РУЛОННЫЙ МАСТИЧНЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2010 года по МПК F16L58/12 

Изобретение относится к промышленному строительству и может быть использовано для защиты от коррозии наружных поверхностей магистральных и нефте-, газо-, продуктопроводов и трубопроводов различного назначения и резервуаров, а также как ремонтный материал для изоляции повреждений основной изоляции.

Стальные трубопроводы, предназначенные для транспортировки воды, газа, нефти и других жидкостей, а также металлические резервуары и нефтехранилища - дорогостоящие и длительное время морально не стареющие сооружения, рассчитанные на долговременную эксплуатацию - до нескольких десятков лет. Надежная и бесперебойная работа трубопроводов и наземных металлических сооружений в значительной степени определяется эффективностью их противокоррозионной защиты. В противном случае они подвергаются интенсивному коррозионному разрушению, что приводит к значительным безвозвратным потерям металла.

Материальные убытки потерь от коррозии в промышленно развитых странах составляют несколько процентов национального валового продукта и постоянно увеличиваются не только из-за высокой стоимости капитального ремонта (например, переизоляции трубопроводов или окраски резервуаров), но и больших затрат, связанных с обеспечением экологической безопасности.

«Косвенные» потери от коррозии трудно поддаются точной оценке и нередко превышают убытки от прямых потерь. Так, коррозионное разрушение нефтепроводов приводит не только к потере сырья, но и к огромным материальным затратам, обусловленным простоем многочисленных промышленных предприятий, загрязнением окружающей среды. Надежность и продолжительность срока службы подземных нефтегазопроводов во многом определяются эффективностью их противокоррозионной защиты.

В настоящее время одним из основных направлений совершенствования борьбы с коррозией является применение новых высокоэффективных изоляционных материалов и конструкций на их основе.

Широкое использование мастик в качестве антикоррозионного материала обусловлено их пластичностью в широком диапазоне температур, низкой проницаемостью, достаточно высокой адгезией, совместимостью практически со всеми видами изоляционных материалов и т.д.

Несмотря на то, что в последние десятилетия появились новые полимерные материалы для антикоррозионной защиты трубопроводов: полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен, эпоксидные смолы и др., свойства нефтяных битумов как изоляционных материалов не теряют своей актуальности.

Известны противокоррозионные покрытия, например «ПЛАСТОБИТ-40», содержащие в качестве мастичного слоя мастики битумно-полимерные «Изобитеп Н» или мастики битумно-резиновые: МБР-100, МБР-90.

Известно антикоррозионное покрытие для труб «ТРАНСКОР» [Патент РФ 2192578 с приоритетом от 10.30.01, кл. 7 F16L 58/12], которая представляет собой многокомпонентную композицию, состоящую из битума, полимера, наполнителя и пластификатора.

Покрытия предназначаются для защиты от коррозии наружной поверхности подземно уложенных газо-, нефте- и продуктопроводов диаметрами до 1220 мм в грунтах с различной коррозионной активностью, эксплуатирующихся при температуре от минус 30 до плюс 40°С.

Недостатками битумно-полимерных составов по комплексу защитных свойств является их недостаточно высокая адгезия к металлу и довольно высокая температура хрупкости. При эксплуатации изоляционных покрытий на основе вышеуказанных составов наблюдаются нарушения антикоррозионной защиты трубопроводов: появление трещин, отслоений, сколов, разрывов.

Удовлетворительными защитными свойствами обладают составы, включающие нефтеполимеры, которые сочетают положительные свойства полимеров и битумов: механическую прочность и достаточно высокую пластичность с более высокой чем у битума адгезией к металлу.

Известно и применяется антикоррозионное покрытие на основе мастики АСМОЛ [ТУ 4859-001-05111644-95. «Покрытие на основе мастики «АСМОЛ» для защиты от коррозии подземных трубопроводов»]. Покрытие предназначено для защиты от подземной коррозии стальных труб, используемых при строительстве газовых и водопроводных сетей, нефтегазопроводов, емкостей для хранения сжиженного газа, прокладываемых и устанавливаемых непосредственно в земле в пределах территории городов, других населенных пунктов и промышленных предприятий. Покрытие соответствует весьма усиленному типу [ГОСТ 9.602-2005. «Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии»] и эксплуатируется при температуре до 40°С.

Следующим этапом развития конструкции изоляционных покрытий на основе мастичных материалов являются мастичные ленты. Они практически лишены недостатков мастичных покрытий и обладают целым рядом серьезных преимуществ, выделяющих их из списка остальных изоляционных материалов.

Известна лента полимерно-битумная ЛИТКОР [ТУ 2245-001-48312016-2001. «Лента полимерно-битумная на основе мастики «ТРАНСКОР» - ЛИТКОР»], предназначенная для защиты от коррозии стальных подземных трубопроводов: нефтепроводов, газопроводов, городских подземных сооружений, продуктопроводов с температурой транспортируемого продукта до +40°С. Применяется для изоляции линейной части, отводов, стыков, углов поворотов, мест врезок, заглушек, мест приварки шин для КУ, других фасонных частей.

К преимуществам ленты ЛИТИКОР можно отнести ее достаточно высокую адгезию к металлическим поверхностям, технологичность нанесения в трассовых условиях (лента «холодного» нанесения) и возможность использования при низких температурах.

Материал рулонный мастичный армированный «РАМ» [ТУ 2245-014-05801845-04. «Рулонный армированный материал «РАМ»], предназначен для защиты от коррозии при проведении в трассовых условиях капитального ремонта изоляционного покрытия газонефтепродуктопроводов диаметром до 1420 мм включительно. Материал «РАМ» получают путем совмещения расплава мастики «Транскор-Газ» специальной рецептуры с армирующей стеклосеткой «ССТ-Б».

Известен полимерный рулонный материал [Патент РФ 2192579 с приоритетом от 30.10.01, кл. 7 F16L 58/12], содержащий слой битумно-полимерной мастики горячего нанесения толщиной 3 мм, которая по своим характеристикам превосходит битумно-резиновые мастики типа МБР-90, МБР-100.

Недостатками покрытий на основе битумно-полимерных мастик являются:

1. Сложная технология нанесения.

2. Зависимость от температуры окружающей среды.

3. Громоздкость оборудования и низкая мобильность оборудования.

4. Высокая трудоемкость и энергоемкость процесса нанесения.

Более технологичными являются ленты, содержащие в качестве мастичного слоя асфальтосмолистые соединения. Это комбинированное ленточное мастичное покрытие [Патент РФ 2265151 с приоритетом от 27.12.04, кл. 7F16L58/04], антикоррозионная изоляционная лента [Патент РФ 10830 с приоритетом от 01.02.99, кл. 6F16L59/10], а также лента антикоррозионная полимерно-асмольная ЛИАМ [ТУ 2257-016-16802026-98. «Лента изоляционная «ЛИАМ» для защиты подземных трубопроводов от коррозии»], армированный материал АРМАС [ТУ 5114-027-16802026-2005. «Армированный материал «АРМАС»].

Одним из основных недостатков таких ленточных покрытий является то, что мастичный слой значительной степени подвержен термоокислительной деструкции. Кроме того, мастичный слой этих лент обладает достаточно высокой степенью водопоглощения, которая со временем усиливается, что является одной из причин, снижающих их эксплуатационные свойства.

Наиболее близкой по технической сущности является антикоррозионная изоляционная лента [Патент РФ 2199051 с приоритетом от 04.03.02, кл. 7 F16L 58/04, прототип], состоящая из:

1. Основа из полимерной ленты.

2. Мастичный слой, состоящий из смеси полимера «Асмол» и битума.

3. Антиадгезивный слой из полиэтилентерефталата.

Достоинствами данной антикоррозионной изоляционной ленты являются ее достаточно высокие защитные свойства и повышенная прочность. Однако наличие значительного содержание битума в мастике (до 30%) обуславливает проявление вышеперечисленных недостатков, характерных для битумно-полимерных мастик, наиболее существенным из которых является сужение диапазона температур нанесения материала на поверхность. Также к недостаткам прототипа можно отнести использование только одного вида антиадгезива - полиэтилентерефталата, что существенно снижает сырьевую базу для производства данной антикоррозионной ленты.

Технической задачей изобретения является улучшение эксплуатационных свойств противокоррозионной ленты, в частности стабилизация адгезии при увеличении диапазона температур, увеличение адгезии мастичной ленты к поверхности металла с течением времени, сохранение высокой пластичности и защитных свойств при длительной эксплуатации, возможность использования предлагаемого рулонного мастичного материала в качестве ремонтного для изоляции повреждений основной изоляции без высокой степени подготовки поверхности металла перед нанесением, а также обеспечение надежного заполнения околошовных зон, усиление сварного стыка («шатровые» зоны) и мест перехода к основной изоляции трубопровода.

Поставленная техническая задача достигается за счет того, что рулонный мастичный материал, состоящий из основного слоя, мастичного слоя и антиадгезивного слоя, согласно изобретению в качестве основного слоя содержит полимерные ленты (многослойные полиэтиленовые, термоусаживающиеся полиэтиленовые, полипропиленовые, поливинилхлоридные), в качестве мастичного материала содержит битум, асфальтосмолистые соединения, растворитель, термоэластопласт, пластификатор, модифицирующие добавки, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Битум 3-5 Асфальтосмолистые соединения 65-82 Растворитель 5 Термоэластопласт 3-7 Пластификатор 6-15 Клей АС-М 1-3

В мастичном слое рулонного материала в качестве асфальтосмолистых соединений используют продукт сополимеризации кубовых остатков производства изопрена с АСВ асфальта пропановой деасфальтизации гудрона в присутствии серной кислоты, которая играет роль катализатора и сульфирующего агента. Высокая концентрация парамагнитных центров и наличие компонентов с разветвленной системой двойных связей, а также участков с делокализацией π-электронов означает возможность применения асфальтосмолистых олигомеров в качестве стабилизаторов полимеров и пластмасс в процессах термической, фотохимической и радиохимической деструкции [М.Ю.Доломатов, С.В.Пестриков, Э.А.Юсупов, С.А.Александрова «Асфальтосмолистые олигомеры. Применение и физико-химические свойства». - ЦНИИТЭнефтехим, 1992. - 62 с.].

В качестве битума используют битум нефтяной с температурой по методу КиШ 90-100°С, модифицирующих добавок - клей АС-М.

Клей АС-М (антикоррозионная клеевая композиция) представляет собой раствор резиновой смеси на основе бутилкаучука и нефтеполимера Асмол в бензине - растворителе для резиновой промышленности, обладает адгезивными и антикоррозионными свойствами и используется как клеевой слой при нанесении липких лент или при приклеивании полимерных материалов к металлической поверхности [ТУ 2513-032-16802026-2007. «Антикоррозионная клеевая композиция (клей АС-М)»].

Битумы нефтяные - искусственные, остаточные продукты переработки нефти, имеющие твердую или вязкую консистенцию и состоящие из углеводородов и гетероатомных (кислородных, сернистых, азотистых, металлсодержащих) соединений. В состав нефтяных битумов входят следующие группы веществ, различающихся по растворимости: асфальтены, асфальтогеновые кислоты, нейтральные смолы, нефтяные масла, карбены, карбоиды.

Асфальтены обуславливают твердость и высокую температуру размягчения битума, смолы - его эластичность и цементирующие свойства, масла - морозостойкость [http://ru.wikipedia.org/wiki; ГОСТ 6617-76. «Битумы нефтяные строительные. Технические условия»].

В качестве растворителя используется растворитель нефрас (сольвент нефтяной тяжелый) - это ароматический растворитель, используемый при производстве лаков, красок и эмалей [ТУ 38.101809-90. «Сольвент нефтяной тяжелый (Нефрас-А 120/200)»].

Термоэластопласты (термопластичные эластомеры), полимерные материалы, обладающие в условиях эксплуатации высокоэластичными свойствами, характерными для эластомеров, а при повышенных температурах обратимо переходящие в пластическое или вязкотекучее состояние. Свойства термоэластопластов обусловлены особенностями их структуры - образованием двухфазной системы вследствие термодинамической несовместимости гомополимеров, образующих жесткие блоки термопласта (например, полистирола, полиэтилена, полибутилентерефталата и т.п.) и эластичные блоки (например, полибутадиена, полиизопрена, полиоксиалкиленгликоля, сополимеров этилена с пропиленом и т.п.) в макромолекуле термоэластопластов. Отсутствие химических связей между цепями полимеров обусловливает их текучесть при повышенных температурах и для получения изделий позволяет использовать литье под давлением, экструзию, вакуумформование, пневмоформование и т.д. [Гохман Л.М., Басурманова И.В., Радовский Б.С., Мозговой В.В. Применение полимерно-битумного вяжущего на основе ДСТ. - Автомобильные дороги. - 1989. - №7. - С.12-14; Гохман Л.М. Подбор состава полимерно-битумного вяжущего (ПБВ) // Автомобильные дороги. - 1995. - №10-11. - С.22-24.].

Пластификаторы - низкомолекулярные органические вещества, которые, будучи введенными в полимер на стадии его приготовления, уменьшают взаимодействие между соседними макромолекулами. Пластификаторы вводят в состав полимерных материалов для придания (или повышения) эластичности и (или) пластичности при переработке и эксплуатации [Кербер М.Л. Химический энциклопедический словарь. Гл. ред. И.Л.Кнунянц. - М.: Советская энциклопедия, 1983. - 792 с.; ГОСТ 8988 - 2002. «Масло рапсовое. Технические условия»].

Для предотвращения слипания мастичного материала в рулоне на мастичный слой наносится антиадгезивный материал. В качестве антиадгезивного слоя в предлагаемой рулонном материале используются:

1. Фторопластовая пленка.

2. Антиадгезионные (силиконизированные) пленки и бумаги, которые представляют собой пленки и бумаги с нанесенным кремнийорганическим (силиконовым) слоем.

Сульфоновые группы, содержащиеся в асфальтосмолистых соединениях, являются агентом, обеспечивающим высокую степень адгезии к металлической поверхности трубопровода. Асфальтосмолистые соединения обеспечивают совместимость данного состава с широким спектром материалов (кровельные покрытия, строительные конструкции), возможность нанесения рулонно-мастичного материала на поверхность без предварительного подогрева.

Мастичный слой предлагаемого рулонного материала содержит клей АС-М как дополнительный агент, усиливающий адгезию за счет обеспечения первичной адгезии материала к поверхности.

Таким образом, мастичный слой, используемый в предлагаемом рулонном материале, обуславливает стабильную адгезию в широком диапазоне температур, обеспечивает возможность использования рулонного мастичного материала в качестве ремонтного для изоляции повреждений основной изоляции без высокой степени подготовки поверхности металла перед нанесением, а также обеспечивает надежное заполнение околошовных зон, усиление сварного стыка («шатровые» зоны) и мест перехода к основной изоляции трубопровода.

В качестве антиадгезивного слоя рулонного мастичного материала возможно использование любых пленок и бумаг, покрытых силиконовым слоем, что удешевляет его и расширяет сырьевую базу для его производства.

На поверхность трубы рулонный мастичный материал наносится как ручным способом, с использованием ручных изоляционных машин, так и механизированно - с использованием изоляционных машин в составе изоляционно-укладочных колонн.

В ходе исследований были получены и испытаны варианты рулонно-мастичного материала, из которых были выбраны оптимальные. Содержание компонентов мастичного слоя в приведенных примерах указано в мас.%.

Пример 1

1 слой - Поливинилхлоридная лента.

2 слой - Мастичный:

Битум 5 Асфальтосмолистые соединения 65 Термоэластопласт 7 Пластификатор 15 Клей АС-М 3 Растворитель 5

3 слой - Фторопластовая пленка.

Пример 2

1 слой - Многослойная полиэтиленовая лента.

2 слой - Мастичный:

Битум 3 Асфальтосмолистые соединения 77 Термоэластопласт 4 Пластификатор 8 Клей АС-М 3 Растворитель 5

3 слой - Полиэтиленовая пленка.

Пример 3

1 слой - Полипропиленовая лента.

2 слой - Мастичный:

Битум 3 Асфальтосмолистые соединения 82 Термоэластопласт 3 Пластификатор 6 Клей AC-M 1 Растворитель 5

3 слой - Фторопластовая пленка.

В таблице приведены показатели качества покрытия металлических поверхностей рулонным мастичным материалом. Испытания проводились согласно требований ГОСТ Р 51164-98.

Как показали проведенные испытания, предлагаемый рулонный мастичный материал

1. Не требует подогрева поверхности металла и мастичного слоя перед использованием. Температура окружающей среды при нанесении ленты составляет: зимой - от минус 20°С до плюс 5°С, летом - от плюс 5°С до плюс 35°С.

2. Нанесение рулонного мастичного материала возможно на поверхность металла с 4-й степенью очистки. Данная степень обеспечивается зачисткой поверхности металла металлической щеткой, что легко реализуется в трассовых условиях.

3. Рулонный мастичный материал совместим с различными типами изоляций, что позволяет изолировать сварные стыки как труб с заводской изоляцией экструдированным полиэтиленом, так и труб с изоляцией на основе липких лент и битумных мастик.

Таким образом, в результате проведенного тестирования подтверждено, что предлагаемый рулонный мастичный материал обладает улучшенными эксплуатационными свойствами, в частности повышенной адгезией к поверхности металла, причем с течением времени данный показатель увеличивает свою величину; сохраняет высокую пластичность и защитные свойства при длительной эксплуатации. Рулонный мастичный материал можно использовать в широком диапазоне температур, а также в качестве ремонтного для изоляции повреждений основной изоляции без высокой степени подготовки поверхности металла перед нанесением. Предлагаемый рулонный материал обеспечивает надежное заполнение околошовных зон, усиление сварного стыка («шатровые» зоны) и мест перехода к основной изоляции трубопровода.

Материал предназначен для защиты от коррозии наружных поверхностей магистральных и нефте-, газо-, продуктопроводов и трубопроводов различного назначения и резервуаров, а также как ремонтный материал для изоляции повреждений основной изоляции. Материал состоит из основного слоя, мастичного слоя и антиадгезивного слоя, содержит в качестве основного слоя полимерную ленту, в качестве мастичного материала содержит битум, асфальтосмолистые соединения, растворитель, термоэластопласт, пластификатор, модифицирующую добавку, при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум 3-5, асфальтосмолистые соединения 65-82, растворитель 5, термоэластопласт 3-7, пластификатор 6-15, клей АС-М 1-3. Технический результат - улучшение эксплуатационных свойств. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Рулонный мастичный материал, содержащий основу из полимерной ленты, мастичный слой и антиадгезивный слой, отличающийся тем, что в качестве мастичного слоя он содержит битум, асфальтосмолистые соединения, растворитель, термоэластопласт, пластификатор, модифицирующую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
битум 3-5 асфальтосмолистые соединения 65-85 растворитель 5 термоэластопласт 3-7 пластификатор 6-15 клей АС-М 3-9,

2. Рулонный мастичный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве антиадгезивного слоя используют антиадгезионные (силиконизированные) пленки и бумаги.