Izolacja stalowych gazociągów: materiały do izolacji i sposoby ich nakładania

Czy planuje Pan/Pani zgazyfikować dom lub zmodernizować doprowadzenie gazu? Gazociąg to jedna z najcenniejszych i najbardziej niebezpiecznych instalacji, dlatego jego niezawodna ochrona jest niezwykle ważna.

Czy zgodzi się Pan/Pani, że uszkodzenie rury gazowej i wyciek tego paliwa mogą pozostać niezauważone przez dość długi czas, a następnie prowadzić do najtragiczniejszych konsekwencji? Lepiej wcześniej wszystko dokładnie zbadać i zachować ostrożność przy aranżacji ochrony, prawda?

Jeśli interesuje Pana/Panią izolacja stalowych gazociągów, w tym artykule uzyska Pan/Pani odpowiedzi na takie pytania: po co jest potrzebna, jaka bywa, w jakich przypadkach i jak używa się każdego rodzaju materiału izolacyjnego, jak przeprowadza się kontrolę jakości powłoki. Wspomnimy wszystkie rodzaje gazociągów: od magistralnych po rury niskiego ciśnienia, od naziemnych po podwodne, odpowiemy na wszystkie pojawiające się pytania.

Funkcje izolacji gazociągu

Dziś do gazociągu podłączony jest praktycznie każdy budynek w każdej miejscowości, bez błękitnego paliwa trudno wyobrazić sobie życie współczesnego człowieka. Proszę sobie wyobrazić, ile rur jest potrzebnych do realizacji takiej sieci dostaw!

Ciągną się nad naszymi głowami, pod stopami, głęboko w ziemi, a nawet po dnie morskim. Każdy centymetr tej gazowej sieci musi być niezawodnie chroniony i absolutnie bezpieczny, ponieważ wyciek może doprowadzić do poważnej awarii, zniszczeń, a czasem ofiar.

Nowoczesne podziemne gazociągi układa się głównie z rur polimerowych – nie grozi im ani korozja, ani działanie prądów błądzących, a temperaturę lepiej utrzymują

Polietylenowe gazociągi nie potrzebują dodatkowej ochrony, ale można je stosować nie wszędzie, a wymiana jest kosztowna, dlatego większość rur gazowych jest stalowa.

Aby stal nie rdzewiała i nie ulegała zniszczeniu, poddaje się ją obróbce specjalnymi związkami i materiałami, które izolują jej powierzchnię od otoczenia. Główne funkcje takich powłok to ochrona przed wilgocią, wpływami chemicznymi, oddziaływaniami mechanicznymi, a także ochrona dielektryczna.

Aktywna ochrona elektrochemiczna wytwarza na powierzchni rury ładunek katodowy, zapewniając jej stabilność elektryczną i zapobiegając wpływowi prądów obcych.

Oprócz powłoki, w celu niezawodnej ochrony przed prądami błądzącymi i stałymi, na podziemnych gazociągach organizuje się elektrochemiczną ochronę katodową, która zapewnia odprowadzenie tych ładunków przez specjalny przewód do stacji drenażowej.

Dla rurociągu naziemnego ochrona jest mniej solidna, ponieważ łatwiej ją odnawiać, a rury są narażone tylko na wilgoć atmosferyczną, regularnie wysychając. Dla gazociągów morskich – przeciwnie, oprócz niezawodnej ochrony przed agresywnym środowiskiem wymagana jest dodatkowa warstwa obciążająca, aby rura leżała nieruchomo na dnie, pod falami.

Dokumenty normatywne i ich wymagania

Istnieją 3 główne dokumenty regulujące organizację ochrony gazociągów. RD 153-39.4-091-01 «Instrukcja ochrony miejskich podziemnych rurociągów przed korozją». Jak wynika z nazwy, nie dotyczy ona izolacji rur gazowych o średnicy większej niż 83 cm – międzymiastowych i międzynarodowych, a także rur ułożonych nad ziemią lub pod wodą.

GOST 9.602-89 – dokument pokrewny, w którym podane są wszystkie normy i obliczenia dotyczące ochrony podziemnych gazociągów. O ile instrukcja wyjaśnia, jak i z czego urządzić izolację, GOST określa, ile czego będzie potrzebne – od metrów materiału i narzędzi po sprzęt i godziny pracy pracowników.

GOST R 51164-98 Rurociągi stalowe magistralne. Ogólne wymagania dotyczące ochrony przed korozją. Niniejsza norma wypełnia lukę w Instrukcji dotyczącą rurociągów magistralnych. Ich ochrona musi być szczególnie niezawodna i ma swoją specyfikę, dlatego normy jej organizacji zostały umieszczone w osobnym dokumencie.

Z reguły gazociągi o znaczeniu państwowym i międzynarodowym mają średnicę większą niż 830 mm, a ich montaż i utrzymanie to pracochłonne i kosztowne zadanie.

Dokumenty te regulują następujące kwestie:

• jakie rodzaje materiałów są dozwolone do stosowania na danym typie gazociągu w danych warunkach;
• jak bardzo wzmocniona izolacja jest konieczna, czy potrzebna jest ochrona elektrochemiczna;
• kto i kiedy jest zobowiązany zapewnić gazociągowi niezbędną ochronę;
• technologia nakładania izolacji w zakładzie i w warunkach polowych, a także do naprawy uszkodzeń;
• normy zużycia materiałów i nakładów innych zasobów do wykonania prac;
• procedura kontroli jakości powłoki i normy wskaźników jakości dla wszystkich parametrów dla każdego typu izolacji.

Zatem w tych dokumentach krok po kroku opisano cały proces izolacji rur, od wydania w fabryce po kontrolę po montażu i w trakcie eksploatacji. Nie pozostawia się żadnej przestrzeni dla kreatywności, ponieważ są to kwestie bezpieczeństwa.

W przypadku uszkodzenia lub nieprawidłowego nałożenia powłoki izolacyjnej, stal w ziemi dość szybko rdzewieje, co grozi wyciekiem gazu i pożarem.

Istnieją również oddzielne listy, w których wymienione są wszystkie zalecane materiały i producenci izolacji dla gazociągów.

Biorąc pod uwagę złożoność prac oraz znaczną liczbę norm, których należy przestrzegać, nie należy nawet liczyć na samodzielne wykonanie izolacji gazociągu, a także gazownia nie zaakceptuje prac wykonanych przez zewnętrznego wykonawcę.

Rodzaje materiałów do izolacji

W zależności od warunków eksploatacji i wygody stosowania, istnieje wiele rodzajów powłok do izolacji rur gazowych. Nadziemne gazociągi wystarczy zabezpieczyć 2 warstwami podkładu i 2 warstwami farby lub emalii.

Rury, które będą służyć na dnie morza, pokrywa się warstwą betonu na głównej izolacji, w celu obciążenia i dodatkowej ochrony.

Dalej omówimy środki ochrony rur stalowych pod ziemią.

Polimerowe powłoki ochronne

Wytłaczany polietylen – najbardziej postępowa i uniwersalna ochrona. Stosowany jest na rurach o średnicy 57 – 2020 mm, mocno przylega, tworzy idealnie równomierną ciągłą warstwę, chroni przed oddziaływaniami temperaturowymi i mechanicznymi, a także jest wygodny w użyciu.

W takiej powłoce rura stalowa praktycznie nie ustępuje pod względem właściwości ochronnych swoim polimerowym odpowiednikom. Ta ochrona składa się tylko z 2 warstw – sztywnego klejącego adhezyj i, właściwie, polietylenu. Mimo to, taka powłoka w wzmocnionej wersji na rurach o dużym średnicy może osiągać 3,5 mm.

Wytłaczany polipropylen charakteryzuje się wysoką wytrzymałością mechaniczną: można z nim przeciągać rury przez studzienki, w bezwykopowych metodach układania, i nie martwić się, że izolacja ulegnie uszkodzeniu na skutek tarcia lub zaczepienia o kamienie i grunt. Z wyglądu i budowy ten typ izolacji nie różni się od polietylenowej, tylko jest cieńszy o 0,3 – 0,5 mm.

Polimerowe taśmy samoprzylepne występują jako polietylenowe i polichlorku winylu, przy czym te pierwsze są preferowane, ponieważ przyklejają się 4 razy mocniej i lepiej chronią rury. Najczęściej taśmy PET są używane do naprawy i izolacji połączeń rur z powłoką z wytłaczanego polietylenu, ale są też rury owinięte nimi w fabryce na całej długości.

W razie potrzeby, polimerowe taśmy samoprzylepne pozwalają całkowicie wymienić ochronę rury w warunkach terenowych – do tego jednak potrzebne jest specjalne zautomatyzowane urządzenie.

Istnieje również połączone pokrycie PET, w którym zagruntowaną rurę najpierw owija się lepką taśmą polimerową, a na nią nakłada się ochronną warstwę ekstrudowanego polietylenu. Stosuje się je na rurach o średnicy do 53 cm, a całkowita grubość nie przekracza 3 mm.

Izolacja na bazie mas bitumicznych

Taka izolacja zasadniczo różni się składem i właściwościami, przede wszystkim sposobem nakładania. Przyczepność bitumu zarówno do rury, jak i warstw między sobą, zapewniana jest przez nagrzewanie i podtapianie samego materiału, a nie za pomocą kleju gruntującego, jak w przypadku PET.

Taka powłoka nakładana jest na specjalny primer bitumiczny i składa się z 2–3 warstw masy bitumicznej, z których każda jest zbrojona, oraz z zewnętrznej papierowej owijki ochronnej. W rezultacie powstaje ciągłe pokrycie, całkowicie odwzorowujące kształt rury, w którym zbrojące włókno szklane lub siatka są jakby wtopione w grubość osłony.

Jako materiał zbrojący stosuje się maty z włókna szklanego, siatkę szklaną lub nietkaną tkaninę polimerową. Taśmy z włókna szklanego nawija się z niewielkim zakładem w celu utworzenia ciągłej warstwy.

Sama masa bitumiczna oprócz bitumu zawiera różne domieszki – polimerowe, mineralne lub gumowe – zapewniające różne właściwości materiału. Dodawane są również modyfikatory i plastyfikatory, które do naturalnej hydrofobowości i zdolności adhezyjnych dodają elastyczności, giętkości, odporności na krytyczne temperatury oraz trwałości.

Istnieją również taśmy łączące bitum jako klej oraz specjalne taśmy polimerowe. Dwa główne typy takich powłok to PALT, z taśmą termokurczliwą, oraz LITKOR, wykonany z taśmy polimerowo-bitumicznej. Ten ostatni jest szczególnie potrzebny do ochrony połączeń między rurami o różnym rodzaju izolacji.

Materiały do izolacji drobnych elementów

Wyprowadzenia cokołowe, narożniki, kolana, zbiorniki kondensatu i inne kształtki gazociągów również wymagają ochrony.

Dogodniej jest izolować małe elementy na miejscu montażu, ale izolacja fabryczna jest preferowana, ponieważ jest bardziej jednolita i niezawodna.

Do tego celu istnieją specjalne powłoki: PAP-M105 i Polur. Pierwsza składa się z dwóch warstw utwardzonej żywicy poliestrowej zbrojonej włóknem szklanym.

Polur natomiast składa się głównie z poliuretanu, uzupełnionego dodatkami technologicznymi i podzielonego na składnik podstawowy i utwardzacz. Za pomocą tych dwóch komponentów kształtki łączeniowe izoluje się zarówno w fabryce, w warsztatach, jak i bezpośrednio na trasie.

Jak nakłada się izolację?

Główna część izolacji nakładana jest na rury gazowe, a często także na kształtki gazociągu, w warunkach fabrycznych, już na etapie ich produkcji. Jednak podczas montażu rurociągu pojawia się potrzeba izolacji połączeń, którą przeprowadza się w warunkach trasowych – czyli bezpośrednio na miejscu układania.

Ponadto, w warunkach polowych, tymi samymi materiałami przeprowadza się naprawę powłoki ochronnej, jeśli uszkodzenia nie przekraczają 10%, a sporadycznie – nawet całkowitą reizolację pojedynczego odcinka. Również ręcznie, bezpośrednio na trasie, izoluje się zbiorniki.

W miarę możliwości, spoiny spawane i elementy kształtowe izoluje się tą samą powłoką, co rurę główną – lub jak najbardziej podobną.

Przeprowadzenie prac związanych z izolacją gazociągu jest możliwe przy temperaturze powyżej -25 °C, a dla polimerowych taśm klejących – powyżej +10 °C. Jeśli pada deszcz lub śnieg, nad miejscem prowadzenia prac powinna znajdować się solidna wiata, która uniemożliwi przedostawanie się opadów na izolowaną powierzchnię.

Na rury naziemnego gazociągu

Ten typ gazociągów znajduje się w najmniej agresywnym środowisku, dlatego ryzyko pojawienia się rdzy jest znacznie zmniejszone. Ponadto, uszkodzenia na nim są znacznie łatwiejsze do zauważenia i naprawy, dlatego naziemne gazociągi nie wymagają izolacji jako takiej.

W celu ochrony przed opadami i wilgocią atmosferyczną, zgodnie z normami, wystarczy powłoka składająca się z 2 warstw podkładu i 2 warstw farby, emalii lub lakieru.

Ocynkowaną osłoną z reguły chroni się rury odpowietrzające, wymagające izolacji termicznej. Pod osłonę układa się tylko izolację termiczną, nie jest wymagana dodatkowa ochrona.

Jednak w przypadku skomplikowanych warunków eksploatacji stosuje się izolację termiczną gazociągów – smary stałe, powłoki szklano-emaliowe, a także osłony aluminiowe lub cynkowe, które nie powinny dotykać samej rury.

Izolacja podziemnych gazociągów

W ziemi rury są stale narażone na działanie wilgoci, a często także związków chemicznych i prądów błądzących. Wszystko to może prowadzić do korozji metalu i wycieku gazu, dlatego izolację stara się zapewnić jak najbardziej niezawodnie.

Każdy podziemny stalowy gazociąg jest chroniony podwójnie: pasywnie – powłoką izolacyjną rury, i aktywnie – poprzez odprowadzenie lub tłumienie prądu za pomocą ochrony katodowej.

Większość materiałów, o których mówiliśmy wcześniej, można stosować zarówno do podstawowej izolacji fabrycznej, jak i na trasie. O głównych etapach i niuansach prowadzenia takich prac opowiemy dalej.

Izolację polietylenową i polipropylenową w zakładzie realizuje się w kilku etapach:

1. Suszenie rur.
2. Czyszczenie śrutem do uzyskania metalicznego połysku.
3. Nagrzewanie rur.
4. Nakładanie na obracającą się rurę podkładu klejowego.
5. Nakładanie metodą ekstruzji, metodą pończochową lub przez nawijanie taśmy warstwy polietylenowej.
6. Zagęszczanie specjalnym wałkiem z powłoką fluoroplastikową.
7. Chłodzenie wodne do 70–80 °C.
8. Kontrola jakości uzyskanej powłoki.

Wszystkie procesy są w pełni zautomatyzowane, ponieważ precyzja komputerowa jest gwarancją jakości produktów.

Często przed nałożeniem powłoki adhezyjnej, rurę pokrywa się cienką warstwą epoksydową dla lepszej ochrony i przyczepności. Według dokumentów normatywnych nie jest to obowiązkowe.

W warunkach polowych wszystkie etapy muszą być zachowane, ale realizowane przy użyciu przenośnego sprzętu – szlifierek i piaskarek, palników gazowych i lamp lutowniczych. Ponadto istnieją specjalne zestawy materiałów do izolacji złączy i naprawy uszkodzeń – na przykład termokurczliwa mankieta PET lub samoprzylepna taśma polimerowa.

Do nakładania izolacji bitumicznej rury również się czyści, ale za pomocą szczotek metalowych, pozostawiających czystą, ale nie gładką powierzchnię. Primer składający się z bitumu i benzyny wylewa się na oczyszczone rury i rozprowadza ręcznikami, a w warunkach trasy – szmatami lub pędzlami.

Podkład pod izolację bitumiczną wytwarza się z bitumu i oczyszczonej benzyny w stosunku 1:3 objętościowo. Nałożenie go cienką, równomierną warstwą jest niezwykle ważne dla przyczepności powłoki do rury.

Nie później niż w ciągu doby należy nałożyć główną powłokę: 2-3 warstwy masy, oddzielone materiałem wzmacniającym i zabezpieczone zewnętrznie warstwą papieru.

Do wzmacniania używa się tkaniny szklanej, włókniny polimerowej lub siatki. Nawija się je spiralnie, równomiernie, z niewielkim naciągiem i zakładką.

Nakładanie izolacji w warunkach polowych

W przypadku konieczności naprawy uszkodzeń izolacji podziemnego gazociągu lub łączenia rur z różnym typem izolacji, ważne jest prawidłowe dobranie używanych materiałów.

Powłoki PALT i LITKOR są używane tylko w warunkach trasowych. Obie nakłada się na primer bitumiczny, ale w przypadku pierwszej należy najpierw nałożyć warstwę bitumu i wzmocnić ją, a następnie, bezpośrednio na gorącą masę, nawijać taśmę. W drugim przypadku bitum jest dolną warstwą samej taśmy, dlatego nawija się ją bezpośrednio na primer, uprzednio stopiwszy palnikiem.

Pomimo zewnętrznego podobieństwa, nie można mylić taśm Litkor z samoprzylepnymi taśmami PET, ponieważ użycie nieodpowiedniego podkładu beznadziejnie zepsuje jakość izolacji.

Naprawiają rury z powłoką PET wykonaną metodą ekstruzji za pomocą specjalnych termokurczliwych łat lub taśm bitumiczno-polimerowych LITKOR. Przy fabrycznej powłoce z samoprzylepnej taśmy PET, do naprawy używa się tej samej taśmy, typu Polilen. Jest to możliwe tylko w ciepłej porze roku, ponieważ taśma na mrozie nie klei się i nie toleruje podgrzewania.

Do izolacji miejsc spawania rur z powłoką z polietylenu ekstrudowanego stosuje się specjalne mankiety, mocowane za pomocą termokurczenia.

Powłokę bitumiczną naprawia się tymi samymi masami bitumicznymi z wzmocnieniem, taśmami bitumiczno-polimerowymi LITKOR lub podobnym materiałem w rolkach Izoplast-P.

Łączenie różnych rur w zupełnie dowolnych kombinacjach zawsze jest możliwe za pomocą taśm LITKOR, a jeśli w rodzimej powłoce obu rur nie ma bitumu, to połączenia proste można izolować także lepkimi taśmami Polilen.

Izolacja rur pod wodą

Gazociągi, które będą służyć na dnie morskim, izoluje się szczególnie starannie, ponieważ środowisko to jest niebezpieczne zarówno ze względu na uszkodzenia chemiczne, jak i mechaniczne, a przerwy w pracy rury z reguły oznaczają przerwy w międzynarodowych dostawach gazu.

Główną część ochrony rury uzyskują już w fabryce. Po czyszczeniu i suszeniu są one pokrywane kompozycją epoksydową, następnie nanosi się warstwę adhezyjną, a na nią – warstwę polietylenową. Na tym etapie rury są podobne do analogicznych lądowych, z wyjątkiem pierwszej warstwy epoksydowej, która jest powielana również na wewnętrznej powierzchni.

Jednak to jeszcze nie wszystko: na przygotowane rury już w fabryce instaluje się ochronę katodową, a następnie buduje szkielet zbrojenia i wylewa zewnętrzną warstwę betonu, często z rudą żelaza jako wypełniaczem.

Obetonowanie na wierzchu głównej izolacji nie tylko ochroni przed wszelkimi uszkodzeniami, ale także solidnie przygwoździ rurę do dna.

W wyniku takiego wielowarstwowego wykończenia, waga 1 m.b. rury może osiągnąć 2 tony. Transportowanie takich rur jest bardzo problematyczne, dlatego nie produkuje się ich zbyt długich, a na każdy kilometr morskiego gazociągu przypada kilkadziesiąt spawów, z których każdy musi być niezawodnie zaizolowany.

Łączenie i izolacja złączy odbywa się na specjalnej barce, wyposażonej we wszystko, co niezbędne. Tutaj rury są spawane, a szew jest dokładnie czyszczony za pomocą urządzenia do śrutowania. Rury magistralne mają ogromną średnicę, dlatego nagrzewa się je palnikami indukcyjnymi, a nie propanowymi – jest szybciej, bardziej równomiernie i bezpiecznie.

Następnie nanosi się podkład i instaluje mankiet termokurczliwy, mocowany płytką blokującą. Mankiet jest najpierw podgrzewany w środku, wzdłuż spoiny, a następnie stopniowo kurczy się za pomocą palników gazowych, od środka do krawędzi. Po kontroli jakości tego etapu, instaluje się osłonę wykładzinową do zalania pianką PUR. Po jej wyschnięciu rurę opuszcza się na dno i przysypuje tłuczniem.

Kontrola jakości nakładania izolacji

Ochrona stalowych gazociągów to odpowiedzialne przedsięwzięcie, dlatego każda wykonana czynność podlega dokładnej kontroli, z sporządzeniem protokołu robót zanikowych i wpisaniem ich do dokumentacji rurociągu. Bez względu na to, jak wysokiej jakości i odpowiednio dobrany był materiał izolacyjny, nie spełni on powierzonych mu funkcji, jeśli naruszono technologię prowadzenia prac.

Główne parametry gotowej powłoki podlegające kontroli to grubość, ciągłość i adhezja do rury. Mierzy się je specjalnymi przyrządami elektronicznymi: grubościomierzami, defektoskopami iskrowymi i adhezyjometrami, odpowiednio. Nie uszkadzają one powłoki, dlatego pozwalają kontrolować wszystkie wątpliwe punkty bez zbędnych kosztów.

W warunkach fabrycznych

W zakładach i bazach produkcyjnych grubość powłoki sprawdza się na 10% rur z każdej partii, w 4 miejscach z różnych stron dookoła każdej rury, a także na podejrzanych odcinkach.

Izolacja nałożona na rury przez producenta jest zawsze bardziej równomierna, wyższej jakości i bardziej niezawodna niż ta wykonana w warunkach polowych, nawet przy użyciu podobnych materiałów.

Normy wymagają, aby adhezję, czyli siłę przyczepności do metalu i między warstwami, sprawdzać również na 10% produktów w partii lub co 100 m.

Ciągłość powłoki, czyli brak przebić, zadrapań i innych naruszeń przelotowych, sprawdza się na całej izolowanej produkcji na całej powierzchni.

Ponadto można sprawdzać dielektryczną ciągłość powłoki, odporność na uderzenia, powierzchnię odwarstwienia po polaryzacji katodowej i inne testy. W przypadku izolacji powłokami bitumicznymi próbkę do badań właściwości fizycznych pobiera się z każdej partii masy uszczelniającej, przynajmniej codziennie.

Na miejscu montażu lub naprawy

W warunkach trasy również sprawdza się jakość izolacji, pod kątem ciągłości – zawsze i w pełni, a pod kątem grubości i adhezji – co 10. zaizolowany spaw.

Ponadto sprawdza się szerokość zakładki na powłoce fabrycznej oraz relief izolacji – pod kątem braku fałd, zmarszczek, poduszek powietrznych i innych wad.

Przy słabej adhezji taśmy izolacyjnej do rury, z czasem będzie się ona odklejać, a rura pozostanie niezabezpieczona przed środowiskiem zewnętrznym.

Ponadto na już istniejących gazociągach regularnie sprawdza się ciągłość izolacji. W tym celu nie trzeba ich nawet odkopywać, a w przypadku podejrzenia uszkodzeń, rury odkrywa się i sprawdza nie tylko grubość, ciągłość i adhezję, ale także właściwości dielektryczne izolacji.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Teraz wiecie Państwo wszystko – lub prawie wszystko – o przeznaczeniu i materiałach do izolacji różnych stalowych gazociągów, a także mają Państwo pojęcie o specyfice ich nakładania i kontroli jakości ochrony.

A dla lepszego zobrazowania proponujemy obejrzeć film, w którym szczegółowo opisano izolację złączy spawanych taśmą bitumiczno-polimerową:

Montaż termokurczliwej opaski na spaw:

Być może spotkali się Państwo już z podobnymi pracami, obserwowali ich prowadzenie lub brali w nich bezpośredni udział. Proszę uzupełnić lub ocenić przedstawione informacje. Będzie nam miło poznać Państwa opinię w dyskusji poniżej.