ЛКМ - О эпоксидных ЛКМ

Подземное нефтепромысловое оборудование эксплуатируется в жестких условиях. Заводнение продуктивных пластов, осуществляемое при нефтедобыче, сопровождается появлением сероводорода, а воды, используемые для заводнения, обогащены сульфатами (до 3000 мг/л) и заражены сульфат-восстанавливающими бактериями. Эти факторы способствуют развитию микробиологической коррозии с образованием сульфида железа. Последний образует с материалом оборудования (Fe) микрогальваническую пару, в которой железо является анодом и быстро разрушается.
Значительные коррозионные разрушения металла происходят также под действием кислорода, растворенного в используемой для заводнения воде. Возникают локальные очаги коррозии (язвенная коррозия), что приводит к нарушению сплошности нефтедобывающего оборудования. Особенно быстро корродируют места, в которых имеют место повышенные растягивающие напряжения (перегибы).
Быстрому износу защитных антикоррозионных покрытий и материала оборудования также способствуют высокая скорость перекачивания продуктов, перепады давления, повышенная температура, присутствие абразивных материалов (песок, глина, шлаки).
Одним из наиболее перспективных и экономически выгодных методов борьбы с коррозией, как показывает мировая практика, является применение лакокрасочных покрытий. К лакокрасочным покрытиям для окрашивания нефтедобывающего оборудования предъявляются высокие требования по защитным и физико-механическим свойствам при воздействии агрессивных сред, сопровождающих нефтедобычу. При окрашивании нефтяного оборудования в условиях машиностроительного производства важными являются также технологические свойства лакокрасочных материалов и их пригодность для нанесения и формирования покрытий в условиях конвейерного производства.
Основными типами лакокрасочных материалов, применяемыми для защиты нефтепромыслового оборудования в отечественной практике и за рубежом, являются следующие:
двухкомпонентные эпоксидные эмали и грунтовки с нормальным (40-65%), высоким (не менее 75%) сухим остатком или без растворителя;
фенольно-эпоксидные композиции;
двухупаковочные композиции на основе эпоксидных и каменноугольных смол;
покрытия на основе виниловых и хлорированных полиэфиров, модифицированные эпоксидными смолами и армированные стеклянными чешуйками (за рубежом).
Ранее нашим институтом были разработаны шестислойные покрытия на основе двухкомпонентных эпоксидных эмалей ЭП-773 (ТУ) и ЭП-525 (ТУ) и технологический процесс окрашивания внутренней поверхности труб нефтяного сортамента в производственных условиях ПО «Куйбышевнефть».
Покрытия на основе эмалей ЭП-773 и ЭП-525 обладают устойчивостью к воздействию высокосернистых нефтей. Однако указанные эмали невозможно применять на автоматизированных поточных линиях, так как эмали отверждаются в течение длительного времени как в естественных условиях, так и при высокотемпературном отверждении.
В конце 90-х годов в ОАО НИИ ЛКП с ОМЗ «Виктория» были разработаны быстросохнущая эпоксидно-перхлорвиниловая эмаль ЭП-1267 (ТУ 6-23-67-95) и эпоксидная модифицированная эмаль ЭП-773 М (ТУ 6-23-65-94). Представляло практический интерес провести испытания стойкости покрытий из этих эмалей в условиях эксплуатации погружных насосов для добычи нефти и отработать режимы отверждения эмалей согласно техническим требованиям окрашивания изделий на автоматизированной поточной линии ОАО «Альметьевский машиностроительный завод «АЛНАС» (продолжительность сушки – не более 15 минут при 60°С).
Испытания покрытий проводили в лабораторных условиях, имитирующих условия эксплуатации нефтяных погружных насосов.
В качестве образцов для проведения испытаний использовали фрагменты корпусных труб насосов, представленные ОАО «АЛНАС», размером 150х170 мм и толщиной 6 мм, вырезанные из труб диаметром 103 мм.
Образцы окрашивали методом пневматического распыления. Эмали наносили на образцы в два слоя методом «сырой по сырому» с промежуточной выдержкой между слоями в течение 1 минуты. Отверждение эмалей проводили следующим образом. Эмаль ЭП-1267 сушили в течение 15 или 30 минут при 60°С, эмаль ЭП-773М – 0,5 или 1 час при 120°С.
Поверхность образцов перед окрашиванием фосфатировали составом КФА-8. Было установлено, что данный метод подготовки поверхности является оптимальным для применения в условиях поточной линии и обеспечивает высокие защитные свойства покрытия.
Толщина полученных покрытий составляла 70-80 мкм для эмали ЭП-1267 и 90-100 мкм для эмали ЭП-773 М.
Покрытия имели высокие физико-механические свойства: прочность при ударе покрытий по ГОСТ 4765 составляла 50 см, адгезия по ГОСТ 15140 — 1 балл.
Вначале была исследована возможность сокращения времени сушки покрытий по отношению к нормативному: 15 мин. вместо 30 мин. (при 60оС) для эмали ЭП-1267 и 30 мин. вместо 60 мин. (при 120оС) для эмали ЭП-773М, что очень важно для применения эмалей в условиях поточной линии. Исследование покрытий, отвержденных в соответствии с указанными режимами, проводили путем сравнения их электрохимических характеристик (емкость, тангенс угла диэлектрических потерь и их частотные зависимости), которые измерялись в исходном состоянии и периодически в условиях воздействия воды в течение двух месяцев.
Анализ полученных данных дал возможность заключить, что для эмали ЭП-1267 возможен режим сушки 15 мин. при 60оС без снижения защитных свойств покрытия. Покрытия, отвержденные по данному режиму, использовались для проведения дальнейших испытаний.
Что касается эмали ЭП-773М, то покрытия на её основе необходимо отверждать в течение 60 мин. при 120оС; уменьшение времени сушки до 30 мин. приводит к снижению защитных свойств покрытия.
Дальнейшие испытания покрытий проводили на соответствие техническим требованиям ОАО “АЛНАС”. Условия испытаний к воздействию различных факторов, представленных в таблице, имитировали реальные условия эксплуатации погружных насосов для добычи нефти.
При испытании покрытий в условиях статического воздействия бензина, воды и минерального масла образцы полностью погружали в жидкость. При оценке защитно-декоративных свойств покрытий учитывали такие виды разрушений, как изменение цвета, пузыри, отслаивание, сморщивание, наличие коррозионных очагов. Испытания в сероводородной среде, имитирующей пластовую воду, проводили в насыщенном растворе сернистой кислоты, которую получали пропусканием сероводорода через воду до её насыщения. (Согласно проведенным расчетам, для насыщения 2 л воды через нее необходимо пропускать сероводород со скоростью 0,29 л/мин в течение 10 мин). Сероводород получали в аппарате Киппа взаимодействием кускового сернистого железа с концентрированной соляной кислотой:
FeS + HCl = FeCl2 + H2S
Образцы помещали в среду на 2/3 высоты, так что они экспонировались как в жидкой, так и в газовой фазе.
Проведенные испытания позволяют заключить, что покрытия на основе эмалей ЭП-1267 и ЭП-773М удовлетворяют требованиям, предъявляемым к антикоррозийным защитным покрытиям погружных насосов для добычи нефти, и обеспечивают защиту их наружной поверхности на срок не менее 2 лет.
Таким образом, предлагается следующая технология подготовки поверхности и окрашивания деталей погружных насосов:
фосфатирование поверхности составом КФА-8 (2 стадии обработки по 2 мин.);
нанесение 2 слоев эмали ЭП-1267 или ЭП-773М методом «сырой по сырому» с промежуточной выдержкой в течение 1 мин.;
сушка покрытия: 15 мин. при 60о С (эмаль ЭП-1267) или 60 мин. при 120оС (эмаль ЭП-773М).
В настоящее время на ОАО «АЛНАС» монтируется разработанная нашим институтом автоматизированная поточная линия подготовки поверхности и окрашивания деталей погружных электронасосов для добычи нефти производительностью 58 тыс. шт. в год. Однако, технология окрашивания с применением эмали ЭП-1267 уже внедрена в производство, где детали насосов окрашиваются методом пневматического распыления в стационарных условиях.
При выборе эмали из двух представленных в данной статье необходимо иметь в виду следующее:
эмаль ЭП-1267 целесообразнее использовать на поточных линиях, так как она имеет более низкие время и температуру сушки, чем эмаль ЭП-773М;
эмаль ЭП-773М дает несколько большую толщину наносимого слоя, лучше укрывает дефекты подложки и острые кромки, образует покрытия с большим блеском.
Эмали ЭП-1267 (ТУ 6-23-67-95) и ЭП-773М (ТУ6-23-65-94) в настоящее время серийно выпускаются ОАО НИИ ЛКП с ОМЗ «Виктория».