Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА ВНУТРЕННЮЮ ПОВЕРХНОСТЬ МАГИСТРАЛЬНОЙ ТРУБЫ

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к технологии и оборудованию производства магистральных труб большого диаметра для прокладки трубопроводов.

Одной из основных задач при прокладке магистральных и локальных трубопроводов является обеспечение их эксплуатационной стойкости в условиях транспортировки коррозионно активных жидкостей, взаимодействующих с металлом трубы. Для решения этой задачи часто используются защитные покрытия, которые наносят на внутреннюю поверхность трубы. Они препятствуют контакту металла трубы с транспортируемой жидкостью и, таким образом, защищают его от коррозии. В качестве покрытия внутренней поверхности трубы часто используют эпоксидные композиции (Т.Р. Менли, Г. Скарр. «Термический анализ эпоксидных антикоррозионных покрытий». В сб. «Покрытия и обработка поверхности для защиты от коррозии и износа». М: Металлургия, 1991, с.216-2191). При нанесении такого покрытия трубы вначале очищают и подвергают дробеструйной обработке, пока их поверхность не будет визуально достаточно чистой. Затем трубы прогревают до 225-245°C и наносят эпоксидный порошок из электростатических пушек на поверхность вращающейся трубы, где он плавится и полимеризуется, образуя мягкую непрерывную пленку.

При реализации этого способа обеспечивается высокая пластичность и мягкость покрытия - оно не разрушается даже при изгибах трубопровода, повторяющих ландшафт местности, в которой он прокладывается. Эпоксидные композиции характеризуются хорошей стойкостью к химическому воздействию, т.е. покрытие не разрушается при взаимодействии с транспортируемой жидкостью и может успешно выполнять свою основную функцию защиты поверхности трубы от коррозии. Однако мягкая защитная пленка на внутренней поверхности трубы не всегда соответствует эксплуатационным требованиям конкретного трубопровода. Это связано с тем, что износостойкость мягкого покрытия при наличии твердых примесей в транспортируемой жидкости может быть несколько ниже, чем твердого покрытия.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ нанесения защитного покрытия на внутреннюю поверхность магистральной трубы, включающий предварительную очистку этой поверхности, нанесение покрытия и его сушку. При этом на стадии предварительной очистки внутреннюю поверхность трубы сушат, производят ее струйную обработку и удаляют с нее пыль продувкой воздухом. В качестве покрытия используют эмаль, которую наносят не менее чем в два слоя с толщиной «мокрой» пленки 90-180 мкм каждый, на внутреннюю поверхность трубы. Каждый слой эмали сушат при температуре 15-25°C не менее 3 часов (Патент РФ №2430294, МПК F16L 58/02, C23D 5/02, опубл. 27.09.2011). Такое покрытие является более твердым и характеризуется достаточно высокой износостойкостью в процессе эксплуатации.

В то же время рассмотренное покрытие не всегда может обеспечить требуемый уровень адгезии к стальной поверхности трубы, поскольку указанная поверхность перед его нанесением не обезжиривается. Кроме того, использование в качестве покрытия эмали недопустимо при транспортировке ряда жидкостей и питьевой воды, поскольку противоречит санитарным нормам.

Очевидно, что необходимость освоения производства новых видов магистральных труб с гладкостным защитным покрытием внутренней поверхности обуславливает целесообразность разработки технических решений, направленных на повышение адгезии покрытия к трубе, а также его коррозионной и износостойкости. Кроме того покрытие не должно вступать в химическое взаимодействие с водой. Эти задачи следует решать в рамках разработки способа нанесения защитного покрытия на внутреннюю поверхность магистральной трубы.

Задача, решаемая с помощью данного изобретения, заключается в повышении качества магистральных труб большого диаметра за счет увеличения их эксплуатационной стойкости путем нанесения на внутреннюю поверхность покрытия, обеспечивающего ее эффективную защиту от коррозии и износа при транспортировке химически активных жидкостей и питьевой воды.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе нанесения защитного покрытия на внутреннюю поверхность магистральной трубы, включающем предварительную очистку этой поверхности, нанесение покрытия и его сушку, причем на стадии предварительной очистки внутреннюю поверхность трубы сушат, производят ее струйную обработку и удаляют с нее пыль продувкой воздухом, согласно предложенному техническому решению в ходе предварительной очистки внутренней поверхности трубы сначала производят ее обезжиривание щелочным раствором с последующей промывкой деионизированной водой и сушкой, а струйную очистку производят дробеметным методом с использованием стальной колотой дроби размером не более 1,6 мм до получения на внутренней поверхности высоты микронеровностей Rz=30-120 мкм и содержания на ней солей не более 50 мг/м², и после завершения предварительной очистки внутренней поверхности трубы, после продувки воздухом производят ее предварительный подогрев, после чего на эту поверхность методом безвоздушного распыления через форсунки наносят один или более слоев защитного покрытия, причем в качестве покрытия используют отверждаемую полиамином эпоксидную композицию, не содержащую растворителя, а после нанесения покрытия производят его отверждение путем нагрева до температуры 60-120°C и выдержки при этой температуре на протяжении не менее 4 часов.

Кроме того, для повышения эффективности способа, предварительный подогрев целесообразно производить не позднее, чем через шесть часов после завершения предварительной очистки внутренней поверхности трубы, после продувки воздухом. Причем предварительный подогрев производят до температуры, превышающей точку росы не менее чем на 3°C, при относительной влажности воздуха не более 90%.

Помимо этого, суммарная толщина «мокрой» пленки наносимого защитного покрытия может составлять 300-800 мкм.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в следующем. Для осуществления предварительной очистки внутренней поверхности трубы ее сначала обезжиривают щелочным раствором. Это позволяет растворить и удалить производственные загрязнения поверхности в виде следов масла, смазки, грязи и неплотно прилегающей окалины. Последующая промывка деионизированной водой направлена на снятие с поверхности зарядов статического электричества, которые могут препятствовать прилипанию к поверхности эпоксидной краски. Для удаления следов промывочной воды трубу сушат. Такая подготовка обеспечивает отсутствие на внутренней поверхности трубы производственных загрязнений, которые могут препятствовать адгезии покрытия к металлу. Затем производят дробеметную обработку внутренней поверхности трубы стальной колотой дробью размером не более 1,6 мм. Использование колотой дроби позволяет обеспечить требуемую величину выступов и впадин на микрорельефе обрабатываемой поверхности при достаточном наклепе. Также достигается разрушение и практически полное удаление с поверхности трубы прокатной окалины, что способствует улучшению сцепления покрытия с металлом. Если для предварительной дробеметной обработки внутренней поверхности трубы использовать стальную колотую дробь размером более 1,6 мм, то для тонкостенных труб это может привести к увеличению наклепа поверхностной зоны. Соответственно, возможно увеличение неравномерности распределения механических свойств по толщине стенки трубы, неблагоприятно сказывающееся на ее эксплуатационных характеристиках.

Дробеметную обработку ведут до получения на внутренней поверхности трубы высоты микронеровностей Rz=30-120 мкм и содержания солей не превышающего 50 мг/м². Наличие таких микронеровностей обеспечивает достаточно высокую величину адгезии покрытия к внутренней поверхности трубы за счет увеличения площади контакта металла с эпоксидной композицией при обтекании последней выступов и впадин микрорельефа поверхности. Если дробеметная обработка трубы приводит к получению на поверхности высоты микронеровностей Rz<30 мкм, то микрорельеф этой поверхности будет слишком сглаженным - высота его выступов и глубина впадин не позволит обеспечить плотное прилипание пленки покрытия к поверхности трубы. В то же время для внутренней поверхности трубы с высотой микронеровностей Rz>120 мкм при минимальной толщине «мокрой» пленки 300 мкм характерно появление шероховатости на поверхности покрытия после его нанесения. Такая шероховатость неблагоприятно сказывается на гладкостных характеристиках покрытия и препятствует свободному ламинарному течению жидкости по трубе.

Минимизация допустимого содержания солей на обрабатываемой поверхности способствует беспрепятственному прилипанию к ней пленки эпоксидного покрытия. При содержании солей на поверхности трубы более 50 мг/м² существенно ухудшается контакт между материалом защитного покрытия и металлом трубы, что препятствует их взаимному прилипанию. Недостаточная адгезия покрытия неблагоприятно сказывается на его эксплуатационных свойствах.

После завершения дробеметной обработки осуществляют продувку полости трубы воздухом для удаления с ее внутренней поверхности образовавшейся при этом пыли, препятствующей прилипанию пленки защитного покрытия к металлу.

Затем производят подогрев обрабатываемой трубы. Это позволяет избежать появления на внутренней поверхности трубы водяного конденсата, наличие которого при нанесении покрытия способно приводить к отслоению последнего и неблагоприятно сказывается на его долговечности. В ряде случаев целесообразно подогревать трубу до температуры, превышающей точку росы не менее чем на 3°C, при относительной влажности воздуха не более 90%. Если температура подогрева обрабатываемой трубы перед нанесением покрытия превышает точку росы менее чем на 3°C или относительная влажность воздуха составляет более 90%, то вероятность появления влаги на ее поверхности слишком велика. При этом также могут возникнуть проблемы с адгезией покрытия к поверхности трубы и, соответственно, с его работоспособностью.

На подогретую поверхность методом безвоздушного распыления через форсунки наносят один или более слоев защитного покрытия. Суммарная толщина «мокрой» пленки может составлять 300-800 мкм. Суммарная толщина «мокрой» пленки защитного покрытия менее 300 мкм не может обеспечить достаточно высокую устойчивость к механическим повреждениям, т.к. защитная пленка слишком тонка для этого. В то же время использование защитного покрытия толщиной более 800 мкм не позволяет получить необходимое качество его прилипания к металлу. Это связано с тем, что адгезия пленки к основе снижается с увеличением толщины этой пленки.

При этом покрытие может наноситься не позднее, чем через 6 часов после завершения предварительной очистки внутренней поверхности трубы и после продувки трубы воздухом. Это позволяет избежать попадания на контактную поверхность трубы цеховой пыли и других производственных загрязнений, препятствующих последующей адгезии покрытия к металлу. В качестве покрытия используют отверждаемую полиамином эпоксидную композицию, не содержащую растворителя. Отсутствие растворителя и химически нейтральный состав эпоксидной композиции дает возможность использовать полученные трубы в трубопроводах под питьевую воду.

Для проведения отверждения нанесенного эпоксидного покрытия производят нагрев трубы до температуры 60-120°C с последующей выдержкой при этой температуре на протяжении не менее 4 часов. Полученное твердое эпоксидное покрытие характеризуется высокой износостойкостью, достаточной твердостью, гладкой поверхностью и химической пассивностью к воздействиям внешней среды, что позволяет использовать такие коррозионно-стойкие и износостойкие трубы в трубопроводах под жидкости и питьевую воду.

Применение способа поясняется примером его реализации. В рамках экспериментального определения оптимальных параметров процесса производили нанесение гладкостного защитного покрытия на внутреннюю поверхность трубы ⌀1420×12 мм из стали 17Г1С-У. В ходе предварительной очистки внутренней поверхности трубы сначала производили ее обезжиривание 10%-ным раствором натриевого щелока NaOH. Для последующей промывки использовали деионизированную воду. Сушку трубы после промывки осуществляли путем ее продувки теплым воздухом из промышленного вентилятора в течение 15 мин. Для струйной очистки трубы применяли дробемет со стальной колотой дробью размером 1,1 мм. После дробеметной обработки на внутренней поверхности трубы была получена высота микронеровностей Rz=60-70 мкм, измеренная с помощью профилометра Mitutoyo SJ-201P. Проверка с помощью прибора SCM 400 показала содержание солей на обрабатываемой поверхности около 30 мг/м². Через два часа после завершения дробеметной обработки внутренней поверхности трубы проводили продувку трубы воздухом с последующим подогревом до температуры 28°C, превышающей точку росы для данных производственных условий (температура воздуха 25°C и влажность 85% - точка росы 22,3°C) на 5,7°C. После этого на внутреннюю поверхность трубы методом безвоздушного распыления через форсунки наносили два слоя эпоксидного покрытия с суммарной толщиной «мокрой» пленки 500 мкм. В качестве покрытия использовали отверждаемую полиамином эпоксидную композицию, не содержащую растворителя, скомпонованную в соотношении «основа-отвердитель»: 6,8/2 по объему. После нанесения покрытия производили его отверждение при помощи нагрева до температуры 80°C с выдержкой при этой температуре на протяжении 5 часов. В результате была получена труба с внутренним гладкостным коррозионно-стойким покрытием, качество которого соответствовало предъявляемым требованиям.

В целом предложенные технологические параметры нанесения защитного покрытия обеспечивают его высокое качество, а также достаточно высокую адгезию к внутренней поверхности трубы, необходимую для ее эффективной эксплуатации при транспортировке различных жидкостей и питьевой воды.

Таким образом, полученные данные подтверждают правильность рекомендаций по выбору величины технологических параметров предложенного способа нанесения защитного покрытия на внутреннюю поверхность магистральной трубы. Использование этого способа позволяет повысить надежность и долговечность трубопроводов для питьевой воды и коррозионно активных жидкостей.