Наружное полиуретановое двухкомпонентное защитное покрытие (варианты)

Наружное полиуретановое двухкомпонентное защитное покрытие (варианты)

Реферат

Группа изобретений относится к строительству трубопроводного транспорта и используется в трассовых условиях при прокладке подземных магистральных трубопроводов для их защиты от коррозии, механических повреждений, а также при строительстве транспортирующих газ или жидкость промысловых и технологических трубопроводов в условиях распространения вечномерзлых грунтов, при прокладке трубопроводов на болотах, на обводненных участках, в частности для восстановления антикоррозионных покрытий нефтепроводов, нефтепродуктопроводов и газопроводов при их ремонте в трассовых условиях, в том числе без остановки транспорта продукта, а также при защите от коррозии обвязки компрессорных станций при температурах трубопроводов 70-90°С, на участке трубопровода, транспортирующем газ с положительной температурой после компрессорной станции, например, на участке выкидного шлейфа, транспортирующего компримированный газ с температурой плюс 40°С.

Из уровня техники известен материал, используемый при осуществлении способа изоляции трубопроводов термопластичными мастиками, заключающегося в нанесении на наружную поверхность трубопровода, после ее очистки, грунтовки и расплава мастики с использованием оберточного слоя. Недостатками этого способа являются значительная энергоемкость способа из-за необходимости в разогреве мастики до 200°С и нагреве поверхности трубопровода. При использовании битумно-полимерных мастик необходимо армирование изоляционного слоя стеклосеткой для предотвращения стекания мастики со стенок трубопровода. Кроме того, срок службы битумных покрытий не превышает 15 лет, что в 2 раза меньше срока службы трубопроводов. Известный способ характеризуется низкой производительностью и большим количеством используемой техники (до 21 единицы). Следует учесть, что битумно-полимерные мастики пожароопасные и токсичны при их нанесении (см. RU 2005105440/06(006826), 28.02.2005).

Известен материал, используемый при реализации способа защиты от коррозии в базовых и трассовых условиях липкими полимерными лентами из ПВХ или полиэтилена, а также термоусаживающимися лентами, при котором покрытие наносится вручную на непротяженные участки трубопроводов (RU 2151942 C1, 27.06.2000).

Недостатками этого способа являются:

- высокие требования к подготовке поверхности;

- необходимость подогрева трубопровода в ряде случаев до 30-50°С независимо от температуры окружающего воздуха;

- наличие шатрового эффекта (пустот) в зоне сварных швов;

- срок службы покрытия составляет 7-14 лет, что значительно меньше срока службы трубопровода;

- относительно высокая стоимость покрытия.

Известна труба стальная с защитным покрытием ее внутренней поверхности от отложений и коррозии, в котором использована двухкомпонентная композиция на основе полиуретанового связующего с соотношением компонентов от 1:5 до 5:1 (см. RU 92509, 20.03.2010). В состав двухкомпонентной композиции на основе полиуретанового связующего входят: а) полиол (смола), б) полиизоцианат (отвердитель).

В процессе отверждения покрытия происходит полимеризация компонентов за счет содержащейся в воздухе влаги и остаточной влаги на внутренней стенке трубы.

Недостатком известного решения является требование наличия влаги на подготовленной поверхности трубы, зависимость отверждения покрытия от состояния влажности атмосферы на момент нанесения покрытия, что приводит к неконтролируемому процессу получения покрытия поверхности стального трубопровода. Известно, что, во избежание появления коррозии на подготовленной наружной поверхности трубопровода, запрещено наносить покрытие на его влажную наружную поверхность, при этом разрыв по времени между очисткой поверхности трубопровода и нанесением на нее покрытия должен быть минимален и не должен превышать двух часов. При невыполнении указанных требований процесс очистки поверхности трубопровода повторяют.

Наиболее близким к заявленному изобретению является известный состав для получения термостабильных и совместимых с катодной защитой покрытий, включающий не содержащую растворитель реакционноспособную двухкомпонентную полиуретановую систему (см. RU 2278139 C2, 20.06.2006). Известный из уровня техники состав используют для защиты от коррозии труб и балластных цистерн судов, толщина слоя покрытия при этом превышает 1000 мкм.

В известном решении компонент А состоит из 40-100 вес.% простого полиэфирполиола с функциональностью >3,5 и молекулярным весом 280-1000 или смеси из нескольких таких компонентов, а также 0-60 вес.% простых полиэфирополиакрилатов с 5,0 до 15 вес.% гидроксильных групп и вязкости при 23°C от 300 до 5000 мПа·с, а также 0-60 вес.% других содержащих гидроксильные группы соединений с молекулярным весом от 32 до 1000, причем сумма вес.% веществ компонента А всегда равна 100%.

Компонент В состоит, по меньшей мере, из одного органического полиизоцианата, причем эквивалентное соотношение NCO:OH лежит в диапазоне от 0,8:1 до 1,5:1.

В случае компонента В речь может идти об ароматическом органическом полиизоцианате. Недостатком известного решения является недостаточная эластичность покрытия ввиду отсутствия гидроксилсодержащех соединений (простых полиэфирополиакрилатов и других содержащих гидроксильные группы соединений с молекулярным весом от 32 до 1000), поскольку указанный нижний предел их содержания в компоненте А равен нулю, а также недостаточная смачиваемость композиции и степень ее наполнения. При напылении покрытия на криволинейную поверхность трубопровода ввиду короткой жизнеспособности композиции и недостаточной смачиваемости на краях факела распыления (в более тонком слое) отверждение покрытия происходит более интенсивно с образованием «шагрени», что является браком при нанесении покрытия.

В изобретении решается задача повышения защитных свойств наружного покрытия стального трубопровода за счет устранения развития подпленочной и стресс-коррозии на трубопроводе в течение времени, сопоставимого со сроком амортизации трубопровода.

Кроме того, предлагаемое наружное полиуретановое двухкомпонентное защитное покрытие позволяет осуществить комплексную автоматизацию процесса нанесения на наружную поверхность трубопровода защитного покрытия так называемым совмещенным методом изоляционных работ, представляющим собой единый технологический комплекс, объединяющий в одном непрерывном потоке все составляющие его операции: очистку наружной поверхности трубопровода с осушением и обогревом (при необходимости), нанесение наружного изоляционного покрытия, укладку трубопровода в траншею, засыпку.

Вариант полиуретанового двухкомпонентного защитного покрытия обладает термостабильностью при воздействии температур до 70-90°С при одновременной совместимости с катодной защитой и, кроме того, может быть использован при ремонтных работах, когда наносят покрытие методом безвоздушного распыления с использованием ручного пистолета на трубопровод с температурой наружной поверхности от 40 до 90°С.

Достигаемым техническим результатом при реализации заявленной группы изобретений является получение в трассовых условиях покрытия с заданными антикоррозионными и диэлектрическими свойствами, высокой бензостойкостью, атмосфероустойчивостью, устойчивостью к истиранию, увеличение срока службы покрытия до сопоставимого со сроком службы нового трубопровода, а также повышение производительности процесса нанесения покрытия значительной толщины на трубопроводы в трассовых условиях, в том числе больших диаметров (1200 мм и более), за счет автоматизации и синхронизации по производительности процессов подготовки наружной поверхности трубопровода и нанесения на нее покрытия. Возможно использование заявленного наружного покрытия в базовых условиях.

Указанная задача решается тем, что наружное полиуретановое двухкомпонентное защитное покрытие представляет собой антикоррозионную краску, в которой смешиваемые перед употреблением содержащий полиуретановую смесь компонент А и компонент Б - полиизоцианат на основе дифенилметандиизоцианата с эквивалентной массой 131…135 находятся в соотношении, об. ч. 3:1, соответственно, при этом компонент А представляет собой суспензию веществ в гидроксилсодержащем многоатомном спирте с простыми и сложноэфирными связями с эквивалентной массой 230…250, полученную в процессе их диспергирования согласно представленной рецептуре, мас.%:

гидроксилсодержащий многоатомный спирт с простыми и
сложноэфирными связями с эквивалентной массой 230…250	10…50
разветвленный полиспирт, содержащий простые и сложные
эфирные группировки или простой линейный полиол
на основе полипропиленового эфира	20, не менее
неорганические пигменты	4, не более
диоксид титана	8…12
барит	10…25
тальк	5…15
раствор пеноразрушающих полимеров	0,5…2
молекулярное сито 3А	5…10
замещенный ароматический диамин
с эквивалентом NH около 90 (т.е. 80-100)	0,6…1,2
третичный амин с гидроксильным числом 560 мг КОН/г	0,5…1
раствор алкиламмониевой соли кислотного сополимера,
содержащей гидроксильные функциональные группы	0,25…1,

при этом распределение частиц по размерам микрофракций составляет

барит, 3 мкм, %	50
барит, 10 мкм, %	50

Кроме того, при защите от коррозии обвязки компрессорных станций с температурой трубопровода 70-90°С на участке трубопровода, транспортирующем газ с положительной температурой после компрессорной станции, например на участке выкидного шлейфа, транспортирующего компримированный газ с температурой плюс 40°С, и/или при нанесении покрытия вручную методом безвоздушного распыления, когда требуется более длительная жизнеспособность композиции и повышенная смачиваемость наружной поверхности трубопровода, указанная задача решается вариантом изобретения - наружным полиуретановым двухкомпонентным защитным покрытием, которое представляет собой антикоррозионную краску, в которой смешиваемые перед употреблением содержащий полиуретановую смесь компонент А и компонент Б - полиизоцианат на основе дифенилметандиизоцианата с эквивалентной массой 131…135 находятся в соотношении, об. ч. 3:1 соответственно, при этом компонент А представляет собой суспензию веществ в гидроксилсодержащем многоатомном спирте с простыми и сложноэфирными связями с эквивалентной массой 230…250, полученную в процессе их диспергирования согласно представленной рецептуре, мас.%:

гидроксилсодержащий многоатомный спирт с простыми и
сложноэфирными связями с эквивалентной массой 230…250	10…50
разветвленный полиспирт, содержащий простые и сложные
эфирные группировки или простой линейный полиол
на основе полипропиленового эфира	20, не менее
неорганические пигменты	4, не более
диоксид титана	8…12
барит	10…25
тальк	5…15
раствор пеноразрушающих полимеров	0,5…2
молекулярное сито 3А	5…10
замещенный ароматический диамин
с эквивалентом NH около 90	0,6…1,2
третичный амин с гидроксильным числом 560 мг КОН/г	0,5…1
раствор алкиламмониевой соли кислотного сополимера,
содержащей гидроксильные функциональные группы	1,0…1,5,

при этом распределение частиц по размерам микрофракций составляет

барит, 3 мкм, %	100
тальк, 7 мкм, %	100

Кроме того, в частных случаях выполнения покрытия молекулярные сита содержатся в виде гомогенной дисперсии, например, 50% молекулярного сита в касторовом масле, а неорганические пигменты представлены оксидом железа и окисью хрома.

Для придания необходимой эластичности заявленному покрытию в качестве связующего используется гидроксилсодержащий многоатомный спирт с простыми и сложноэфирными связями с эквивалентной массой 230…250, а в качестве дополнительного связующего использовано гидроксилсодержащее соединение с эквивалентной массой 340…1000 - разветвленный полиспирт, содержащий простые и сложные эфирные группировки, простой линейный полиол на основе полипропиленового эфира. При этом в качестве компонента Б используют полиизоцианат на основе дифенилметан-диизоцианата с эквивалентной массой 131…135. Указанные материалы обеспечивают химическое отверждение покрытия (сшивку) за счет протекания процесса полимеризации, то есть превращения их из жидкого состояния в твердое трехмерное пространственно сшитое состояние с образованием полимерного каркаса. Указанные превращения обусловлены ростом макромолекул, образованием сшитого пространственного каркаса за счет межмолекулярного взаимодействия отдельных функциональных групп (гидроксильных и других химических способных к взаимодействию групп) указанных компонентов. При отверждении компонентов покрытия образуются функциональные группы, способные к взаимодействию с поверхностью стального трубопровода, что обеспечивает высокую степень адгезии и необходимую прочность покрытия.

Вводимые добавки способствуют улучшению свойств формируемого полимерного каркаса, плотности покрытия, его эластичности.

Добавление талька с чешуйчатой формой микрочастиц в качестве наполнителя способствует улучшению сопротивляемости покрытия действию ультрафиолетовых лучей, дополнительной «барьерной» защите от газовой диффузии и водяных паров, возрастанию адгезии материала к подложке и межслоевой адгезии.

Микрочастицы барита способствуют повышению адгезии к подложке, при этом покрытие обладает необходимой влаго- и паропроницаемостью и повышенной стойкостью к коррозионным средам, атмосферным воздействиям и высоким температурам.

Использование в качестве цветных пигментов неорганических пигментов придает композиции помимо цвета еще непрозрачность и защищает покрытие от фотодеструкции. Твердые частицы неорганических железоокисных пигментов, особенно игольчатой и чешуйчатой форм, структурируют и армируют покрытие, увеличивают его прочность, твердость, водо- и атмосферостойкость, а также химически защищают трубопровод от коррозии.

В качестве пеногасителя применен раствор пеноразрушающих полимеров - Byk A 530.

В качестве адсорбционной добавки использованы молекулярные сита 3А в виде гомогенной дисперсии (50% молекулярного сита в касторовом масле), что значительно облегчает технологический процесс производства.

В качестве тиксотропной добавки для предотвращения стекания покрытия в толстом слое с криволинейной поверхности трубопровода использован замещенный ароматический диамин с эквивалентом NH около 90 - Hardener DT.

В качестве катализатора использован третичный амин с гидроксильным числом 560 мг КОН/г - Dabco 33 LV.

В качестве гидроксилсодержащего многоатомного спирта с простыми и сложноэфирными связями - Desmophen 1145.

В качестве разветвленного полиспирта, содержащего простые и сложноэфирные группировки или простой линейный полиол на основе полипропиленового эфира - Desmophen 1150.

В качестве раствора алкиламмониевой соли кислотного сополимера, содержащего гидроксильные функциональные группы - Byk W969.

В качестве компонента Б - полиизоцианат на основе дифенилметандиизоцианата с эквивалентной массой 131-135 - Desmodur VL.

Смачивающая добавка представляет собой раствор алкиламмониевой соли кислотного сополимера, содержащей гидроксильные функциональные группы, что способствует повышению скорости смачивания и диспергирования наполнителей, а также снижает вязкость композиции и обеспечивает более высокую степень ее наполнения.

Наружное полиуретановое двухкомпонентное покрытие наносят на трубопровод методом безвоздушного распыления рабочей смеси при осуществлении раздельного подогрева компонентов (компонента А - на 50-60°С, компонента Б - на 30-40°С) и с подачей компонентов отдельными насосами при соединении компонентов А и Б в заданной пропорции в миксере на распылительной головке. Распыление смеси может производиться с помощью распылительного пистолета высокого давления при ручном напылении или с использованием оборудования для автоматического нанесения покрытия. Время отверждения покрытия «на отлип» при температуре окружающей среды 25°С составляет 12-15 мин. Через 30 мин возможны внутрицеховые перевозки изделий с нанесенным покрытием. Начало эксплуатации изделий с нанесенным покрытием возможно спустя 3 часа после напыления. Время полного отверждения покрытия двое суток.

Примеры использования изобретения.

Наружное полиуретановое двухкомпонентное покрытие (товарный знак РПУ-1001) наносят на подготовленную наружную поверхность стального трубопровода в трассовых условиях в виде сплошного слоя. Компоненты нагревают, смешивают, а напыление покрытия ведут методом безвоздушного распыления в автоматическом режиме равнорасположенными по окружности трубопровода полосами с помощью устройства, содержащего два распылительных пистолета высокого давления. Устройство обеспечивает их колебательное в поперечном и непрерывное движение в продольном направлении относительно трубопровода. При напылении покрытия посредством сопла каждого указанного пистолета формируют плоский мелкодисперсный факел с менее насыщенной зоной разброса наносимого материала по периферии, при этом обеспечивают частичное в окружном направлении перекрытие концов указанных полос с образованием равномерного по толщине покрытия, а каждый указанный факел ориентируют перпендикулярно наружной поверхности трубопровода, при этом плоскость факела направляют вдоль образующей трубопровода. При использовании подогрева компонентов наносимого покрытия уменьшаются его потери, кроме того, благодаря снижению при нагреве поверхностного натяжения и вязкости появляется возможность распылять материал при значительно меньшем давлении и обеспечивается требуемая скорость отверждения покрытия (до «отлипа») путем полимеризации покрытия каждой нанесенной полосы. Постепенное уменьшение насыщенности напыляемого материала по краям полосы необходимо во избежание подтеков и разнотолщинности покрытия при наложении одной полосы на другую. При этом частота двойных колебаний несущего пистолеты ротора составляет 5-10 в минуту.

Ширина полос наносимого материала, их количество зависят от диаметра изолируемого трубопровода, необходимой производительности процесса и обеспечиваются количеством распылительных пистолетов высокого давления, углом наклона оси сопла распылительных пистолетов по отношению к продольной оси поступательного движения устройства, содержащего указанные пистолеты, а также выбором скоростей колебательного и поступательного их движения.

Например, производительность нанесения покрытия на трубопроводе диаметром 1020 мм составляет 0,5-0,7 погонных м/мин. Расход материала покрытия РПУ-1001 составляет при толщине покрытия 1 мм - 2,4…2,5 кг/м² при толщине покрытия 2 мм - 4,5…4,9 кг/м².

Испытания в полевых условиях показали, что используемый для изоляции трубопровода согласно изобретению материал - наружное полиуретановое двухкомпонентное защитное покрытие (РПУ-1001), режимы его нанесения и использованное устройство обеспечивают получение покрытия, обладающего необходимой адгезией, высокими физико-механическимим свойствами, в частности высокой устойчивостью к истиранию и коррозионной стойкостью, что важно при эксплуатации подземных трубопроводов, подверженных эксплуатационным перемещениям.

Повышение надежности наружного защитного покрытия трубопровода обеспечено за счет высоких защитных свойств покрытия, что устраняет развития подпленочной и стресс-коррозии на трубопроводе в течение времени, сопоставимого со сроком амортизации трубопровода.

1. Наружное полиуретановое двухкомпонентное защитное покрытие, представляющее собой антикоррозионную краску, в которой смешиваемые перед употреблением содержащий полиуретановую смесь компонент А и компонент Б - полиизоцианат на основе дифенилметандиизоцианата с эквивалентной массой 131…135 находятся в соотношении, об.ч. 3:1 соответственно, при этом компонент А представляет собой суспензию веществ в гидроксилсодержащем многоатомном спирте с простыми и сложноэфирными связями с эквивалентной массой 230…250, полученную в процессе их диспергирования согласно представленной рецептуре, мас.%:

гидроксилсодержащий многоатомный спирт
с простыми и сложноэфирными связями
с эквивалентной массой 230…250	10…50
разветвленный полиспирт, содержащий
простые и сложные эфирные
группировки или простой линейный полиол
на основе полипропиленового эфира,	не менее 20
неорганические пигменты	не более 4
диоксид титана	8…12
барит	10…25
тальк	5…15
раствор пеноразрушающих полимеров	0,5…2
молекулярное сито 3А	5…10
замещенный ароматический диамин
с эквивалентом NH около 90	0,6…1,2
третичный амин с гидроксильным числом 560 мг КОН/г	0,5…1
раствор алкиламмониевой соли кислотного сополимера,
содержащей гидроксильные функциональные группы	0,25…1,

при этом распределение частиц по размерам микрофракций составляет

барит, 3 мкм, %	50
барит, 10 мкм, %	50
тальк, 7 мкм, %	100

2. Покрытие по п.1, в котором молекулярные сита содержатся в виде гомогенной дисперсии, например, 50% молекулярного сита в касторовом масле.

3. Покрытие по п.1, в котором неорганические пигменты представлены оксидом железа и окисью хрома.

4. Наружное полиуретановое двухкомпонентное защитное покрытие, представляющее собой антикоррозионную краску, в которой смешиваемые перед употреблением содержащий полиуретановую смесь компонент А и компонент Б - полиизоцианат на основе дифенилметандиизоцианата с эквивалентной массой 131…135 находятся в соотношении, об.ч. 3:1 соответственно, при этом компонент А представляет собой суспензию веществ в гидроксилсодержащем многоатомном спирте с простыми и сложноэфирными связями с эквивалентной массой 230…250, полученную в процессе их диспергирования согласно представленной рецептуре, мас.%:

гидроксилсодержащий многоатомный спирт
с простыми и сложноэфирными связями
с эквивалентной массой 230…250	10…50
разветвленный полиспирт, содержащий простые
и сложные эфирные группировки или
простой линейный полиол на основе
полипропиленового эфира	не менее 20
неорганические пигменты	не более 4
диоксид титана	8…12
барит	10…25
тальк	5…15
раствор пеноразрушающих полимеров	0,5…2
молекулярное сито 3А	5…10
замещенный ароматический диамин
с эквивалентом NH около 90	0,6…1,2
третичный амин с гидроксильным числом 560 мг КОН/г	0,5…1
раствор алкиламмониевой соли кислотного сополимера,
содержащей гидроксильные функциональные группы	0,25…1,

при этом распределение частиц по размерам микрофракций составляет

барит, 3 мкм, %	100
тальк, 7 мкм, %	100

5. Покрытие по п.4, в котором молекулярные сита содержатся в виде гомогенной дисперсии, например, 50% молекулярного сита в касторовом масле.

6. Покрытие по п.4, в котором неорганические пигменты представлены оксидом железа и окисью хрома.