требующее высокой степени подготовки поверхности трубы и праймера. Разработаны процессы получения клея-расплава и нанесения покрытия методом кольцевой соэкструзии. Показана высокая эффективность покрытия.
На базі оригінального адгезиву запропоновано антикорозійне двошарове поліолефінове покриття, що не потребує високого ступеня підготовки поверхні труби і праймеру. Розроблено процеси отримання клею-розплаву і нанесення покриття методом кільцевої співекструзії. Показано високу ефективність покриття.
On the basis of original adhesive the antirust two-layer polyolefin coating not requiring thorough tube surface as well as primer pretreatment has been proposed. The processes of obtaining of glue-melt and coating by ring-type co-extrusion method have been developed. Coating high efficiency has been proved.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:37:18Z |
| format | Article |
| fulltext |
Катализ и нефтехимия, 2005, №13
40
УДК 665.7.038.5 © 2005
Антикоррозионное покрытие
для трубопроводов малых диаметров
Л.Н. Шкарапута, Л.Л. Митрохина, И.П. Морозова
Институт биоорганической химии и нефтехимии НАН Украины,
Украина, 02094 Киев, ул. Мурманская, 1; факс: (044) 573–25–52
На базе оригинального адгезива предложено антикоррозионное двухслойное полиолефиновое покры-
тие, не требующее высокой степени подготовки поверхности трубы и праймера. Разработаны процес-
сы получения клея-расплава и нанесения покрытия методом кольцевой соэкструзии. Показана высокая
эффективность покрытия.
Использование в течение многих десятилетий ма-
лоэффективных материалов для антикоррозионной
защиты труб малых диаметров привело сети комму-
нальных трубопроводов в крайне сложное положение.
Так, по результатам обследований [1], проведенных
"Укргаз" совместно с Институтом проблем прочности
НАН Украины, большинство трубопроводов газовых
сетей Киева, заизолированных нефтебитумными и
ленточными покрытиями, находятся в неудовлетвори-
тельном состоянии.
Назрел пересмотр путей антикоррозионной изоля-
ции труб малых диаметров. По нашему мнению, ак-
туален переход к экструдированным многослойным
(праймер–адгезив–защитный слой) полиолефиновым
покрытиям [2–4]. Они выгодно отличаются высокими
эксплуатационными характеристиками, однако про-
цесс их нанесения требует тщательной, многостадий-
ной подготовки поверхности трубы, что обусловливает
высокую стоимость изоляционного покрытия и ис-
ключает возможность его нанесения в базовых услови-
ях. Прогресс, оптимизация отношения цена–качество
при изоляции труб малых диаметров может быть дос-
тигнут за счет создания адгезива (клея-расплава), обес-
печивающего нормативные показатели покрытия при
его нанесении на очищенную в базовых условиях до
степени St 2 [5] поверхность трубы без использования
праймера.
Целью исследования была разработка двухслойно-
го покрытия, наносимого способом кольцевой соэкс-
трузии клея-расплава и композиции свето-, термоста-
билизированного полиэтилена на очищенную и разо-
гретую поверхность трубы.
В качестве основы клея-расплава использовали со-
полимер этилена с винилацетатом (СЭВА) с 12–14%-м
содержанием винилацетатных (ВА) групп, обладаю-
щий хорошими технологическими, адгезионными и
диэлектрическими свойствами. С целью повышения
клейкости, растекаемости и стабильности адгезионных
свойств в условиях повышенной влажности был вве-
ден СЭВА с 28%-м содержанием ВА-групп и компо-
ненты (смолы, модифицированные полимеры, пласти-
фикаторы и наполнители), содержащие адсорбционно-
активные функциональные группы –ОН, –СООН,
С=О, –NH2, =NH. Для придания композиции эластич-
ности и высокой механической прочности в широком
температурном интервале эксплуатации покрытия (от
−20 до +60 °С) в клей-расплав был введен эластомер.
Помимо хорошей совместимости с СЭВА, высоких ад-
гезионных и диэлектрических свойств он способствует
снижению остаточных напряжений, как правило, воз-
никающих не только в результате термической усадки
покрытия при его отверждении, а и в процессе его экс-
плуатации [6].
Используя лабораторный шнековый экструдер для
гомогенизации смесей, был оптимизирован состав
композиции клея-расплава. Критериями оптимально-
сти служили адгезионная прочность покрытия к сталь-
ным образцам (Ст. 3, степень очистки St 2), измеренная
через 72 и 1000 ч после пребывания в воде, а также ве-
личина площади катодного отслаивания. Удалось дос-
тичь значений адгезии А, равных 6–8 кН/м. После вы-
держки в воде (20 °С, 1000 ч) адгезия снизилась до
значений 4,5–5,0 кН/м, величина площади отслаивания
покрытия при катодной поляризации при 20 °С соста-
вила (4,5–5,0)⋅10-4 м2. Следует отметить высокую ско-
рость достижения равновесных значений адгезии.
Так, сразу после охлаждения покрытия до 20 °С его ад-
гезия к стальной поверхности достигла 1,5–2,0 кН/м.
Клей-расплав получали на линии грануляции
ЛГП-60 с предварительной подготовкой и модифика-
цией его компонентов. Ключевой стадией процесса
явилась гомогенизация смеси ингредиентов в диско-
вом экструдере. Попытка перенесения опыта получе-
ния клея-расплава в шнековом экструдере была не-
удачной, так как процесс отличался крайней неустой-
чивостью и неуправляемостью, имел место перегрев и,
как следствие, – обильное газовыделение и деструкция
материала.
Рассматривая слой перерабатываемого материала в
зазоре (полый цилиндр, ограниченный радиусами R0, r0
и образующей h) дискового экструдера как непрерыв-
но деформируемую однородную массу со степенью
Катализ и нефтехимия, 2005, №13 41
неньютоновского поведения n, энергией активации Е и
предэкспоненциальным множителем m0, было пред-
ложено соотношение для оценки мощности W, выде-
ляемой при получении клея-расплава. При этом исхо-
дили из очевидных соотношений:
W = ω M;
dM = rdF;
.
( ) ;ndF = m dSγ dS = 2πr dr;
0
0
(2 )2 .
R n
n
n
r
mM r dr
h
πω += ∫
После преобразований получили:
1
33
0 0
2 ( ),
(3 )
n
nn
n
mW R r
n h
πω +
++= −
+
(1)
где ω – угловая скорость вращения диска, рад/с;
М – момент силы F, Н⋅м;
.
γ – скорость сдвига, с-1.
Из рис. 1, на котором приведены линии равных те-
пловыделений (n = 0,308, m0 = 0,22Па⋅с0,308; Е =
= 36 кДж/моль [7]; t = 150 °C; R0 = 0,093 м; r0 = 0,0175 м),
рассчитанных по соотношению (1), следует, что имеет
место существенное различие чувствительности теп-
ловыделения к величинам ω и h. Особенно велико зна-
чение параметрической чувствительности dW/dh при 0
< h ≤ 0,002 м – практически незначимое изменение за-
зора приводит к радикальному изменению тепловыде-
ления. Этим можно объяснить отмеченную выше неус-
тойчивость процесса. В целом процесс наиболее чувст-
вителен к изменению величины зазора |dW/dh| =
= 1,42(ω/h)1,308, менее – к угловой скорости вращения
диска dW/dω = 6,02(ω/h)0,308. Установлено, что область
12 ≤ ω ≤ 20 рад/с, 0,003 ≤ h ≤ 0,009 м является наиболее
благоприятной для реализации процесса гомогениза-
ции в дисковом экструдере. Рациональными условиями
получения клея-расплава является междисковый зазор
– 6⋅10-3 м, ω = 13,2 рад/с, температура корпуса экстру-
дера 95 °С, температура расплава на выходе из экстру-
дера 125 °С, температура материала в фильере 110 °С,
расход 25 кг/ч.
Рис. 1. Линии равных тепловыделений: 1 – 500, 2 – 600,
3 – 800, 4 – 1000, 5 – 1200, 6 – 1400, 7 – 1600 Вт
Таблица 1. Зависимость потребляемых тока и мощности
от величины междискового зазора
Междисковый задор h⋅103, м Параметр
2,50 5,00 6,67 7,50
Іх.х, А 5,75 5,75 5,75 5,75
Ір.п, А 10,85 8,50 8,25 7,75
Wэ, Вт 2726 1470 1336 1070
Wрасч, Вт 1437 1161 1062 1024
Состоятельность предложенного соотношения (1)
была оценена сравнением расчетного значения (Wрасч)
выделившейся и экспериментально найденной мощно-
сти (Wэ). Полагая, что вся потребляемая мощность рас-
ходуется на деформацию и транспорт материала, по-
лучили
Wэ=3(Ірп - Іхх)Vcosϕ,,
где Ірп – ток, потребляемый в ходе переработки, А; Іх.х –
ток, потребляемый в режиме холостого хода, А; V –
фазовое напряжение, V = 220 B; cos ϕ – реактивные по-
тери, cos ϕ = 0,81.
В табл.1 приведены результаты эксперимента при
ω = 19,7 рад/с и различных значениях междискового
зазора. Из табл. 1 следует, что, несмотря на пренебре-
жение рядом факторов, соотношение (1) дает доста-
точно удовлетворительный (погрешность ∼ 20 %) про-
гноз при достаточно "больших" зазорах (h ≥ 5⋅10-3 м).
Для отработки технологии нанесения двухслойного
экструдированного покрытия и оценки его свойств
была использована установка, общий вид которой
представлен на рис. 2. Труба, очищенная до степени St
2, по рольгангам подавалась в индукционную печь 1,
температура которой контролировалась термодатчи-
ками. Скорость движения трубы подбиралась таким
образом, чтобы за время пребывания трубы в печи 1
она нагревалась до заданной температуры. После этого
труба поступала в соэкструзионную головку 2, соеди-
ненную обогреваемыми продуктопроводами с экстру-
дерами 3 (полиэтилен) и 4 (клей-расплав). Для обеспе-
чения надежного контакта покрытия с поверхностью
изолируемой трубы пространство зоны нанесения по-
крытия вакуумировали. По окончании процесса изоля-
ции готовая труба 6 с покрытием охлаждалась венти-
ляторами 7.
Температуру экструзии материалов определяли с
учетом термостойкости составляющих их компонен-
тов и композиций в целом. Хотя активная термодест-
рукция клея-расплава начинается при 250 °С [8], верх-
ний температурный предел работоспособности данной
композиции был ограничен значением (160 ± 5) °С, так
как при большей температуре начинает заметно ухуд-
шаться его механическая прочность. Оправдана экс-
трузия композиции полиэтилена при (190 ± 5) °С. Най-
дено (рис. 3), что наибольшая адгезионная прочность А
покрытия наблюдается при температуре тела трубы
(170 ± 5) °С.
1
4
5
6
7
3
2
0
2
4
6
8
10
10 12 14 16 18 20
ω, рад/с
h·
10
3 , м
42 Катализ и нефтехимия, 2005, №13
Рис. 2. Установка по нанесению двухслойного экструдированного покрытия методом кольцевой соэкструзии:
1 – индукционная печь, 2 – соэкструзионная головка, 3 – экструдер подачи композиции полиэтилена, 4 – экструдер
подачи клея-расплава, 5 – исходная труба, 6 – заизолированная труба, 7 – вентиляторы
Экспериментально установлено, что адгезионная
прочность покрытия (рис. 4, 1) достигает значения
1,5 кН/м практически мгновенно, а максимального
значения 7,0–7,5 кН/м – через 50–70 ч и остается дос-
таточно стабильной на протяжении всего времени экс-
позиции. Это свидетельствует об образовании устой-
чивых адгезионных связей. Изменение адгезионной
прочности при экспозиции покрытия в воде (2) может
быть объяснено наличием связей различной прочно-
сти. Так, в течение 50–150 ч разрушаются наиболее
слабые, а дальнейшая стабилизация адгезии свидетель-
ствует о превалировании связей, которые образовались
в результате хемосорбции активных групп на окислен-
ной поверхности металла. Когезионный характер от-
рыва покрытия по клею-расплаву (90 %), подтвержда-
ет химическую природу связей в системе клей–сталь.
2
4
6
8
110 130 150 170 190
t , oС
A
, к
Н
/м
Рис. 3. Зависимость адгезионной прочности покрытия от
температуры тела трубы
В табл. 2 приведены результаты исследования
свойств предложенного экструдированного покрытия.
Как видно из табл. 2, покрытие на основе разработан-
ного клея-расплава имеет диэлектрические и механи-
ческие показатели на уровне требований ГОСТ
9.602.89 [9], а адгезионные показатели – существенно
выше.
Проведенные исследования позволили разработать
нормативно-технологическую документацию на клей-
расплав и на двухслойное экструдированное покрытие –
технические условия [10], технологический регламент
на производство клея-расплава и технологическую ин-
струкцию по нанесению покрытия.
Таблица 2. Физико-механические и защитные свойст-
ва двухслойного экструдированного покрытия
Значение показателя Показатель Эксперимент ГОСТ [9]
Толщина покрытия, м,
не менее
2,5⋅10-3 2,5⋅10-3
Адгезия покрытия к стали ме-
тодом отслаивания при темпе-
ратуре (20 ± 2) °С, кН/м
7,5 3,5
Адгезия покрытия к стали при
температуре (20 ± 2) °С после
пребывания образцов в воде в
течение 1000 ч, кН/м
5,0 Не реглам.
Прочность при ударе при
(20 ± 2) °С, Дж
12,5 12,5
Диэлектрическая сплошность.
Отсутствие пробоя при испы-
тательном электрическом на-
пряжении, В/м толщины по-
крытия
5⋅106 5⋅106
Площадь отслаивания покры-
тия при поляризации, м2, при
температуре (20 ± 2) °С
4,5⋅10-4 Не реглам.
Примечание. Не реглам. – не регламентировано.
1 3
4 2
2
6
7
5
Катализ и нефтехимия, 2005, №13 43
2
1
0
2
4
6
8
0 200 400 600 800 1000
τ, час.
А
, к
Н
/м
Рис. 4. Зависимость адгезионной прочности покры-
тия от времени экспозиции на воздухе (кривая 1) и в
воде (кривая 2) при 20 °С
Использование предложенного покрытия позволит
существенно снизить стоимость изоляции и выйти на
качественно новый уровень антикоррозионной защиты
труб малых диаметров.
1. Середницький Я.А., Ніронович І.О., Нафт. і газ.
пром-сть, 1995, (1), 33.
2. Материалы фирмы "Sumitomo Corporation" (Япо-
ния), Изоляционные материалы и покрытия для неф-
тепроводов и резервуаров, Москва, ТОО "Журнал
ЛКМ", 1998, 123.
3. Низьев С., Семенченко В, Нефтегазовая Верти-
каль, 2002, (8), 18.
4. ТУ У 322-8-36-96, Трубы стальные электросвар-
ные прямошовные диаметром 920 1020 мм с наруж-
ным полиэтиленовым антикоррозионным покрытием.
5. Международный стандарт ISO 8501-1:1988,
Подготовка стальной основы перед нанесением красок
и подобных покрытий. Доп. 1994 (Р).
6. Фрейдин А.С., Прочность и долговечность клее-
вых соединений, Москва, Химия, 1981.
7. Шкарапута Л.Н., Митрохина Л.Л., Морозова И.П.
и др., Катализ и нефтехимия, 2003, (11), 42.
8. Алимова О.В., Шкарапута Л.Н., Митрохина Л.Л.
и др., Там же, 2003, (12), 36.
9. ГОСТ 9.602-89. Сооружения подземные, Общие
требования к защите от коррозии.
10. ТУ У 25.2-03563790-111-2003, Ізоляційне по-
криття для захисту від корозії підземних трубопро-
водів малих діаметрів.
Поступила в редакцию 21.03.2005 г.
Антикорозійне покриття
для трубопроводів малих діаметрів
Л.М. Шкарапута Л.Л.Митрохіна, І.П.Морозова
Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України,
Україна, 02094 Київ, вул. Мурманська, 1; факс: (044) 573-25-52
На базі оригінального адгезиву запропоновано антикорозійне двошарове поліолефінове покриття, що
не потребує високого ступеня підготовки поверхні труби і праймеру. Розроблено процеси отримання
клею-розплаву і нанесення покриття методом кільцевої співекструзії. Показано високу ефективність
покриття.
Antirust coat for pipe lines of small diameters
L.M. Shkaraputa, L.L. Mitrokhina, I.P. Morozova
Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of NAS of Ukraine,
1, Murmanskaya Str., Kyiv, 02094 Ukraine, Fax: (044) 573-25-52
On the basis of original adhesive the antirust two-layer polyolefin coating not requiring thorough tube surface as
well as primer pretreatment has been proposed. The processes of obtaining of glue-melt and coating by ring-
type co-extrusion method have been developed. Coating high efficiency has been proved.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-4020 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:37:18Z |
| publishDate | 2005 |
| publisher | Інститут бiоорганiчної хiмiї та нафтохiмiї НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шкарапута, Л.Н. Митрохина, Л.Л. Морозова, И.П. 2009-07-14T12:02:22Z 2009-07-14T12:02:22Z 2005 Антикоррозионное покрытие для трубопроводов малых диаметров / Л.Н. Шкарапута, Л.Л. Митрохина, И.П. Морозова // Катализ и нефтехимия. — 2005. — № 13. — С. 40-43. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4020 665.7.038.5 На базе оригинального адгезива предложено антикоррозионное двухслойное полиолефиновое покрытие, не требующее высокой степени подготовки поверхности трубы и праймера. Разработаны процессы получения клея-расплава и нанесения покрытия методом кольцевой соэкструзии. Показана высокая эффективность покрытия. На базі оригінального адгезиву запропоновано антикорозійне двошарове поліолефінове покриття, що не потребує високого ступеня підготовки поверхні труби і праймеру. Розроблено процеси отримання клею-розплаву і нанесення покриття методом кільцевої співекструзії. Показано високу ефективність покриття. On the basis of original adhesive the antirust two-layer polyolefin coating not requiring thorough tube surface as well as primer pretreatment has been proposed. The processes of obtaining of glue-melt and coating by ring-type co-extrusion method have been developed. Coating high efficiency has been proved. ru Інститут бiоорганiчної хiмiї та нафтохiмiї НАН України Антикоррозионное покрытие для трубопроводов малых диаметров Антикорозійне покриття для трубопроводів малих діаметрів Antirust coat for pipe lines of small diameters Article published earlier |
| spellingShingle | Антикоррозионное покрытие для трубопроводов малых диаметров Шкарапута, Л.Н. Митрохина, Л.Л. Морозова, И.П. |
| title | Антикоррозионное покрытие для трубопроводов малых диаметров |
| title_alt | Антикорозійне покриття для трубопроводів малих діаметрів Antirust coat for pipe lines of small diameters |
| title_full | Антикоррозионное покрытие для трубопроводов малых диаметров |
| title_fullStr | Антикоррозионное покрытие для трубопроводов малых диаметров |
| title_full_unstemmed | Антикоррозионное покрытие для трубопроводов малых диаметров |
| title_short | Антикоррозионное покрытие для трубопроводов малых диаметров |
| title_sort | антикоррозионное покрытие для трубопроводов малых диаметров |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4020 |
| work_keys_str_mv | AT škaraputaln antikorrozionnoepokrytiedlâtruboprovodovmalyhdiametrov AT mitrohinall antikorrozionnoepokrytiedlâtruboprovodovmalyhdiametrov AT morozovaip antikorrozionnoepokrytiedlâtruboprovodovmalyhdiametrov AT škaraputaln antikorozíinepokrittâdlâtruboprovodívmalihdíametrív AT mitrohinall antikorozíinepokrittâdlâtruboprovodívmalihdíametrív AT morozovaip antikorozíinepokrittâdlâtruboprovodívmalihdíametrív AT škaraputaln antirustcoatforpipelinesofsmalldiameters AT mitrohinall antirustcoatforpipelinesofsmalldiameters AT morozovaip antirustcoatforpipelinesofsmalldiameters |