Полимочевиноуретановое покрытие "Форпол" для антикоррозионной защиты металлических и бетонных конструкий и сооружений при обустрйостве морских нефтегазовых месторождений
Д-р техн. наук И. А. Сусоров, Е. Л. Хаит, ОАО «Кронос СПб» Канд. техн. наук Ю. Е. Зобачев, ЗАО «ЦНИИМФ»
 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.
Интенсивное освоение подводных месторождений влечет за собой обоснованный выбор надежных, долговременных средств защиты от коррозии конструкций и сооружений из металла и бетона на всех стадиях проектирования, строительства, эксплуатации морских буровых платформ для разведки и добычи нефти и газа. Такие же проблемы стоят перед проектировщиками и строителями морских и речных портов, причалов и гидротехнических сооружений.
Существующие общегосударственные СНиПы и отраслевые требования ОАО «Газпром» и ОАО «АК «Транснефть» по антикоррозионной защите емкостного и трубопроводного оборудования, различных конструкций и сооружений из металла и железобетона, промышленных полов не распространяются на нефтегазодобывающие платформы, эксплуатирующиеся в открытом море. В связи с этим, учитывая значительный опыт выбора и применения импортных и отечественных лакокрасочных и полимерных материалов при проектировании, строительстве, эксплуатации, ремонте морских судов неограниченного района плавания, ЗАО «ЦНИИМФ» была поручена разработка общего «Руководства», рекомендующего системы окрашивания различных участков металлических и бетонных конструкций при обустройстве морских нефтегазовых месторождений с использованием современных прогрессивных покрытий.
Согласно Международным стандартам ISO12944: 1998, ISO20340: 2003 и NORSOCв 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, палубные 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. Как правило, это двухупаковочные композиционные материалы на основе модифицированных полиэпоксидов, полиуретанов, полимочевин, полисилоксанов или «гибридных» пленкообразователей, формирующих на защищаемых объектах толстослойные изолирующие покрытия, устойчивые к комплексному атмосферному, химическому, механическому воздействию и обеспечивающие надежную антикоррозионную защиту на срок не менее 15 лет.
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 полимочевинные антикоррозионные системы и их «гибриды», в которых в качестве отвердителя используются смеси химических соединений с гидрок-сильными и аминными группами. Ни один класс других пленкообразователей не обладает таким многообразием свойств, позволяющих получать покрытия с заранее заданными характеристиками. Сама химическая структура полиуретановых и полимочевинных материалов уже предполагает наличие соответствия свойств образующихся покрытий требованиям эластичности, прочности и твердости. В то время как уретановые группы гарантируют высокую гибкость макромолекул, водородные связи NH-rpynnобеспечивают необходимую прочность и твердость.
Этот класс полимерных композиций наиболее широко используется для наружной изоляции магистральных нефте- и газопроводов. Из отечественных материалов такого типа, сертифицированных и рекомендованных ОАО «ВНИИ-СТом» 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 «Карбофлекс».
Учитывая весь комплекс требований, предъявляемых для изолирующих покрытий при производстве и сборке морских нефтегазовых платформ, в ОАО «Кронос СПб» разработано полимочевинуретановое антикоррозионное покрытие «Форпол» (ТУ 2458-104-20504464-2006). Данное покрытие на защищаемых объектах формируется за счет смешения и последующего напыления двух компонентов (двухупаковочная система со 100%-ным сухим остатком).
Компонент А (ТУ 2294-095-20504464-2005) — уретановая основа — представляет эластифицированный полиизоцианат, модифицированный эпоксидным соединением. Его основные характеристики согласно техническим условиям представлены в табл. 1.
Компонент Б (ТУ 2494-103-20504464-2005) — отвердитель — представляет собой гомогенную смесь олигоэфиров с гидроксильными группами и диаминов. Его основные характеристики согласно техническим условиям представлены в табл. 2.
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.
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 ISO8501-1:1998 или Э-1-1, Э-2-1 по отечественному стандарту ЯКУТ 25-061-2000. Шероховатость поверхности (Rz) должна быть 30—60 мкм, что достигается абразивно-струйной очисткой с использованием 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.
| Наименование показателя |
Норма |
| Внешний вид и цвет |
Вязкая жидкость без механических включений и сгустков, от светло-жёлтого до светло-коричневого цвета. Оттенок не нормируется. |
| Массовая доля NCO-групп, % |
13,0-15,0 |
Динамическая вязкость по вискозиметру Брукфилда, Па*с, не более, при температуре
(23±2)°С
(60±2)°С |
15,0 1,3 |
| Плотность при температуре (23±2)°С, кг/м3 |
1125-1135 |
| Показатель преломления при температуре (20,0±0,5)°С, усл. ед. |
1,530-1,550 |
Таблица 1. Основные физико-химические характеристики эпоксиуретанового форполимера «Форпол-NCO»
Поверхность бетонных и железобетонных конструкций не должна иметь раковин, наплывов, трещин, неровнотей, должна быть со сглаженными кромками и тщательно обеспылена, известковое молочко удалено. Неровности глубиной до 15 мм устраняют шпатлеванием. Шероховатость поверхности должна соответствовать классу 2-111 по СНиП 3.04.03-85.
«Гибридное» полимочевинуретановое покрытие «Форпол», как и покрытия из чистой полимочевины , 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-rpynna MH гидроксиламинного отвердителя значительно выше скорости их взаимодействия с водой. Покрытие «Форпол» самогрунтующееся. В случае эксплуатации объектов с катодной защитой рекомендуется предварительное грунтование защищаемых поверхностей по-лиуретановыми или эпоксидными грунтовками, например, влагоотверждаемой полиуретановой грунтовкой «Этераль» (ТУ 2312-065-20504464-2003) или эпоксидной грунтовкой «ВГ-ЗЗ» (ТУ 2312-004-29727639-1997).
Разработанное покрытие может наноситься 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.
| Наименование показателя |
Норма |
| Внешний вид и цвет |
Вязкая однородкая жидкость без механических включений интенсивно-черного цвета. Оттенок не нормируется |
| Массовая доля общего титруемого азота, % |
3,2 - 3,4 |
| Массовая доля воды, %, |
0,1 |
| Плотность при температуре (23±2)°С, кг/м3 |
1210-1230 |
Динамическая вязкость по вискозиметру Брукфилда, Па*с, не более, при t°:
(23±2)°С (60±2)°С |
3,5
0,5 |
Таблица 2. Основные физико-химические характеристики гидроксиламинного отвердителя «Форпол-NH2OH»
| Наименование показателя |
Достигнутый уровень |
| Внешний вид и цвет покрытия |
Однородное сплошное покрытие интенсивно-черного цвета без видимых пропусков, трещин, вздутий, отслоений и других дефектов на поверхности, ухудшающих качество. |
| Наличие пор на срезе покрытия на границе с металлом |
Поры отсутствуют на срезе под углом 45° при 3—5-кратном увеличении |
Прочность покрытия при ударе, Дж, при температуре испытаний,°С:
+40±3
+ 20±5
-40±3 |
10-12
13-15
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)°С при нормальном отрыве, МПа |
9,0-12,0 |
Сопротивление покрытия пенетрации {вдавливанию стержня), мм, при температуре испытаний, °С:
20±5
60±3 |
0,11-0,24
0,43-0,70 |
| Устойчивость покрытия к термоциклическому воздействию в интервале температур от -60°С до +20°С, 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 течение 1000 ч, %, при t° испытаний, °С:
20±5
60±3 |
2,8-3,1
4,6-5,0 |
| Прочность при растяжении свободной пленки покрытия при температуре (23±2)°С и скорости растяжения (50±5) мм/мин, МПа |
13,0-17,0 |
| Относительное удлинение при разрыве свободной пленки покрытия при температуре (23±2)°С 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)°С 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, °С |
от -60 до +90 |
| Допустимый кратковременный нагрев, °С |
200 |
| Температура начала интенсивного разложения, °С |
245 |
Таблица 3. Основные характеристики полимочевинуретанового покрытия «Форпол»
В табл. 3 приведены основные физико-химические, физико-механические и электрические характеристики отвержденного 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 распыления 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-ЗЗЗ/ЗОО» (WIWA, Германия), «HydraCat» с распылителем «Fusion» (Graco, США). Технические характеристики процесса нанесения полиуретанового покрытия приведены в табл. 4.
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- и пожароопасные продукты, какими являются нефть и природный газ. По данным, полученным в «Независимом испытательном центре пожарной безопасности» ФГУП СПбФ ВНИИПО МЧС России (табл. 5), полимочевинуретановое 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.
| Наименование показателя |
Значение |
| Соотношение компонентов (А + Б) при смешении (по объему) |
1,0:0,7 |
Температура при нанесении, °С:
- защищаемой поверхности
- компонента А
- компонента Б
- на срезе сопла
|
5-60
60-80
40-60
55-65 |
Жизнеспособность смеси компонентов при температуре (60±3)°С, мин 1,5-2,0 Время отверждения покрытия при температуре (20±5)°С:
- 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 |
Таблица 4. Рекомендуемые технологические параметры процесса нанесения покрытия «Форпол»
| 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, °С |
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 распространение пламени» |
Критическая поверхностная плотность теплового потока, кВт/м2 |
11,0 и более |
Более 11 |
| ГОСТ 12.1.044-89 «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения» |
Коэффициент дымообразующей способности, м2/кг:
- в режиме тления
- в режиме горения
|
Свыше 500
50-500 |
1450
380 |
Таблица 5. Показатели пожароопасности покрытия «Форпол»
 |
Шины из полиуретановых эластомеров |
 |
11.10.2010
Шины представляют собой наиболее распространенный и сложный тип эластичных изделий технического назначения. подробнее
|
|
Как отрасль формирует рынок |
|
11.10.2010
Спорт, отдых, жильё и строительство — в сегодняшних буднях без полиуретана не обойтись. При изоляции зданий полиуретаны обеспечивают наиболее экономичные и энергосберегающие решения. подробнее
|
|
