Основные принципы формулирования и обеспечения потребительского качества покрытий оборудования и сооружений нефтегазовой отрасли Протасов В.Н. Руководитель лаборатории «Конструирование полимерных покрытий нефтегазового оборудования и сооружений» Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина 1

2 Покрытие изделия – это поверхностный слой изделия из одного или нескольких последовательно расположенных материалов с требуемым комплексом свойств, структурированных непосредственно на изделии и определяющих качество поверхности этого изделия Качество поверхности изделия– сущность поверхности изделия, выражаемая ее микрогеометрией, механическими и физико-химическими свойствами поверхностного слоя

3 Качество покрытия конкретного изделия – сущность покрытия этого изделия, выражаемая совокупностью его свойств, показателей свойств и значений показателей, определяющих эту сущность Сущность покрытия – это то, что делает его определенным и отличает от других покрытий

Категории качества покрытия Фактическое качествоПотребительское качество 4

Фактическое качество покрытия – фактическая сущность покрытия, выражаемая совокупностью присущих ему свойств, показателей свойств и значений показателей 5

6 При контроле фактического качества покрытия оценивают ту часть его сущности, которая обусловливает способность покрытия выполнять свое назначение. В ряде случаев решают обратную задачу, т.е. исходя из фактического качества покрытия выявляют его назначение

Потребительское качество покрытия – потребительская сущность покрытия, обусловливаемая его назначением и выражаемая комплексом потребительских свойств покрытия, показателей этих свойств и норм на показатели, обеспечивающих способность покрытия выполнять свое назначение с требуемой надежностью, безопасностью и технологичностью 7

Назначение покрытия – это функции, которые должно выполнять покрытие, условия, в которых должны выполнятся эти функции, регламентированный срок службы покрытия 8

Технические требования к покрытию являются нормативным документом, определяющим потребительское качество этого покрытия в виде комплекса его потребительских свойств, показателей свойств, норм на показатели и методов контроля, определяющих способность покрытия выполнять свое назначение с требуемой надежностью, безопасностью и технологичностью 9

Свойства покрытия, определяющие его потребительское качество Способность выполнять свое назначение НадежностьБезопасностьТехнологичность 10

11

12

Виды опасных внешних воздействий на внутреннее покрытие труб способные вызвать изменение его свойств Контролируемые свойства покрытия СВ 1 СВ 2 СВ 3 СВ 4 СВ 5 СВ 6 СВ 7 На стадии хранения: ВВ 1 На стадии проведения СМР: ВВ 2 + На стадии эксплуатации: ВВ 3 ВВ 4 ВВ 5 ВВ 6 ВВ

Виды опасных внешних воздействий на внутреннее покрытие труб на различных стадиях жизненного цикла Моделирующие виды внешних воздействий на внутреннее покрытие труб в лабораторных условиях ВВ 1 ВВ 2 ВВ 3 ВВ 4 ВВ 5 ВВ 6 ВВ 7 ВВМ 1 ВВМ 2 ВВМ 3 ВВМ 4 ВВМ 5 ВВМ 6 ВВМ 7 14

СвойствоПоказательНормаМетод контроля 1.СВ 1 -в исходном состоянии -при ВВМ 1 -при ВВМ 2 -при ВВМ n ПК 1 Н1Н1Н1Н1Н1Н1Н1Н1 К1К1 2.СВ 2 -в исходном состоянии -при ВВМ 1 -при ВВМ 3 ПК 2.1 ПК 2.2 Н 2.1 Н 2.2 (τ P ) К2К2 15

Норма СВ 1н (Безотказность) СВ 2н (Долговечность) СВ 3н (Ремонтопригодность) СВ 4н (Сохраняемость) Показатель Метод контроля Показатель Норма Метод контроля Показатель Норма Метод контроля Показатель Норма Метод контроля Надежность покрытия 16

Безопасность покрытия СВ Б1 (Взрывобезопасность) СВ Б2 (Экологичность) Показатель (Концентрация взрывоопасных (веществ) Метод контроля Показатель (Концентрация экологически опасных веществ) Показатель СВ Бi Норма Метод контроля Норма Метод контроля Норма 17

Технологичность покрытия СВ Т1 (Удельная материалоемкость) СВ Т2 (Контролепригодность) Показатель Норма Показатель Норма Показатель Норма СВ ТI (Удельная трудоемкость) Метод контроля 18

Разработка технических требований к покрытию изделия является в большинстве случаев достаточно сложной многофакторной задачей, требующей высокой квалификации, логического мышления и системного подхода разработчика этих требований. Разработке технических требований к покрытию изолируемой поверхности конкретного изделия должно предшествовать создание банка данных о функциях, которые должно выполнять покрытия данного изделия, видах опасных внешних воздействий на покрытие на стадиях хранения, транспортирования, монтажа, эксплуатации и ремонта изолированного изделия. Лабораторией «Конструирование полимерных покрытий нефтегазового оборудования и сооружений» кафедры машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина созданы подобные банки данных для внутреннего и наружного покрытия элементов нефтепромысловых трубопроводов, внутреннего покрытия насосно- компрессорных и бурильных труб, деталей наземных и скважинных насосов, насосных штанг, оборудования для подготовки и хранения нефти. 19

Разработкой технических требований к покрытию конкретного изделия должна заниматься служба качества разработчика этого изделия в сотрудничестве со службой качества потребителя изделия 20

В отечественных и зарубежных cтандартизированных и корпоративных технических требованиях, определяющих потребительское качество покрытий различных изделий, содержатся гарантируемые производителем изделия характеристики освоенных промышленностью конструкций покрытий из разнообразных материалов, конкретные марки материалов, правила выполнения отдельных технологических операций и т.п. Подобные данные должны содержаться не в технических требованиях потребителя к покрытию, а в технических условиях производителя изделия с покрытием, разрабатываемых на основе технических требований потребителя 21

Недопустимо указывать в технических требованиях потребителя к покрытию конкретного изделия марки материалов для этого покрытия, конструкцию покрытия, отдельные технологические операции подготовки изолируемых поверхностей под покрытие и т.п. Ведь сами технические требования к покрытию определяют пригодность тех или иных конструкций и материалов покрытий, технологий их применения. В отечественных и зарубежных стандартах, определяющих потребительское качество покрытий конкретных изделий, в частности труб и соединительных деталей, технические требования к покрытию подменяются гарантируемыми производителями характеристиками освоенных ими конструкций покрытий из конкретных материалов, которые во многих случаях не соответствуют назначению этих покрытий и не обусловливают их способность выполнять свое назначение с требуемой надежностью, безопасностью и технологичностью в реальных условиях эксплуатации. 22

К числу подобных недопустимых требований относятся технические требования к покрытиям труб, приведенные в ГОСТ «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии» (разработчики – АО «ВНИИСТ», ООО «ВНИИГАЗ» и ГУП «ИПТЭР») ГОСТ Р «Трубы стальные и чугунные с защитными покрытиями. Технические требования» (разработчик – ОАО «РосНИТИ») ГОСТ ««Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования» (разработчики – ГУП Академия коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова, ГУП ВНИИ железнодорожного транспорта, ФГУП «ВНИИстандарт») Корпоративные технические требования к наружному покрытию труб, разработанные ООО «ВНИИГаз», АО «ВНИИСТ», ООО «НИИ ТНН» (ОАО «НК «Транснефть»), ОАО «Башнефть», ОАО «Сургутнефтегаз» и др. 23

конструкции Условия нанесения покрытия Конструкция (структура) защитного покрытия Толщина защитного покрытия, мм, не менее, для труб диаметром, мм, не более Максимальная температура эксплуатации, К(С 0 ) Защитные покрытия усиленного типа 1.Заводское или базовое Трехслойное полимерное: грунтовка на основе термоактивных смол; термоплавкий полимерный подслой; защитнй слой на основе экструдированного полиолефина 2,02,22,53,0333(60) 2.Заводское или базовое Двухслойное полимерное: термоплавкий полимерный подслой; защитный слой на основе экструдированного полиолефина 2,02,22,53,0333 (60) 3.Заводское, базовое или трассовое На основе полиуретановых смол1,52,0 353 (80) 4.Заводское или базовое На основе эпоксидных красок0, (80) 5.Заводское или базовое Стеклоэмалевое: однослойное двухслойное 0, (150) 0, (150) 6.Заводское или базовое Комбинированное на основе мастики и экструдированного полиолефина: грунтовка битумная или битумно- полимерная; мастика битумная модифицированная или асфальтосмолистая толщиной 0,8- 1,0мм;защитный слой на основе экструдированного полиолефина 2,53, (40) Конструкции наружных покрытий труб по ГОСТ 51164

25

26

27

28 Вид покрытия Качество покрытия Полимерные покрытия 1. Полиэтиленовое трехслойное По ГОСТ Полиэтиленовое двухслойное 3.Полипропиленовое трехслойное 4.Полипропиленовое двухслойное 7. Полиуретановое жидкое 8. Эпоксидное порошковое 9. Эпоксидное жидкое 10. Лакокрасочное Таблица 2. ГОСТ

29

Гост

ГОСТ

Требования к покрытиюПоказатель Полиэтиленовое покрытие DIN30670 Эпоксидное покрытие DIN30671 Полиэтиленовое 3-х слойное покрытие NFA Минимальная толщина слоя Минимальная толщина, мм, -мкм 1,8-3, ,2-3,5 2.Отсутствие порОтсутствие пробоя при напряжении -кВ -кВ/мкм -мм 25 0,01 Iискры4*δ 3.Сопротивление ударуОтсутствие пробоя при напряжении по п.2 после работы удара, не менее -Дж/мм -Нm -Дж 5*φ, (φ=0,7-1) АдгезияУсиление отрыва, Н/см -при температуре (20 5) о С -при температуре С Отслоение при V-образном надрезе 35 отсутствует 50 5.Сопротивление вдавливанию Глубина внедрения индектора, мм, не более 0,30,05 δисх0,3 6.Удлинение при разрывеУдлинение при разрыве, %, не менее Удельное сопротивление Удельное сопротивление, Ом*м2, не менее Тепловое старениеПоры Индекс расплава, %, не более 35 отсутствие Показатели свойств наружного покрытия труб, содержащиеся в зарубежных стандартах

Потребительское качество покрытия обусловливает: -потребительское качество изолируемого изделия и защищаемых покрытием поверхностей этого изделия; -потребительское качество материалов, используемых для формирования покрытия на защищаемых поверхностях изделия; -потребительское качество технологического процесса производства изделия с покрытием. Потребительское качество изолируемого изделия, защищаемых покрытием поверхностей этого изделия, материалов, используемых для формирования покрытия формулируют в технических требованиях разработчика изделия с покрытием и в технических условиях производителя изделия с покрытием, разрабатываемых на основе технических требований разработчика. Потребительское качество технологического процесса изоляции защищаемых поверхностей изделия покрытием формулируют в технологическом регламенте на выполнение этого процесса. 33

Технические требования к изолируемому изделию и к покрытию этого изделия Технические условия на материал покрытия Технические условия на изолируемое изделие и на изделие с покрытием Разработчик изделия с покрытием Производитель изолируемого изделия и изделия с покрытием Виды нормативной документации Разработчики нормативной документации Производитель материала покрытия Технические требования к конструкции и материалу покрытия Заказчик изделия с покрытием Техническое задание на разработку изделия с покрытием Разработчик конструкции и материала покрытия 34

Стандартизированные или корпоративные технические требования к изолируемому изделию должны содержать комплекс потребительских свойств изделия, определяющий его способность выполнять свое назначение с требуемой надежностью безопасностью и технологичностью, показателей этих свойств, норм на показатели и методов контроля, позволяющий производителю элемента с покрытием обеспечить потребительское качество покрытия, сформулированное в технических требованиях к нему. Следует различать два вида этих требований: -технические требования к изолируемому изделию на стадии его производства; -технические требования к изолируемому изделию на стадии производства покрытия. 35

36 Технические требования к покрытию конкретного изделия должны содержать наименование изделия, для которого предназначено покрытие, наименование защищаемой поверхности этого изделия, регламентированный срок службы покрытия и выполняемые им функции, комплекс потребительских свойств покрытия, обеспечивающий выполнение этих функций с требуемой надежностью, безопасностью и технологичностью, виды опасных внешних воздействий на покрытие на различных стадиях жизненного цикла изделия, показатели потребительских свойств покрытия в исходном состоянии и при опасных видах внешнего воздействия на него, нормы на показатели и методы контроля соответствия фактических значений показателей свойств покрытия нормам на эти показатели. Не менее важным является наличие в технических требованиях обязательных для выполнения правил маркировки и транспортирования изделия с покрытием, монтажа, эксплуатации и ремонта этого изделия для поддержания потребительского качества покрытия на различных стадиях его жизненного цикла.

Технические условия на изолируемое изделие на стадии его производства должны содержать стандартизированные или корпоративные технические требования к нему и соответствующие этим требованиям характеристики изделия гарантируемые производителем 37

Технические условия на изделие с покрытием изолируемой поверхности должны содержать стандартизированные или корпоративные технические требования к изолируемому изделию на стадии производства покрытия, к покрытию защищаемой поверхности этого изделия и гарантируемые производителем изделия с покрытием характеристики предлагаемой им конструкции покрытия с указанием типа конструкции, марок используемых материалов, толщины отдельных слоев из конкретных материалов в многослойном покрытии, последовательности их расположения, общей толщины покрытия. Актуальной проблемой является разработка ряда стандартизированных технических условий на используемую в нефтегазовой отрасли трубную и машиностроительную продукцию с защитными покрытиями. 38

Cтандартизированные технические условия на трубную и машиностроительную продукцию с защитными покрытиями, в частности на нефтепроводные трубы и соединительные детали с наружным и внутренним покрытием, содержащие освоенные промышленностью конструкции покрытий конкретного назначения с указанием марок используемых материалов, характеристики каждой конструкции, обусловленные техническими требованиями потребителя к покрытию указанного назначения и гарантируемые производителем покрытия, необходимы проектировщикам и заводам по производству указанной продукции. ОАО «РосНИТИ» разработан такой стандарт – ГОСТ Р «Трубы стальные с защитными наружными покрытиями для магистральных газонефтепроводов. Технические условия». Но в этом стандарте, как и в ГОСТ , проявилась безграмотность специалистов, занимающихся созданием подобной технической документации. В частности, недопустимо гарантировать численные значения показателей конкретных свойств конструкций покрытий с такими названиями: «однослойное эпоксидное», «двухслойное полиэтиленовое», «трехслойное полиэтиленовое» и др. Кроме того разработке подобных ТУ на изделия с покрытием должна предшествовать разработка грамотных технический требований к покрытию этого изделия 39

Классификация покрытий по конструкции, назначению и температуре эксплуатации

42

Технические требования к материалу покрытия изолируемой поверхности изделия должны содержать комплекс потребительских свойств материала, определяемых его назначением в покрытии, показателей этих свойств, норм на показатели и методов контроля, обеспечивающий потребительское качество покрытия, сформулированное в технических требованиях к нему, и технологичность этого материала при формировании покрытия. 43

Технические условия на конкретный материал покрытия должны содержать технические требования к нему, обусловливаемые его назначением, и гарантируемые производителем фактические характеристики этого материала 44

Производственный процесс изготовления изделия с покрытием включает в себя комплекс технологических процессов: -технологический процесс подготовки изолируемых поверхностей изделия под покрытие; целью этого процесса является обеспечение соответствия фактического качества изолируемой поверхности ее потребительскому качеству, сформулированному в технологическом регламенте; -технологический процесс подготовки материалов, используемых для формирования покрытия на защищаемой поверхности изделия; целью этого процесса является обеспечение соответствия фактического качества подготовленного материала его потребительскому качеству, сформулированному в технологическом регламенте; -технологический процесс нанесения требуемого количества слоев одного и того же или различных материалов на защищаемую поверхность изделия; целью процесса является обеспечение соответствия фактического качества нанесенных слоев материала их потребительскому качеству, сформулированному в технологическом регламенте; -технологический процесс структурирования покрытия на защищаемой поверхности изделия; целью процесса является обеспечение соответствия фактического качества сформированного покрытия его потребительскому качеству, сформулированному в технологическом регламенте или технических условиях. 45

Технологический регламент – основной технический документ, определяющий режим и порядок проведения технологического процесса (или его отдельных стадий) производства изделия с покрытием, безопасные условия работы, а также характеристики получаемой продукции. Технологический регламент разрабатывают на основании технических условий на изделие с покрытием с целью организации производства и обеспечения стабильности качества выпускаемой продукции. 46

Любой технологический процесс состоит из ряда операций, каждая из которых осуществляется с помощью технологической системы. Если выбранная технологическая система позволяет обеспечить соответствие фактического качества объекта ее воздействия его потребительскому качеству, т.е. обеспечить требуемую величину «уточнения» i общ, технологический процесс выполняется в одну операцию. При невозможности получения требуемой величины уточнения технологический процесс выполняется в несколько операций с использованием ряда технологических систем. При этом общая величина уточнения i общ = Пi к, где i k –уточнение, обеспечиваемое каждой технологической системой. Важнейшей задачей технолога на стадии технологической подготовки производства изделия с покрытием является выбор минимального количества технологических систем для обеспечения требуемой величины i общ при минимизации затрат времени и средств на их применение. Для успешного решения этой задачи необходимо создание банка данных о величине уточнения и затратах при использовании различных технологических систем на разных стадиях технологического процесса производства изделий с покрытием. 47

Одной из важных задач на стадии производства изделия с покрытием является осуществление объективного контроля фактического качества выполнения отдельных технологических операций и соответствия фактического качества этих операций их потребительскому качеству, обусловливаемому нормами на показатели потребительских свойств продукции на этих операциях. Особое внимание следует уделить назначению обоснованных норм на показатели потребительских свойств изолируемой поверхности изделия на отдельных операциях ее подготовки под покрытие и после выполнения всех операций. Нормы в существующих стандартах не обусловливают требуемую активность поверхности, позволяющую обеспечить необходимую энергию ее адгезионных связей с покрытием. Одним из наиболее объективных показателей активности изолируемой поверхности металла является потенциал этой поверхности. В лаборатории конструирования полимерных покрытий РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина накоплен достаточный опыт по контролю потенциала поверхности. Установлена взаимосвязь величины потенциала поверхности с энергией адгезионных связей, определяющей время до отслаивания покрытия в эксплуатационных средах при различной температуре. 48