КАК ПРЕДОТВРАТИТЬ КОРРОЗИЮ ПОД ИЗОЛЯЦИЕЙ
Существует целый ряд эффективных способов для предотвращения коррозии под изоляцией (CUI) на трубах и оборудовании, которые эксплуатируются при температурах выше температуры окружающей среды. Некоторые люди считают, что наилучшим средством защиты является нанесение покрытия на трубы перед монтажом теплоизоляции, и можно не беспокоиться относительно того, какой тип изоляции использовать. Другие считают, что наилучшим способом защиты является поиск идеального типа изоляции - “серебряной пули”, - которая позволит навсегда избавиться от угрозы CUI. А есть еще люди, которые считают, что владельцы объектов просто должны тратить соответствующие объемы средств, время и усилия на материально-техническое обслуживание своих систем изоляции так, чтобы не допускать проникновения воды, и тогда CUI перестанет быть для них проблемой. В данной статье более подробно рассматриваются эти различные подходы к решению проблемы.
Температура эксплуатации как переменный параметр
Не имеет практического смысла обсуждать проблему защиты от CUI , не рассмотрев предварительно вопроса о воздействии на трубы эксплуатационной температуры. Для того чтобы возникла коррозия стали, должны иметься в наличии четыре фактора: (1) вода; (2) кислород; (3) коррозионно-активный химикат(ы); и (4) соответствующая температура. Поскольку только небольшая часть труб действительно эксплуатируется в рамках таких условий, существует вероятность возникновения CUI только в случае, когда труба, которая эксплуатируется при рабочей температуре выше температуры окружающей среды, выводится из эксплуатации для обслуживания. Раньше или позже это случается со всеми трубами. Поскольку водяной пар не вызывает появления коррозии, для образования CUI должна присутствовать жидкая вода.
Это может произойти при наличии температуры от 100° до 300°F (50° - 150°C). Коррозии не произойдет на трубе с температурой 600°F, по крайней мере, в тот период, когда она эксплуатируется при данной температуре. Это случится после останова трубы, или же когда труба будет находиться в процессе останова, или же в период, когда ее температуру будут снова повышать до необходимой температуры эксплуатации. Если труба эксплуатируется непрерывно при температуре, при которой высока вероятность наличия воды большую часть времени (как это происходит, например, при трубе, эксплуатируемой при температуре 150°F), значительно возрастает вероятность образования CUI.
Если имеется труба из углеродистой стали с технологической температурой в диапазоне от 100°F до 300°F, вода, которая протекает в систему изоляции, рано или поздно начнет просачиваться в места соединения трубы и изоляции. И обязательно в окружающей среде будут иметься хлориды или прочие коррозионно-активные химикаты, которые будут растворяться в воде, проникающей в трубу. Следовательно, при низкой температуре эксплуатации и системе изоляции, которая протекает, а также при наличии трубы без покрытия, создаются условия для CUI, близкие к идеальным.
Существующие инструментальные средства для недопущения CUI
Что касается вопроса о предотвращении появления CUI, имеет смысл изучить имеющиеся инструментальные средства для недопущения коррозии под изоляцией. Существует целый ряд различных инструментов, которые можно использовать, некоторые из них эффективнее других, но у всех имеются свои недостатки.
Их можно классифицировать с отнесением к категориям защитных материалов для кожухов, средств для материально-технического обслуживания систем изоляции, защитных покрытий и изоляционных материалов.
Защитные кожухи
Первым правилом для того, кто хочет понять, как не допустить коррозии, является предотвращение попадания воды на изоляцию. Независимо от типа теплоизоляции, защита от проникновения воды начинается с создания защитных кожухов. Для недопущения коррозии под изоляцией решающее значение имеют: качество конструкции, спецификации, обеспечение, монтаж, а также материально-техническое обслуживание системы защитного кожуха. Стандартный кожух из алюминия толщиной 0.016 дюйма, а также кожух из стального листа, который монтируется с герметиками и мастиками, способен эффективно препятствовать проникновению воды в систему изоляции.
Для того чтобы использование кожуха было эффективным, очень существенно, чтобы все участники создания и эксплуатации кожуха (генеральный подрядчик, подрядчик по производству изоляции, инженер-конструктор и владелец предприятия) убедились в том, что не используется никаких упрощений при проектировании, спецификации материала и монтаже. И традиционные алюминиевые кожухи, и стальные кожухи могут быть эффективными в деле недопущения проникновения воды и предотвращения CUI. Поэтому защитные кожухи являются самым важным инструментом в арсенале инструментов предотвращения CUI.
Новым типом материала для изготовления защитных кожухов, к которому проявляется все больший и больший интерес, является мультиламинат, самоклеящийся чувствительный к давлению кожух, который можно приобретать и для внешнего монтажа, и прямо с заводским нанесением на некоторые типы изоляции. Это семейство материалов, в основном, состоит из пленок промышленных марок, которые имеются с шириной три фута, устойчивы к воздействию атмосферных явлений; непроницаемы для воды или водяного пара; устойчивы к воздействию многих химических веществ; и обладают способностью прочно герметизировать с помощью своих самоклеящихся поверхностей, созданных по принципу «Сними покрытие и приклеивай».
Некоторые из этих материалов реализуются с массой промышленных марок и толщиной почти в 0.016 дюйма. Важным средством обеспечения эффективности системы в деле предотвращения проникновения воды является рулон пленки шириной от 2 до 4 дюймов для герметизации швов и проваров. Этот тип материала позволяет создавать кожухи, которые можно приклеивать к изоляции, это дает возможность не допускать скопления влаги между кожухом и изоляцией. Эластичность материала позволяет также проще осуществлять монтаж и герметизацию швов и проваров, а также в местах подсоединения, что делает материал эффективным для обеспечения водонепроницаемости. В этой связи широкие мультиламинатные пленки должны включаться в число инструментальных средств предотвращения CUI.
Третьим типом кожуха, который является эффективным и износостойким для сохранения изоляции под кожухом в сухом состоянии, является утеплительная обмотка из ткани со стекловолокном с покрытием из акриловой мастики, защищающей от воздействия атмосферных явлений. У этого типа кожуха имеется преимущество: им легко эффективно герметизировать провары для того, чтобы предотвратить протечки воды. Еще одним преимуществом является то, что такой кожух может быть чрезвычайно износостойким, а также и влагонепроницаемым. Поэтому обмотка из ткани со стекловолокном с покрытием из акриловой мастики, защищающей от воздействия атмосферных явлений, должна быть включена в качестве одного из инструментов в число инструментальных средств предотвращения CUI.
Материально-техническое обслуживание системы изоляции.
Если изоляция трубы покрыта хорошо сконструированным, хорошо смонтированным и хорошо загерметизированным кожухом, как это указывалось в предыдущем разделе, можно считать, что она хорошо защищена от CUI. Тем не менее, после того, как такая защита создана, она все же нуждается в материально-техническом обслуживании. Поэтому еще одним инструментом в наборе имеющихся инструментальных средств предотвращения CUI является материально-техническое обслуживание системы изоляции.
Например, рассмотрим изолированную трубу, которая:
• служит уже несколько десятилетий;
• имеет первоначальную систему изоляции той же давности;
• располагается в относительно дождливом климате (где-то не в юго-западных пустынях США, и, по крайней мере, вдоль побережья Мексиканского залива);
• не эксплуатировалась на протяжении длительного периода времени в рамках своего срока эксплуатации;
• не имеет покрытия; и
• не имела надлежащего материально-технического обслуживания.
В этом случае велика вероятность, что труба пострадала от CUI. Было бы совершенно нереалистично со стороны владельца или кого-либо еще ожидать, что там не окажется CUI. В таком случае CUI не обязательно будет являться дефектом конструкции системы изоляции. Это также, возможно, и не дефект защитного кожуха или же изоляционного материала (-ов). Проблема заключается в том, что, когда система не обеспечена надлежащим материально-техническим обслуживанием, вода, вероятно, с растворенными в ней солями из брызг воды Мексиканского залива, в конечном итоге, попадет под кожух между трубой и изоляционными материалами, и это приведет к коррозии трубы.
Майк Леттич особо выделяет необходимость проведения эффективного материально-технического обслуживания, чтобы выиграть битву против CUI. Так, например, если поверх изолированных труб кто-то ходит, и, в результате, повреждается металлический кожух и происходит просачивание воды. Если не производилось периодической замены герметика по наложенным друг на друга сварным соединениям, возникает охрупчивание и герметик теряет свою герметизирующую способность, и, в конце концов, дождевая вода будет протекать в систему. Если не произведено надлежащего осмотра и замены герметика вокруг проваров, особенно, вдоль верхних частей труб, вода будет проникать внутрь.
Так или иначе, в мире существовал довольно длительный период низких цен на энергоносители с примерно 1985 до примерно 2002 гг., при нескольких случайных кратковременных взлетах цен на природный газ. При низких ценах на энергоносители, многие технологические трубопроводы просто не имели хорошего материально-технического обслуживания из-за отсутствия адекватных бюджетов на работы по материально-техническому обслуживанию. (Это было так не на всех предприятия, но такое встречалось очень часто). При плохо смонтированной системе кожуха, которая еще к тому же и обслуживалась ненадлежащим образом, система изоляции просто пропускала дождевую воду, и, в конце концов, возникала CUI. Все типы изоляционных материалов можно использовать эффективно, вплоть до достижения проектной температуры, если не допускается проникновения воды в систему. Если вода попадает в изоляцию, и, в результате, происходит CUI, перекладывание вины за случившееся на материалы, из которых изготовлена система изоляции, означает перекладывание вины на того, кто ни в чем не виноват.
Защитные покрытия
Такие покрытия могут защищать трубу из углеродистой стали от воды, воздуха и коррозионно-активных химикатов. При наличии этих трех элементов, а также времени и определенного температурного диапазона, появится коррозия. Первой линией обороны является защитный кожух. Второй линией обороны является материально-техническое обслуживание системы изоляции. Защитное покрытие на трубе обеспечивает третью линию обороны по недопущению CUI.
Покрытия, наносимые погружением, которые произведены из органических материалов, широко используются для покрытия и защиты труб, которые эксплуатируются при температуре при или ниже 300°F. Причиной такого температурного ограничения для данного покрытия является то, что при более высокой температуре большинство органических покрытий разлагается под воздействием теплоты. Поэтому покрытия, наносимые погружением, являются эффективным инструментом борьбы при температуре эксплуатации до 300°F. Их можно считать ценным инструментом для нанесения на трубы из углеродистой стали. Недостатком для владельцев предприятий является то, что они, разумеется, связаны с финансовыми инвестициями, которые не всякое предприятие может охотно делать при работе с недостаточными бюджетами на такие нужды.
В своей статье “Коррозия под изоляцией: меры предупреждения” (Insulation Outlook, октябрь 2007 г.), д-р Хира С. Алувалиа подробно описывает покрытие из термически напылённого алюминия (TSA). Он отмечает, что покрытие из TSA является эффективным до достижения максимальной температуры 1,000°F, что значительно больше предела в 300°F для органических покрытий, наносимых погружением. Сообщается, что этот тип покрытия дороже покрытий, наносимых погружением, и некоторые владельцы предприятий могут счесть, что предупреждение CUI стоит таких инвестиций. Тем не менее, затраты требуют финансовой оценки с помощью анализа затрат на весь срок эксплуатации, с учетом не только исходных затрат на само покрытие из TSA, но также и стоимости трубы, ожидаемого срока ее эксплуатации, а также финансовых рисков, связанных с ремонтом подвергшихся коррозии труб, патрубков и прочих компонентов. Если необходимо вывести объект из эксплуатации на сколько-нибудь продолжительный период времени, что дает воде возможность проникать внутрь и вызывать СUI, стоит рассмотреть вопрос о покрытии из TSA. В этой связи покрытия из TSA являются ценным инструментом для предупреждения CUI на системах труб, которые эксплуатируются при температурах между 300°F и 1,000°F.
Изоляционные материалы
На трубах с температурой выше температуры окружающей среды и оборудовании промышленных объектов используется множество видов изоляционных материалов. Важно понимать, что, если владелец предприятия, в первую очередь, не допускает проникновения воды в систему изоляции, вероятность того, что предприятие пострадает от CUI, не слишком велика. Если же так случится, что вода все-таки проникнет внутрь, в битве с коррозией под изоляцией надежным подкреплением являются покрытия на трубах из углеродистой стали и оборудовании, поскольку они защищают собственно трубу. Если такое покрытие имеется, то существует возможность использования любого типа теплоизоляции без появления коррозии под изоляцией (при условии хорошего материально-технического обслуживания и эксплуатации в диапазоне нормальных допустимых температур). Тем не менее, при определенных обстоятельствах, иногда может произойти проникновение воды с растворенными в ней коррозионно-активными химикатами. Она остается на не имеющих покрытия трубах из углеродистой стали на протяжении длительных периодов времени. В таких случаях, у некоторых видов изоляции имеются свойства, которые делают их инструментами в арсенале средств предупреждения CUI.
Во-первых, это гидрофобная (или влагонепроницаемая) изоляция. В несколько видов имеющихся на рынке изоляционных материалов добавлено гидрофобное химическое вещество, причем в таком количестве, которое достаточно для того, чтобы сделать их по-настоящему водоотталкивающими. Сюда относятся перлитовые блоки и трубы, аэрогелевые фильтровые покрытия, а также некоторые виды гидрофобной микропористой изоляции (на эти материалы наносится специальное гидрофобное покрытие). Изоляционные материалы из минерального волокна используют тот же тип гидрофоба, но в меньших количествах, по сравнению с другими материалами, и при этом они все же могут поглощать воду. Таким образом, хотя изоляция из минерального волокна и обладает некоторыми водоотталкивающими свойствами, это впитывающий материал, и его нельзя в полной мере считать водоотталкивающим, как три остальных материала.
Гиброфобом, который обычно используется для создания некоторых из этих видов гидрофобной изоляции, является органическая силиконовая эмульсия. Ее можно добавлять прямо в процессе производства материала. В случае создания аэрогелевой изоляции материалу придают гиброфобность в ходе самого производственного процесса за счет добавления органических метиловых групп к неорганическому материалу аэрогеля из окиси кремния. Во всех случаях такая гидрофобная обработка остается функциональной до достижения температурного диапазона от 400° до 600°F. В рамках данного температурного диапазона, органические вещества, которые придают изоляции гидрофобность, начинают разлагаться, и изоляция становится менее гидрофобной. Поэтому температура эксплуатации является основным ограничением использования гидрофоба в гидрофобной изоляции, независимо от типа изоляции.
Имеется испытание ASTM на водоотталкивающие свойства изоляции после термического старения. ASTM C610, стандарт для вспученных материалов перлитовых блоков и труб, включает испытания на водопоглощение для материала, который впервые подвергается термическому старения в печи при 600°F. Максимально допустимое водопоглощение после последующего погружения в воду на 48 часов составляет 50 процентов по массе. Тем не менее, когда этот материал поглощает воду и остается мокрым на протяжении продолжительного периода времени, вещество, осуществляющее химическое связывание, подвергается разрушению, которое может привести к физической деградации материала. Тем не менее, большим преимуществом такого поведения является то, что связывающее вещество является прекрасным химическим ингибитором CUI. Этим преимуществом обладает вспученный перлит, и поэтому его можно рассматривать в качестве инструмента для предупреждения CUI сразу по двум причинам: одна это его водоотталкивающая способность, а другая заключается в ом, что он содержит химический ингибитор коррозии.
Как уже указывалось выше, изоляция из аэрогелевого покрытия и гидрофобная микропористая изоляция являются гидрофобными при эксплуатации в температурном диапазоне, при котором органические материалы, которые и делают изоляцию гидрофобной, не подвергаются термическому разложению. После того, как органическое вещество разлагается, при дальнейшем воздействии воды будет происходить ее поглощение. Далее, если материал высушить, теплопроводность будет постоянно повышена из-за повреждения мелких ячеек, которые и делают этот вид изоляции такой эффективной с точки зрения теплового КПД в новом состоянии.
После этого момента изоляция уже никогда не будет такой же эффективной теплоизоляцией, какой она была при установке. Тем не менее, эти два вида изоляции могут быть полезными инструментами в инструментарии для предупреждения CUI при использовании эксплуатационных температур от температуры окружающей среды до диапазона 400° - 600°F. Для использования при температуре эксплуатации, превышающей эти значения, если ставится задача предупреждения CUI, следует проконсультироваться с производителями изоляции, создающими такие материалы, чтобы гарантировать недопущение условий, при которых может произойти существенная утрата гидрофобной обработки с последующим поглощением воды.
А как насчет эффективности неорганической изоляции с закрытыми порами? Здесь имеется только один вид: изоляция из ячеистого стекла. Действительно, она удерживает очень небольшое количество воды из-за своей структуры с закрытыми порами, и того факта, что вода не может просачиваться через стенки пор. Хотя это не гидрофобный материал в полном смысле этого слова, он не поглощает воду. Такое поведение может потенциально внести важный вклад в дело предотвращения CUI.
В своей книге “Коррозия под изоляцией: меры предупреждения” (Insulation Outlook, октябрь 2007 г.), д-р Хира С. Алувалиа рекомендует использовать ячеистое стекло. Тем не менее, поскольку ячеистое стекло хрупкое, оно легко повреждается из-за вибрации, и может пострадать от кипящей воды, которая скапливается между трубой и изоляцией. Поэтому, эффективность ячеистого стекла ограничена. Далее, как это происходит с многими видами изоляции, кипящая вода разрушает структуру ячеистого стекла. Здесь еще стоит отметить, что растрескивание при снятии напряжения ячеистого стекла начинается обычно при температурах эксплуатации выше 450° - 500°F, здесь следует проконсультироваться с производителем относительно наилучшего метода изоляции таких систем. Хотя у ячеистого стекла и имеются некоторые ограничения при использовании при температурах выше температуры окружающей среды, его можно рассматривать в качестве эффективного инструмента для борьбы с CUI для применений с температурой до 450° - 500°F.
А что насчет ингибиторов коррозии? Уже было упомянуто выше, что вспученный перлит содержит прекрасный ингибитор коррозии. Некоторые типы силиката кальция также содержат существенное количество химического ингибитора, не в качестве связывающего вещества, а как добавку, которая специально предназначена для того, чтобы быть химическим ингибитором и предотвращать, тем самым, CUI. Когда изоляция из силиката кальция с химическим ингибитором поглощает воду, химический ингибитор растворяется и угнетает коррозию.
В целом, изоляция с высокой прочностью при сжатии обеспечивает более высокую устойчивость к внешним нагрузкам, нежели изоляция с низкой прочностью при сжатии. Эти материалы обеспечивают лучшую поддержку для металлических кожухов, ограничивают сжатие, повреждение и появление щелей.
И изоляция из вспученного перлита, и изоляция из силиката кальция обладают высокой прочностью при сжатии. Прочность при сжатии для вспученного перлита составляет, согласно ASTM C610, минимум 60 фунтов на кв. дюйм (psi). Для силиката кальция прочность при сжатии составляет минимум 100 дюймов на кв. дюйм, согласно ASTM C533. Это самое высокое значение среди всех имеющихся на рынке видов изоляции блоков и труб.
На изолированной трубе или поверхности, которая подвергается внешним нагрузкам, таким как движение людей, высокая прочность при сжатии перлита и силиката кальция будет обеспечивать дополнительную поддержку системе металлического кожуха, помогая предупредить образование волнистого края кожуха в местах, где слои находят друг на друга. Волнистый край металлического кожуха позволяет проникать внутрь дождевой воде. Благодаря способности обеспечивать большую поддержку металлическому кожуху, изоляция из перлита и силиката кальция рассматривается как важный инструмент для предупреждения CUI, причем силикат кальция это самый прочный из имеющихся материалов. Как уже отмечалось выше, оба эти материала содержат химический ингибитор коррозии. Кроме того, сюда включается также и вспученный перлит, поскольку он обладает гидрофобностью.
Заключение
Действительно, не существует «серебряной пули», которая была бы способна предотвратить CUI в любых обстоятельствах и для всех применений. Тем не менее, имеется целый ряд различных инструментов, которые можно использовать, каждый из которых привносит множество свойств и преимуществ. За счет сочетания этих инструментов владелец предприятия может уменьшить количество случаев возникновения CUI до состояния ее предупреждения. Для этого может потребоваться больше изначальных капиталовложений на новую установку, более тщательное и дотошное уточнение параметров и выбор системы защитного кожуха и изоляционных материалов, а также затраты большего количества времени и денег на материально-техническое обслуживание системы изоляции. Тем не менее, если это будет сделано, это позволит снизить общие эксплуатационные затраты предприятия. Как это бывает всегда, “унция предупреждения равна фунту исправления”.