Специфические российские проблемы в области защитных покрытий трубопроводов

А.Я. Гольдфарб

 

При этом беспрецедентное по масштабу и диапазону условий эксплуатации использование ленточной изоляции обычно представляют как вынужденную меру, обусловленную высокими темпами строительства и отсутствием в то время приемлемой альтернативы. На деле такое объяснение – не более чем лукавая отговорка, скрывающая принципиальные ошибки, допущенные отраслевыми НИИ профильных министерств, формировавшими техническую политику в области защиты трубопроводов от коррозии.

Уже к концу 70-ых г.г. применение труб с заводскими наплавляемыми эпоксидными либо экструдированными полиэтиленовыми покрытиями превратилось из тенденции развития в сложившуюся, широко используемую во всем мире, практику строительства трубопроводов. И только советские ведомства, сооружавшие и эксплуатировавшие трубопроводы, упорно не хотели видеть очевидные, подтвержденные опытом, преимущества этого варианта изоляции: несравнимо более высокую, гарантированную надежность защиты, увеличение темпов строительства при существенно меньших затратах. В результате первые производства по нанесению заводских покрытий на Волжском (1976 г.) и Харцызском (1982 г.) трубных заводах, созданные без всякой поддержки потребителей труб, испытывали постоянные проблемы с реализацией продукции. Их загрузка составляла в этот период не более 70 % и 80 % соответственно. При этом значительная часть изолированных на Волжском заводе труб использовалась для строительства водоводов, ремонта газопроводов II категориии, других трубопроводов менее ответственного назначения. В то же время на трассах строительства магистральных трубопроводов продолжалось повсеместное применение неэффективных и дорогостоящих импортных лент, на закупку которых ежегодно тратилось порядка $ 100 млн.

Такая, обструкционистская по сути, политика потребителей явилась основной причиной того, что увеличение объемов производства труб с покрытием путем создания линий изоляции труб большого диаметра на трубных заводах было задержано на четверть века. Примечательно, что по заключенному в 1985 г. Миннефтегазстроем контракту было закуплено импортное оборудование и в 1991 г. на предприятии «Трубоизоляция» в г. Новокуйбышевске запущено крупнейшее в мире (!) производство липких полимерных лент, применение которых к тому времени для изоляции трубопроводов во всем мире практически прекратилось.

К сожалению, и для реализуемой сегодня в России технической политики в области защитных покрытий характерно игнорирование мирового, в том числе отечественного опыта, что предопределяет существующие и будущие проблемы в защите трубопроводов от коррозии. Прежде всего, это относится к отечественной нормативной базе, поскольку именно технические требования к покрытиям явились основной причиной и инструментом торможения развития современных способов изоляции. Так, уже готовые проекты по строительству линий изоляции труб на ряде трубных заводов СССР в свое время не были реализованы из-за отсутствия согласованных с потребителями технических условий на трубы с покрытием. Только появление в России международных проектов строительства трубопроводных систем (Каспийский трубопроводный консорциум, Карачаганакский проект и др.), однозначно ориентированных на заводскую изоляцию по международным, а не российским спецификациям стимулировало как производителей труб на создание производств по нанесению заводских покрытий, так и отечественных владельцев трубопроводов на переход к заводской изоляции.

Что же касается отечественных нормативных документов, то и сегодня они  по многим направлениям не только не стимулируют прогресс в технике изоляции трубопроводов, но зачастую дезориентируют его развитие. Прежде всего, это относится к таким основополагающим стандартам, как ГОСТ Р 51164-98 и ГОСТ 9.602-2005, системным недостатком которых, постоянно перекочевывающим из предшествующих редакций и нормативов и принципиально отличающим их от общепризнанных зарубежных,  является совмещение в одном документе наряду с общими положениями по защите от коррозии, что соответствовало бы их названию, большого количества частных вопросов и детальных технических требований ко всем возможным способам защиты и вариантам их исполнения. Так, ГОСТ Р 51164 содержит практически не связанные между собой вопросы электрохимзащиты и технические требования к 22 конструкциям защитных покрытий, условия их применения, методики испытаний и контроля и даже требования к исходным изоляционным материалам.
     Такая попытка «объять необъятное» предопределила сложную для восприятия, запутанную форму изложения, не позволила корректно описать конструкции покрытий и требования к ним. В громоздких таблицах с многочисленными примечаниями и сносками запутались сами разработчики документа, допустив большое количество неточностей, ошибок и несуразностей. Так, если следовать таблице 2, показатель прочности при ударе нормируется для всех покрытий заводского и трассового нанесения, а для покрытий базового нанесения этот показатель не нормируется. Сами понятия «базовое» и «заводское» в документе никак не определены, хотя в классификации покрытий и требованиях они используются как различающиеся. Показатель прочности при разрыве, который имеет значение только как технологическое требование  для рулонных материалов, наносимых с натяжением, включен в требования к готовому покрытию трубопровода всех конструкций. Причем примечание к требованию по этому показателю скорее запутывает смысл, нежели его разъясняет. Из более чем трех десятков нормируемых показателей, требования к их контролю изложены только для пяти. Перечень подобных нелепостей, усугубляемых к тому же крайней неряшливостью в терминологии, можно продолжать сколь угодно долго. Однако более принципиальные недостатки этого документа заключаются в принятой классификации покрытий, условиях применения тех или иных конструкций, а также перечне нормируемых показателей и уровне требований к ним.

Так, наряду с современными высоконадежными покрытиями на основе экструдированного полиэтилена, полиуретановых композиций, эпоксидных красок в перечень покрытий усиленного типа (высшего по этому стандарту) включены различные конструкции покрытий из липких полимерных лент и битумных мастик. Кроме того, сюда же отнесены экзотические конструкции, в которых экструдированный полиэтилен наносится поверх битумной мастики либо липкой полимерной ленты. Использование такого странного симбиоза, изобретенного, по-видимому, в условиях дефицитной советской экономики в связи с отсутствием в то время приемлемых отечественных клеевых композиций  и сложностью закупки их по импорту, не может быть оправдано ни техническими, ни экономическими соображениями. В  то же время в перечне конструкций отсутствует вариант напыляемых покрытий на основе жидких эпоксидных композиций, который давно и успешно применяется за рубежом, а в последние годы – и в России для изоляции горячих участков, арматуры, соединительных элементов, трубопроводов компрессорных станций и при переизоляции линейных участков.

Применение покрытий на основе эпоксидных красок заводского нанесения (очевидно, подразумеваются порошковые краски) необоснованно ограничено трубами диаметром 820 мм, что ставит этот современный вид изоляции на более низкий уровень, чем покрытия на основе липких лент или битумных мастик (конструкции № 11, 16, 18). При этом совершенно игнорируется как мировой, так и 30-летний отечественный опыт эксплуатации тысяч километров трубопроводов с эпоксидным покрытием, в том числе диаметром 1220 мм.

Странное недоверие к высокотехнологичным современным покрытиям проявилось также и в отношении полиуретановых покрытий, для которых устанавливается минимальная толщина 2 мм, в то время как в зарубежных стандартах она в зависимости от условий эксплуатации составляет 1,0-1,5 мм.  Такое бездумное повышение толщины, во-первых, не приводит к сколько-нибудь существенному повышению функциональных характеристик покрытий, а во-вторых, технологически невыполнимо. Нанесение полиуретанов происходит путем напыления «мокрого по мокрому». Для подавляющего большинства применяемых в мире композиций при попытке нанесения покрытий толщиной более 1,5 мм происходит стекание материала с образованием наплывов и потеков на боковых поверхностях изделий и «бороды» на нижних частях. Кроме того, исходные материалы весьма дороги, и увеличение толщины на 0,5 мм приводит к бессмысленным затратам не менее чем $ 30 тыс. на 1 км трубопровода диаметром 1020 мм. Очевидно, что такие искусственно созданные проблемы не способствуют широкому внедрению в России этого прогрессивного вида изоляции.

Вообще установленные ГОСТ Р 51164 технические требования к покрытиям не сопоставимы с любыми зарубежными стандартами, т.к. они существенно отличаются от них по номенклатуре показателей и методам испытаний. Так, если наиболее авторитетный стандарт в отношении трехслойных полиэтиленовых покрытий EN 10285 регламентирует десять показателей, то в ГОСТ Р 51164 их 18. При этом почти по всем совпадающим показателям нормы на них существенно различаются.

Почти все указанные недостатки, причем в более выраженной форме, присущи и ГОСТ 9.602-2005, что удивительно, так как последняя редакция этого стандарта разработана почти на десять лет позже в условиях действия Закона РФ «О техническом регулировании», статья 12 которого прямо предписывает при разработке национальных стандартов принимать в качестве основы международные стандарты.

Судя по названию, в отличие от ГОСТ Р 51164 объектом стандартизации в этом документе являются подземные сооружения вообще, в то время как в тексте речь идет только о части подземных стальных трубопроводов, некоторых видах кабелей и стальных резервуарах. Перечень подземных сооружений, не входящих в область действия этого стандарта, гораздо шире. При этом значительная часть документа посвящена объектам, не относящимся к подземным сооружениям, но являющихся источниками блуждающих токов, то есть к электрифицированному рельсовому транспорту и, вообще, к любым промышленным предприятиям. Безусловно, вопросы ограничения блуждающих токов очень важны для защиты от коррозии подземных металлических сооружений. Однако требования к проектированию, строительству и эксплуатации возможных их источников должны быть прописаны в отдельных документах на эти объекты. Также непонятна необходимость объединения в одном стандарте таких разнородных, отличающихся по техническим решениям защиты объектов, как трубопроводы, резервуары, кабели, тем более что в тексте практически все положения относительно них  изложены в отдельных пунктах. Вообще, этот документ скорее представляет собой некое справочное пособие по вопросам защиты от подземной коррозии, чем стандарт. К сожалению, и в этом качестве его использование нежелательно из-за низкого уровня, по меньшей мере, в части защитных покрытий трубопроводов.

Прежде всего, это выразилось в крайне консервативном, даже по сравнению с ГОСТ Р 51164, подходе к классификации конструкций покрытий. Например, покрытия на основе липких полимерных лент толщиной 1,8 мм отнесены к высшему («весьма усиленному») типу, а трехслойное полиэтиленовое толщиной 2,5 мм – к низшему («усиленному»). Конечно, покрытия на основе экструдированного полиэтилена внесены разработчиками этого ГОСТ в перечень покрытий усиленного типа, но сделано это при условии запредельных требований по толщине. В списке покрытий весьма усиленного и усиленного типов присутствуют, в основном, одни и те же конструкции, отличающиеся только толщиной, что отражает весьма примитивное представление, что защитная способность и долговечность покрытия определяются не столько его конструкцией и материалами, сколько толщиной. Исключение составляют полиуретановые и эпоксидные покрытия, которые безоговорочно отнесены к просто «усиленным», притом что покрытия из липких лент классифицируются как «весьма усиленные».

Следуя этим подходам, при строительстве трубопроводов с тяжелыми условиями эксплуатации запорную арматуру и соединительные элементы сложной конфигурации необходимо изолировать битумными мастиками (другие конструкции «весьма усиленного» типа просто технологически непригодны), а использование полиуретановых или эпоксидных покрытий как трассового, так и заводского нанесения недопустимо (?!), в то время как именно эти последние варианты и именно для этих целей являются практически безальтернативными вследствие своей технологичности и непревзойденно высокой защитной способности. Не допускается этим стандартом применение таких покрытий  и при ремонте эксплуатируемых трубопроводов, например, при их переизоляции в трассовых условиях, что попросту абсурдно.

Недостаточное знание разработчиками ГОСТ 9.602-2005 современных видов изоляции проявилось также в том, что двух- и трехслойные покрытия на основе экструдированного полиэтилена приведены как одна конструкция, и соответственно, с одними и теми же требованиями и условиями применения. Общеизвестно, что введение в конструкцию слоя эпоксидного праймера значительно улучшило адгезионные характеристики такого покрытия, сняв очень опасную по последствиям проблему двухслойных конструкций – возможность отслоения  в процессе эксплуатации. Учитывая, что все современные линии заводской изоляции труб оснащены оборудованием для нанесения праймера, а также весьма незначительное увеличение стоимости трехслойного покрытия по сравнению с двухслойным, производство и применение двухслойного варианта в последние годы непрерывно снижается. В этой связи непонятно, почему аналогичное покрытие на основе полипропилена, предназначенное для наиболее тяжелых условий, предусмотрено только в двухслойном, практически неприменяемом варианте.

Пункт 6.1, в котором приводятся возможные конструкции покрытий и технические требования к ним, заканчивается формулировкой: «Допускается применять другие конструкции защитных покрытий, обеспечивающие выполнение требований настоящего стандарта». Тем самым фактически разрешается использование любых покрытий, не приведенных в таблице 6, с практически любыми техническими характеристиками, поскольку все требования таблиц 7 и 8 стандарта относятся только к конкретным конструкциям, за исключение показателей грибостойкости и пенетрации.

Подобные логические нестыковки, некорректность формулировок характерны для всего текста стандарта, однако подробный его анализ не входит в задачу данной статьи.

Одной из причин неудовлетворительного качества обоих рассмотренных стандартов является то, что они разработаны институтами, представляющими только интересы организаций, применяющих и эксплуатирующих покрытия, и в них никак не учитываются мнения и  интересы разработчиков и изготовителей материалов и покрытий, предприятий, выпускающих трубы и трубные изделия с защитными покрытиями. Фактически же эти документы отражают, главным образом, предпочтения и амбиции самих разработчиков.

Отсутствие приемлемой системы национальных стандартов в области защитных покрытий, принципиальная невозможность применения ГОСТ Р 51164 и ГОСТ 9.602 для целей сертификации покрытий привели к появлению большого количества разноплановых и противоречащих друг другу внутрикорпоративных требований, регламентов, технических условий и т.п. Так, только на трубы с наружным трехслойным полиэтиленовым покрытием существуют десятки технических условий. При этом каждый завод, производящий такую продукцию, имеет несколько отличающихся по требованиям технических условий, ориентированных на разных потребителей, хотя производится одно и то же покрытие, по одной и той же технологии, на одном и том же оборудовании и, как правило, из одних и тех же материалов и, естественно, одного и того же качества. Проблемы, которые создает такая неразбериха в нормативной документации для проектировщиков трубопроводов, разработчиков и производителей материалов, специалистов строительных, эксплуатирующих и инспектирующих организаций, очевидны.

Попытка в какой-то мере упорядочить ситуацию в части заводских покрытий, предпринятая производителями труб, реализовалась изданием ГОСТ Р 52568-2006, разработанным ОАО «РосНИТИ» теперь уже без участия потребителей труб. В целом, этот стандарт отличается от уже рассмотренных выше наличием конкретного объекта стандартизации – труб с защитным покрытием, что является необходимым условием его использования для сертификации продукции. Можно отметить и несколько более строгую форму и упорядоченность изложения. Тем не менее, и этот стандарт «грешит» серьезными системными недостатками и конкретными ошибками. Бессмысленное объединение в этом стандарте  различных конструкций покрытий с отличающимися требованиями свидетельствует о том, что разработчики ориентировались не на лучшие мировые системы стандартизации, в которых каждой конструкции соответствует свой стандарт, а на все те же  ГОСТ Р 51164 и  ГОСТ 9.602. Приведенная в таблице 1 классификация покрытий по конструкции, назначению и температуре эксплуатации бессистемна и парадоксальна. Так, единственным видом покрытия, обозначенным как «морозостойкое» в соответствии с таблицей 1 является трехслойное полипропиленовое с температурой эксплуатации от минус 20 °С, более того, только это покрытием предназначено исключительно «для районов Крайнего Севера». В то же время различные варианты полиэтиленовых покрытий, в том числе с температурой эксплуатации от минус 60 °С, такого назначения не имеют. Для подводных трубопроводов почему-то предназначено только трехслойное полипропиленовое покрытие, а назначение двухслойного полиэтиленового сформулировано весьма туманно: «для трубопроводов неответственного назначения». Не определено понятие «температура эксплуатации» – не выделены температурные ограничения по транспортированию, хранению и строительно-монтажным работам. Примечание к таблице 1, формулировка которого аналогична рассмотренному выше п.6.1 ГОСТ  9.602, еще более бессмысленна, поскольку  ГОСТ Р 52568 распространяется на трубы с конкретной конструкцией покрытия, а не на трубопроводы.

Технологические требования изложены некорректно, а в части позиций – неграмотно: требования к поверхности металла по загрязненности солями, степени очистки, шероховатости, запыленности приведены без ссылки на нормативные документы и методики контроля; требование п. 4.16: «частицы пыли должны быть диаметром не более 100 мкм»  вообще не поддается осмыслению. Если следовать п.4.18, то после дробеструйной очистки трубы можно выдерживать в течение двух часов при сколь угодно высокой влажности воздуха.

Технические требования к покрытиям изложены также неудобно для пользования, как и в рассмотренных выше стандартах и также избыточны. Более того, требования по адгезии покрытия к стали методом отслаивания повышены в два-три раза, притом что фактически это испытание для современных изоляционных материалов контролирует когезионную прочность клеевого слоя, а не адгезию к стали. Вследствие этого показатель «снижение адгезии покрытия к стали» после выдержки в воде, который нормируется в % от исходного значения, вообще не может быть определен.

Такие же завышенные требования к заводским покрытиям содержатся в большинстве технических условий, составленных под диктовку потребителей труб. Это резко ограничивает перечень исходных материалов покрытий. Так, для производства трехслойных полиэтиленовых покрытий могут использоваться только две-три импортные марки клеевых композиций и полиэтилена, отличающихся повышенной жесткостью, что, вообще говоря, не свидетельствует об их повышенной защитной способности. Очевидно, что такие ограничения не способствуют снижению стоимости изоляции. Кроме того, в настоящее время возник дефицит таких материалов.

В сложившейся сегодня ситуации, когда заводские изоляционные покрытия, а также лучшие варианты трассовых наносятся, в основном, на закупленном за рубежом оборудовании по импортной технологии и из импортных материалов, было бы вполне разумно применить по отношению к покрытиям международно признанные стандарты, например, европейские нормы, о качестве которых можно судить хотя бы по эффективности защиты зарубежных трубопроводов, построенных с соблюдением этих норм. Тем более, что именно этого требует Закон РФ «О техническом регулировании». Принятие такой, достаточно простой, корректно сформулированной и технически грамотной системы стандартов, построенных на принципе разумной достаточности, позволило бы избавиться от существующей в стране межведомственной неразберихи и, несомненно, способствовало бы снятию искусственных препятствий развитию современных способов изоляции подземных трубопроводов. Кстати, подобным же образом могли быть устранены барьеры на пути производства и применения труб с внутренним покрытием. Так, сегодня бóльшая часть трубопроводов систем нефтесбора и поддержки пластового давления эксплуатируется без внутренней изоляции, хотя предприятий, выпускающих трубы с внутренним покрытием, а также готовых организовать аналогичные производства, достаточно много. Единственная проблема – отсутствие требований к покрытию, что, по-видимому, объясняется попытками создать некий всеобъемлющий документ по типу рассмотренных выше ГОСТов.  Вместо этого следовало бы, хотя бы в качестве первого шага, принять широко применяемую в мире норму API RP 5 L7 на трубы с внутренним эпоксидным защитным покрытием. То, что такое покрытие повышает срок службы трубопроводов нефтесбора, как минимум в три раза, доказано практикой, а значит применение труб с таким покрытием, вместо «голых» труб, заведомо экономически оправдано.

Вообще, российской особенностью в подходах к выбору и оценке тех или иных покрытий является сочетание избыточных требований и ограничений по отношению к надежным современным конструкциям с весьма снисходительным отношением к устаревшим либо, наоборот, «оригинальным», не апробированным материалам и технологиям. Ярким примером последнего варианта является покрытие «ПИПТУС» на основе хлорсульфированного полиэтилена. Никогда и нигде не применявшееся для защиты трубопроводов покрытие в короткий срок вошло в перечень разрешенных к применению на магистральных газо- и нефтепроводах при заводском и трассовом нанесении. Только невероятная сложность нанесения и невозможность обеспечения даже минимально необходимых требований к этому покрытию остановило его широкое внедрение.

Гораздо более тяжелых последствий следует ожидать от применения во все возрастающих объемах т.н. комбинированных покрытий из битумно-полимерных мастик горячего нанесения для сплошной переизоляции протяженных участков магистральных газопроводов. Весьма невысокое качество такого, по сути архаичного, покрытия, обусловлено тем, что и без того низкие эксплуатационные характеристики битумных мастик не могут быть в полной мере реализованы из-за крайне неудовлетворительной технологичности процесса формирования многослойной конструкции и невозможности обеспечения требуемых технологических режимов и параметров при механизированном нанесении в трассовых условиях. Кроме того, если в традиционных, применявшихся ранее конструкциях битумных покрытий снижение их защитных свойств могло в определенной мере компенсироваться увеличением тока катодной защиты, то для используемых в настоящее время конструкций такая компенсация невозможна из-за экранирующего действия полимерной обертки.

Наблюдаемое ныне навязывание такой технологии переизоляции трубопроводов напоминает ситуацию с применением липких лент при их строительстве. Так же как и тогда, современные варианты технологии, обеспечивающие требуемое качество защиты, оправдывающие огромные затраты на переизоляцию, игнорируются. К таким вариантам относится, например, нанесение высокотехнологичных напыляемых однослойных покрытий на основе жидких термореактивных композиций (полиуретановых, эпоксидных). Еще более эффективен в наших условиях способ переизоляции, предусматривающий разрезку трубопровода на трубы, доставку их на временно размещаемый вблизи трассы мини-завод, где они проходят отбраковку, восстановление, изолируются заводским покрытием и возвращаются на трассу. Такая схема уже много лет реализуется на Копейском заводе изоляции труб и позволяет в результате переизоляции получить практически новый трубопровод при значительно меньших затратах, чем при переукладке новыми трубами. Однако этот успешный отечественный опыт, базирующийся на мировом, упорно замалчивается.

Приведенный обзор «болевых точек» в проблеме изоляции российских трубопроводов, несомненно, неполный и фрагментарный, позволяет, тем не менее, сделать однозначный вывод о субъективном характере причин их возникновения. Современный мировой уровень развития дает надежные и экономически оправданные варианты технологии, материалов и оборудования для изоляции подземных трубопроводов; отработанную, выверенную практикой систему стандартов в этой области. Нежелание следовать этому успешному опыту и извлекать уроки из своих ошибок – главная, если не единственная, причина сегодняшних и завтрашних специфических российских проблем в защите трубопроводов от коррозии.