بهبودهای پوشش قیر زغال سنگ
با توسعه کارخانه های مدرنتر پوشش که همه فرآیندهای لازم تا مرحله نهایی اعمال پوشش لوله را در خود جای داده اند محصولات با استحکام و پایداری بیشتری برای کاربرد در صنایع پوشش لوله های فولادی تولید شدند. در این میان پوشش لوله قیر زغال سنگی نیز شاهد بهبودهای زیادی در فرآیند تولید بوده است. بطور مثال پرکننده های بی اثر به خوبی آسیاب می شوند تا نیازهای مدرن را برآورده کنند. زمان‌ها و دماهای فرآیند بسیار مهم هستند و برای مطابقت با استانداردهای سخت فعلی تنظیم شده‌اند. این پیشرفتها در کارخانه های صنایع پوشش لوله ایران نیز انجام شد.
معرفی نوارهای داخلی پشم شیشه و استفاده از نوارهای بیرونی آغشته به انامل، استحکام مکانیکی سیستم را بیشتر کرده است. این نوارها طوری طراحی شده اند که در برابر تنش های خاک و اثرات ضربه در هنگام جابجایی و احداث خط لوله محافظت بیشتری از لوله های فولادی بوجود می آورند.
پوشش لوله قیر زغال سنگ یا پوشش لوله CTE خطوط لوله
اکتشافات نفت و گاز فراساحلی، به ویژه در بخش بریتانیایی دریای شمال، شاهد معرفی پوشش لوله کانکریت به عنوان لایه اضافی محافظ مکانیکی و فیزیکی بر روی پوششهای ضد خوردگی در خطوط لوله بود. ثابت شد که CTE یک انتخاب عالی برای لایه زیرین پوشش است زیرا سطح خوبی را فراهم می کند که بتن می تواند روی آن بچسبد بنابراین در خطوط لوله عبوری از دریا پوشش لوله قطران زغال سنگ به عنوان پوشش ضدخوردگی یا آنتی کروژن و پوشش لوله کانکریت به عنوان لایه آخر همراه با حفاظت کاتدی، می تواند از کل خط لوله با درجه بالایی از اطمینان، حفاظت به عمل آورد.
در همان زمان، پیشرفت های متعددی در حلالهای مورد استفاده با قیر بوجود آمد. پرایمرهای اولیه که به آهستگی خشک می شدند در حدود سال ۱۹۶۰ با یک پرایمر مصنوعی که خاصیت خشک شدن سریع داشت، جایگزین شد. از آن زمان تابحال پیشرفتهای قابل توجهی صورت گرفته که جدیدترین آنها تولید پرایمر اپوکسی EP-10 است. این محصول یک پیوند قوی اضافی ایجاد می کند که قابلیت کاربری انامل را در دماهای بالاتر بهبود می دهد.
پرایمر اپوکسی EP-10
اپوکسی EP-10 یک پرایمر بر پایه اپوکسی است که قبل از پوشش کولتار انامل بر روی لوله فولادی تمیزکاری شده اعمال می شود. این پرایمر یک پیوند شیمیایی و مکانیکی قوی ایجاد می کند که باعث می شود انامل مقاومت فوق العاده ای در برابر جداشدگی کاتدی در دماهای بالا تا ۱۱۵ درجه سانتیگراد از خود نشان دهد و چسبندگی را بطور قابل ملاحظه ای بهبود می بخشد. علاوه بر این، سطح پایین VOC یا مواد آلی فرار در پرایمر اپوکسی EP-10 تمام الزامات فعلی را در مناطقی با قوانین سختگیرانه محیط زیستی مانند کالیفرنیا برآورده می کند. با این بهبود در زمینه پرایمر مورد استفاده در پوشش لوله قطران زغال سنگی، عمر طولانی تر و بهبود عملکرد در دماهای تا ۱۱۵ درجه سانتیگراد را در خط لوله شاهد خواهیم بود. و از طرفی چسبندگی بالاتر محافظت مکانیکی بهتری در برابر تنش های خاک و آسیب حمل و نقل ایجاد می کند.
استانداردهای پوشش لوله
خطوط لوله، چه زیرزمینی و چه زیر دریا، زیرساختهای گرانی هستند و حفاری و تعمیر آن بسیار پرهزینه است. به همین جهت پوشش های محافظ در خطوط لوله بسیار مهم هستند و باید طبق بالاترین استانداردها اعمال شوند. کارایی پوششهای خارجی و داخلی لوله به عوامل زیادی بستگی دارد؛ طراحی پوشش، آماده سازی سطح، اجرا، بازرسی، و جابجایی و احداث خط لوله. همه این جنبه ها باید توسط استانداردهای فنی مناسب نظارت شوند.
در گذشته، اعمال پوششهای لوله در محل سایت خط لوله انجام می شد. آماده سازی سطح فلز به جای استفاده از روشهایی مانند شات بلاست، توسط برسهای سیمی و یا روشهای مکانیکی آلودگی زدایی انجام می شد. بازرسی ها ضعیف بودند و یا اصلا وجود نداشتند، که در نهایت منجر به اجرای پوشش لوله غیر استاندارد، معیوب و ناهموار می شد. کیفیت قیر یا انامل پایین بود و بصورت نامنظم در سطح لوله های فلزی قرار داده می شود و قبل از سرد شدن پوشش خارجی لوله ها، آنها را به داخل گودال انتقال می دادند. اصلاحات زیادی در این فرآیندها باید صورت می گرفت تا بصورت استاندارد درآیند. با این حال، علیرغم شرایط نامطلوب اجرا، نمونه های زیادی در سراسر جهان از خطوط لوله پوشش داده شده به این روش وجود دارد که با گذشت بیش از ۴۰ سال هنوز هم در حال بهره برداری هستند.
در ۲۵ آوریل ۱۹۴۰ اولین استانداردها توسط انجمن عملیات آب آمریکا با نام های 7A.5 و 7A.6 معرفی شدند و در ۱۲ مرحله مورد بازبینی قرار گرفتند تا منجر به استاندارد AWWA C203-97 شد. استاندارد بریتانیا BS4164 اولین بار در سال ۱۹۶۷ منتشر شد و به طور مرتب تا آخرین شماره در سال ۱۹۸۷ به روز شده است.
این دو استاندارد به ارتقای کیفیت بین المللی مواد پوشش لوله و نحوه اجرای آن در کارخانه ها کمک شایانی کرده است. AWWA C203، اگرچه برای استفاده در صنعت آب طراحی شده است، اما زمانی که پوشش لوله از نوع قطران زغال سنگ انتخاب شده باشد، در سراسر جهان در صنایع نفت و گاز استفاده می شود. BS4164 یک استاندارد مواد است که برای نحوه عملکرد آنها در درجه حرارتهای بالا طراحی شده است و اغلب برای چاه های عمیق مورد استفاده قرار می گیرد.
پوشش لوله کولتار انامل خطوط لوله
ویژگیهای شیمیایی پوشش لوله کولتار انامل
مواد قطران زغال سنگ، که اساس انامل را تشکیل می دهد، از هیدروکربن های آروماتیک چند هسته ای و ترکیبات هتروسیکلیک سه تا شش حلقه ای تشکیل شده است. این مولکول های پایدار در طی عملیات کک سازی در حرارت حدود ۱۳۰۰ درجه سانتی گراد تشکیل می شوند. سپس پرکننده ها و پودر زغال سنگ به انامل انعطاف پذیری و استحکام می بخشند و پیوندهای مولکولی قوی استحکام بالایی در برابر نفوذ آب و باکتری ها ایجاد می کنند. در مقابل آن، ساختار پیوند آلیفاتیک با زنجیره بلند موجود در قیر نفتی مقاومت کمتری در برابر آب دارد و می‌تواند توسط باکتری‌ها تخریب شود.
آرایش مولکولی قوی ویژگی های لازم برای ایجاد حفاظت در برابر خوردگی خط لوله را به پوشش لوله قیر زغال سنگی که در سیستم Pipe Protection با نام اختصاری CTE شناخته می شود، ارائه می دهد. این موارد را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:
۱- مقاومت در برابر آب
۲- ساختار شیمیایی پایدار؛ مقاوم در برابر خاک های اسیدی و قلیایی و مقاومت خوب در برابر مشتقات نفتی.
۳- مقاوم در برابر جدایش کاتدی؛ اکثر خطوط لوله با استفاده از روش آندهای خورنده و جریان الکتریکی در برابر خوردگی محافظت می شوند. پوشش لوله کولتار انامل (CTE) در برابر محیطهای قلیایی پیرامون سطوح فلزی مقاوم است.
۴- مقاومت الکتریکی بالا؛ حتی پس از دو سال غوطه ور شدن در آب، مقاومت الکتریکی هنوز ۱۰۱۴ اهم بر سانتی متر مکعب است.
۵- چسبندگی؛ پوشش قطران زغال سنگ یک پیوند دائمی قوی با سطح فولاد ایجاد می کند.
۶- مقاوم در برابر باکتری ها، موجودات دریایی و نفوذ ریشه؛ پوشش قطران زغال سنگ یک سد غیرقابل نفوذ برای ریشه درختان ایجاد می کند تا هیچ ماده مغذی برای میکروارگانیسم ها موجود نباشد و بنابراین ریشه ها بدون ایجاد آسیب رد می شوند.
حلال یا پرایمر پوشش لوله
به گزارش صلپا کارخانه های پوشش لوله امروزی قادرند حدود ۳۰ شاخه لوله را به طول تقریبی ۱۲ متر در هر ساعت پوشش دهند. این سرعت تولید معمولاً انتخاب پرایمرهای پوشش لوله را به یکی از دو گزینه پرایمر مصنوعی نوع B و پرایمرهای اپوکسی EP-10 محدود می کند.
پرایمرهای مصنوعی نوع B بر پایه لاستیک کلر تولید می شوند. آنها را می توان با اسپری، قلم مو یا غلتکی اعمال کرد و ظرف ۵ تا ۱۵ دقیقه خشک می شوند.
پرایمر اپوکسی EP-10 یک ماده دو جزئی است که توسط تجهیزات اسپری چند جزئی برای لوله گرم (۳۷ تا ۶۰ درجه سانتیگراد) اعمال می شود. در حالی که پرایمر هنوز چسبنده است، انامل اعمال می شود. گرمای انامل واکنش شیمیایی را برای تشکیل پیوند اپوکسی EP-10 تامین می کند.
درجه های پوشش قیر زغال سنگی
پوشش قیر زغال سنگی یا کولتار انامل در ۴ درجه تولید می شود که همگی کاملاً با یکدیگر سازگار هستند اما برای استفاده در شرایط و دماهای مختلف کاربری طراحی شده اند.
ویژگی مهم پوشش CTE هزینه بسیار پایین‌تر نسبت به سایر انواع پوشش لوله است. گریدهای مختلف این پوشش برای دماهای کاربری از ۳۰- تا ۹۵ درجه سانتی گراد مناسب است و تا دمای ۱۱۵ درجه سانتی گراد به عنوان لایه آنتی کروژن در پوشش لوله کانکریت خطوط لوله زیر دریا موثر است.
تمام گریدهای پوشش لوله قیر زغال سنگی از مواد اولیه یکسانی تولید می شود و تفاوت آنها تنها بر اساس نسبت ترکیب مواد اولیه است. به طور کلی، اناملهای نرم‌تر در دماهای کاربری پایین و انامل سخت‌تر در دماهای کاربری بالا استفاده می‌شوند. بنابراین انتخاب درجه یا گرید صحیح برای هر بخش از خط لوله مطابق با دمای محیط احداث و سیال عبوری مهم است. بخش‌های با دماهای بالا، مانند ایستگاه‌های کمپرسور، ممکن است به درجه خط گرم نیاز داشته باشند، در حالی که بقیه خط لوله ممکن است با استاندارد نوع ۱ منطبق باشند.
نوار داخلی پوشش قیر زغال سنگی
نوار داخلی پوشش قیر زغال سنگی رشته های فیبر شیشه ای آغشته به رزین و با خاصیت ارتجاعی کم هستند. این تقویت‌کننده‌ها استحکام مکانیکی را به انامل می دهد. نوار داخلی باعث تقویت پوشش می شود، از لغزیدن آن بر سطح لوله فولادی جلوگیری می کند و مقاومت در برابر ضربه را افزایش می دهد. برای ضخامت های کمتر از ۴ میلی متر یک نوار پوشش داخلی کافی است، اما برای ضخامت های بالاتر از ۴ میلی متر استفاده از ۲ نوار داخلی پوشش لوله قیر زغال سنگی توصیه می شود.
پوشش لوله CTE
نوار بیرونی پوشش لوله قطران زغال سنگ
نوار بیرونی پوشش لوله قطران زغال سنگ، از جنس پشم شیشه آغشته به قیر هستند. این نوار متخلخل می باشد و اجازه می دهد در حین اجرای پوشش لوله، بخار خارج شده و به انامل داغ نفوذ کند و پوشش بیرونی را به سطح داخلی پیوند دهد. این الیاف پشم شیشه ای جایگزین نوارهای آزبستی قدیمی و غیرقابل قبول از نظر ملاحظات محیط زیستی شده اند که متخلخل نبوده و اغلب بخارات به دام می افتادند و منجر به ایجاد حفره یا جدایش نوار از سطح می شدند.
انتخاب درجه صحیح نوار پوشش بیرونی بستگی به تنش های مکانیکی دارد که لوله پوشش داده شده در حین جابجایی، حمل و نقل و نصب با آن مواجه می شود. تنش خاک نیرو را در طول خط لوله در موقعیت ساعت ۱۲ ایجاد می کند که متناسب با قطر لوله است. برای لوله‌هایی با قطر ۱۳۰۰ میلی‌متر، نیروی کششی ۶۰۰ نیوتن بر ۵۰ میلی‌متر وارد می شود (به تناسب برای قطرهای کوچک‌تر این نیرو کمتر است). برای اکثر پروژه‌ها، مقاومت طولی نوار بیرونی الیاف شیشه طبق استاندارد AWWA C203-97 بخش 4.3.4.1 بیش از حد مورد نیاز است، اما برای لوله‌های با قطر بزرگ با تنش‌های بالا، الیاف پشم شیشه مستحکمتری ممکن است لازم باشد.
معایب پوشش لوله کولتار انامل
پوشش لوله CTE با وجود مزایایی مانند کاربری ساده و هزینه مقرون بصرفه، در برابر سایر انواع پوشش لوله مدرنتر دارای معایبی است که انتخاب آنرا محدود می کند. امروزه پوشش لوله قطران زغال سنگ در پروژه های محدودی به عنوان پوشش خارجی در خطوط لوله دفنی و یا عبوری از بستر دریا کاربرد دارد که در حالت دوم به عنوان پوشش ضد خوردگی یا آنتی کروژن عمل می کند و لایه زیرین پوشش لوله کانکریت را تشکیل می دهد. به گزارش صلپا پوشش های پایه قیر مانند پوشش کولتار انامل، پوشش لوله بیتومن و پوشش لوله بیتوسیل به دلیل استفاده از حلال و پرایمر مصنوعی دارای مواد آلی فرار یا VOC هستند که برای سلامتی و محیط زیست مضر بوده و اثرات گلخانه ای در آب و هوا به جای می گذارند.