Как снизить ущерб от коррозии металла и сократить затраты на обслуживание трубопроводов на 10%?
Каждая шестая домна в России сегодня работает «впустую» по одной причине: коррозия съедает около 10% всего производимого металла[1]. Проблема коррозии под изоляцией обостряется с каждым годом, так как эксплуатируемые металлические изделия стареют, а количество разрушающих факторов увеличивается. В результате коррозия становится причиной колоссального экологического и экономического ущерба. Совсем избежать самопроизвольного разрушения металлов невозможно, но есть способы замедлить процесс. О том, как это сделать, рассказали в компании ROCKWOOL Россия. Эксперты компании с 2015 года прицельно исследуют проблематику возникновения коррозии под изоляцией.
Чем опасна коррозия металла?
Негативные последствия коррозии связаны с существенным увеличением затрат на эксплуатацию промышленного оборудования и устранение последствий разрушения металлов, а также с серьезными рисками для экологии и безопасности людей.
Так, если говорить об экономической стороне проблемы, то ущерб от коррозии и затраты на борьбу с ней составляют 3-4% ВВП в США и Германии, а в России — более 5%. Из-за коррозии трубопроводов и оборудования под изоляцией сокращается потенциальный срок службы промышленных объектов, а вынужденные приостановки на ремонт снижают эффективность и увеличивают потери бизнеса. Так, час простоя может стоить до 20 тысяч долларов.
Эксперты ROCKWOOL добавляют, что 60% аварийных ситуаций с трубопроводами происходят вследствие коррозии металла. При этом стоимость ремонта может составлять до 300 тысяч рублей на один метр трубы. В среднем на ремонт повреждений от коррозии под изоляцией уходит около 10% от общего бюджета на обслуживание трубопроводов.
С точки зрения экологической безопасности и рисков для населения серьезные опасения вызывают возможные последствия из-за производственных аварий по причине коррозии. По данным Росприроднадзора, основная причина утечек из резервуаров и трубопроводов — это коррозионные повреждения. Так, в 2020 году из-за коррозии на трубопроводе Оха-Комсомольск-на-Амуре произошел разлив нефтесодержащей жидкости на площади 0,4 га.
К сожалению, коррозия металла приводит не только к экологическим катастрофам, но и к гибели людей. Один из самых резонансных случаев произошел в 2020 году в Перми: в результате прорыва теплотрассы погибли пять человек. Как сообщили в Ростехнадзоре, причиной аварии стал локальный коррозионный износ участка трубопровода вследствие старения антикоррозионного изоляционного покрытия.
Почему возникает коррозия?
В появлении коррозии всегда так или иначе виновата влага, однако ее влияние может быть разным, например:
- общая и точечная коррозия углеродистой стали возникает при контакте влажной среды и углеродистой стали;
- коррозионное растрескивание под действием внешних напряжений нержавеющей стали происходит из-за воздействия водорастворимых хлоридов из воды.
По оценкам ученых, в последние годы появились дополнительные факторы, которые провоцируют новые ЧП из-за самопроизвольного разрушения металлов. В частности, это интенсивное развитие трубопроводной сферы, нефтяной, химической и нефтехимической промышленности, а также устаревание существующего оборудования и несвоевременный ремонт. Кроме того, по словам академика РАН Евгения Каблова, к таким факторам можно отнести и появление новых видов бактерий.
«Воздействие отдельных бактерий привело к тому, что интенсивность коррозии увеличилась на 20–30%. Даже нержавеющие материалы, которые никогда не корродировали, эти бактерии прожигают, как лазер. Они передвигаются по металлической поверхности, и продукты их жизнедеятельности разрушают нержавейку», — рассказывает Евгений Каблов.
Не последнюю роль в возникновении коррозии играет и промышленная изоляция. Сегодня абсолютное большинство трубопроводов изолируются, чтобы снизить теплопотери. И именно под слоем изоляции зачастую и начинается разрушение металла.
Как снизить риски коррозии под изоляцией
Коррозия под изоляцией — это наружная коррозия трубопроводов или оборудования, которая появляется под внешней обшивкой изделия из-за проникновения влаги. Это одна из самых опасных и коварных разновидностей разрушения металла. Дело в том, что очаги коррозии в таких ситуациях скрыты изоляцией и их нелегко вовремя обнаружить. В лучшем случае проблема вскрывается при снятии изоляции во время очередной проверки, в худшем — уже при аварии. Наиболее высокий риск возникновения коррозии возникает на трубопроводах, работающих в циклическом режиме (нагрев-остывание).
О предотвращении коррозии нужно задумываться еще на этапе проектирования. Есть четыре ключевых правила:
- Трубопроводы и оборудование должны проектироваться так, чтобы положение опор, фитингов и прочего максимально способствовало отведению воды.
- На трубопроводы и оборудование необходимо наносить подходящее антикоррозионное покрытие и регулярно проверять его состояние в рамках плана техобслуживания.
- Необходимо выбрать подходящий изоляционный слой, который будет соответствовать назначению и не станет источником дополнительной коррозии.
- Следует подобрать оптимальную систему защиты от атмосферных воздействий. Она должна соответствовать назначению, сочетаться с установленной под ней изоляцией и регулярно проверяться.
Как выбрать подходящую изоляцию?
Обычно при выборе изоляции для трубопроводов и другого оборудования подрядчики уделяют внимание ее теплопроводности и максимальной температуре эксплуатации. Однако для снижения рисков коррозии под изоляцией этого недостаточно, важно учесть причины ее появления. Их всего три: материал впитывает влагу, плохо выводит влагу или же не соответствует по химическому составу. Таким образом, правильная изоляция не должна влиять на стальную конструкцию, поглощать воду и задерживать пар.
«Есть три параметра, которые непосредственно влияют на саморазрушение металла под изоляцией. Во-первых, это химическая инертность: коррозия стали ускоряется, если из изоляционного материала можно выделить кислотные соединения. Поэтому водная вытяжка из изоляционного материала должна быть слегка щелочной. Во-вторых, это содержание хлоридов. Они могут выщелачиваться и приводить к растрескиванию под внешним напряжением. Уровень содержания подверженных водному выщелачиванию хлоридов в изоляционном материале должен быть выше 10 мг/кг. В-третьих, это водоотталкивающее свойство: водопоглощение должно быть не более 1 кг/м2», — рассказывает Роман Бочков, менеджер по развитию направления Техническая изоляция и Огнезащита компании ROCKWOOL Россия.
Национальная ассоциация инженеров-коррозионистов (NACE) провела ряд испытаний, чтобы проверить, какие именно изоляционные материалы соответствуют перечисленным свойствам. Оказалось, что самый оптимальный вариант для промышленного применения — это каменная вата. Во время испытаний этот материал показал самую низкую площадь повреждения поверхности: всего 32%, в то время как у изоляции из стекловаты этот показатель составил 42%, у пеностекла — 70%, а у ПИР — все 100%. Максимальная глубина повреждения металла при изоляции каменной ватой тоже оказалась самой низкой (всего 40 мкм), а максимальная скорость коррозии — самой медленной из всех (0,5 мм в год)[2].
Аналогичные испытания провела и лаборатория МГУ: каменную вату с содержанием водорастворимых хлоридов менее 10 мг/кг сравнили с каменной ватой с высоким содержанием хлоридов, а также со стеклянной ватой, синтетическим каучуком, пеностеклом и пенополиуретаном. Среди всех перечисленных материалов для промышленной изоляции лучшие результаты продемонстрировал первый образец: скорость коррозии при использовании каменной ваты с низким содержанием водорастворимых хлоридов составила всего 0,23 мм в год. Для сравнения: под изоляцией из каучука коррозия развивается со скоростью 0,52 мм в год, а под пенополиуретаном — 0,75 мм в год.
«Мы регулярно проводим собственные исследования проблематики возникновения коррозии под изоляцией, ориентируясь, в том числе и на рекомендации NACE. Результатом этой работы стала специализированная линейка прошивных матов и навивных цилиндров из каменной ваты ProRox с низким содержанием водорастворимых хлоридов (меньше 10 мг/кг). Испытания показали, что применение такой изоляции увеличивает ресурс трубопроводов от 11 до 17 % по сравнению с изоляцией из каменной ваты с высоким содержанием водорастворимых хлоридов», — добавляет Роман Бочков.
Прошивные маты и цилиндры ProRox гидрофобизированы, что обеспечивает эффективную защиту от проникновения влаги по всей толщине её слоя. Кроме того, она не препятствует проходу пара, что снижает риск образования конденсата. Такая изоляция доказывает свою эффективность даже на предприятии в условиях Крайнего Севера.
Коррозия металла — неизбежный процесс, однако это не повод оставить попытки и прекратить бороться с ней. Современные разработки предлагают эффективные методы защиты технических сооружений от подобных повреждений и позволяют существенно снизить скорость саморазрушения металлов. А значит — избежать колоссального ущерба.
[1] По данным Института физической химии РАН, https://tribune-scientists.ru/articles/357
[2] ASTM – G189-07 Standard Guide for Laboratory Simulation of Corrosion Under Insulation. Испытания NACE
Jet grouting. Укрепляя грунты и фундамент
Технология струйной цементации становится все более востребованной в работах по эффективному укреплению грунтов и усилению фундаментов.
Современные строительство и реставрацию зданий невозможно отделить от вопросов по качественному и быстрому укреплению слабых грунтовых пород, ограждению котлованов, усилению фундаментов. Решить их помогает технология струйной цементации грунта (jet grouting). Принцип данного метода основан на закреплении грунтов путем их размыва и перемешивания высоконапорной струей цементного раствора.
Альтернатива классике
Генеральный директор ООО «УМ Геоизол» (входит в ГК «ГЕОИЗОЛ») Станислав Тарасенко отмечает, что существуют три различные системы струйной цементации грунтов jet grouting. Однокомпонентная (Jet-1 – разрушение грунта и формирование грунтоцементных свай с помощью подаваемого под давление цементного раствора); двухкомпонентная (Jet-2 – грунтоцементная свая формируется с помощью цементного раствора и воздушной струи); трехкомпонентная (Jet-3 – грунтоцементная свая формируется с помощью цементного раствора, воздушной струи и водной струи). «При этом подбор конкретной системы Jet grouting осуществляется на основе тщательного анализа геологических особенностей территории, параметров объекта, необходимых размеров и прочности получаемого грунтоцементного массива, экономической эффективности. Исходя из нашего опыта, могу отметить, что наиболее востребованы в строительной отрасли системы Jet-1 и Jet-2. Группа компаний «ГЕОИЗОЛ» одной из первых в Санкт-Петербурге стала активно применять технологию струйной цементации грунтов Jet grouting для решения сложных геотехнических задач», - подчеркнул он.
Начальник отдела инженерной подготовки производства «Буровые машины» Роман Малышев рассказывает о технологической последовательности работ. В первую очередь производят бурение скважины. Затем в скважину погружают инъектор со специальным калиброванным отверстием – соплом. Потом подают под большим давлением цементный раствор. Далее осуществляют подъем инъектора с одновременным его вращением и формируют сваю нужного диаметра или стенку из свай. «Важным фактором укрепления массива грунта или усиления фундаментов с использованием струйной технологии является возможность поддержания больших давлений до 40-60 МПа. Это предъявляет определенные требования к оборудованию, подводящим трубопроводам и т.д. Так, например, гидравлические буровые установки EGT чаще других применяются в наших проектах именно благодаря их высокой производительности, маневренности и компактным размерам. Это дает нам возможность проводить работы в стесненных условиях и решать широкий круг задач», - отмечает специалист.
«Считаю целесообразным применение, - продолжает тему генеральный директор ООО «НПСФ «Спецстройсервис», к. т. н. Владимир Мишаков, - именно на открытых территориях, с целью улучшения физико-механических свойств грунтов под новое строительство путём нарушения естественной структуры грунта с целью создания элементов грунта с заданными свойствами. Также рекомендовал бы данную технологию для создания противофильтрационных завес вокруг экологически опасных предприятий для исключения проникновения стоков предприятия в естественные водоемы. Возможно применение jet grouting для создания горизонтальных противофильтрационных экранов, однако для реализации данных проектов требуется оборудование и большой технологический опыт»,- предупреждает он.
Кроме того, эксперт не рекомендует данный метод для усиления грунтов под существующими аварийными зданиями, так как подача воды или цементного раствора под высоким давлением может привести к разжижению грунтов, потери их несущей способности и разрушению здания. Для этих целей (усиление грунтов под аварийными зданиями) существует метод компенсационного нагнетания. На строительных объектах Петербурга при усилении грунтов под аварийными историческими зданиями ведущие организации города используют именно данную методику, которая позволила вернуть в строй не одну сотню аварийных зданий.
Отложенный спрос
Для проведения струйной цементации необходимо специальное оборудование: буровые установки, насосы и т.д. Всё оно производится в зарубежных странах. Как отмечают эксперты, оборудование для jet grouting является дорогостоящим, требует внимательного содержания и технического обслуживания, иначе оно быстро выйдет из строя. Обязательна промывка механизмов после использования цементного раствора, смазка узлов соединения.
Как отмечает специалист по буровым установкам XCMG ООО «СюйГун Ру» Игорь Мурашов, чаще всего комплексы машин для jet grouting можно увидеть в Москве и Санкт-Петербурге. Это обусловлено наличием подходящей для применения jet grouting геологии. Данная технология позволяет кардинально изменить характеристики грунта, а следовательно и возможность строительства практически на любом основании.
«На период изоляции в 2020 году многие страны были закрыты, что заставило некоторых покупателей ненадолго отложить запланированные приобретения, но после отмены ограничительных мер и открытия строительных объектов большинство ранее обсуждаемых контрактов было заключено. В 2021 году линейка машин XCMG для Jet Grouting пополнилась новой компактной моделью XMZ90 для работы в тоннелях и условиях плотной городской застройки», - сообщил специалист.
Вперед, к минимизации
Стоит отметить, что во многих зарубежных странах технология jet grouting считается одной из основных при работах с подземным пространством. По словам Владимира Мишакова, уровень распространения ее в России пока низкий из-за отсутствия оборудования, отработанных технологий и полной нормативной технологической документации.
Тем не менее, по мнению других экспертов, jet grouting постепенно завоевывает отечественный рынок. Основатель ООО «Оптимум Прайс» Данил Кругов связывает растущую востребованность технологии и с ее с популяризацией и с увеличением количества исполнителей, имеющих весьма дорогостоящие комплексы для реализации подобных проектов. «Иногда доходит до курьёзов. Способы цементации путают, - рассказывает он,- и вполне можно встретить в серьёзной документации упоминание технологии «джет» для реставрации внутри архитектурного комплекса. Однако внутри зданий jet grouting применить невозможно. Машины-монстры и высокое давление способны подмыть не только ослабленный веками памятник архитектуры, но и ближайшую современную застройку».
По словам эксперта, сейчас используются только крупные комплексы, работающие в котлованах, на открытых площадках. Из-за своей дороговизны в России часто покупаются машины, бывшие в употреблении в Европе, стоимость, как правило, начинается от 600 тыс. евро. Минимальный комплект можно было собрать в 2018 году за 25 млн.рублей, но с тех пор ценник вырос. Для работы на объекте многоэтажной застройки требуется 2-4 комплекса, работающих параллельно. Оборудование слишком сложное для того, чтобы сдавать или брать его в аренду. При этом идея развития «карманного» джет-граутинга, способного создавать грунтоцементые сваи диаметром 600-1200 мм под основаниями существующих зданий является нерешённой перспективной задачей. Струйная цементация вытесняет сваи, анкера и прочие способы усиления оснований. «Если вышеупомянутый вариант мини-джета будет изобретён, то сфера применения технологии, несомненно, расширится и можно будет усиливать даже памятники архитектуры», - подчеркнул Данил Кругов.
Мнение
Игорь Мурашов специалист по буровым установкам XCMG ООО «СюйГун Ру»:
Jet grouting относится с к специализированным видам работ, а следовательно, это дорогостоящее оборудование требует наличия в штате высококвалифицированного персонала. В случае если необходимо разовое выполнение работ в рамках проекта, то лучше привлечь компании с опытом работы. Что касается предложений по лизингу, то наша компания ООО «СюйГун Ру» совместно со СберЛизингом разработали эксклюзивную программу скидок на технику XCMG при оформлении в лизинг. Программа действует на всей территории РФ при покупке у любого официального дилера ООО «СюйГун Ру».
Звеньевые уплотнители в гидроизоляции вводов инженерных коммуникаций. Надежная защита
По словам экспертов, вводы инженерных коммуникаций - это одно из слабых мест при устройстве гидроизоляции зданий, заглубленных помещений и резервуаров. До недавнего времени герметизации прохода труб, электрокабелей проектировщики и строители уделяли недостаточно внимания. Однако современные требования, предъявляемые к эксплуатации зданий и сооружений, постепенно меняют сформировавшийся подход и заставляют относиться к работам по гидроизоляции вводов коммуникаций более серьезно и ответственно. В частности, становятся все более востребованными конструкции с фланцевыми герметизаторами с эластичным уплотнителем межтрубного пространства, обеспечивающие надежную защиту и герметичность.
Новая эпоха
С советских времен, вспоминает основатель и генеральный директор компании IAAT (ООО «Игорь и Андерс Эдвэнсед Технолоджи») Игорь Филиппов, проектировщики не проектировали места проходов коммуникаций. В опалубке оставлялись прямоугольные проемы, через которые должны проходить трубы. При этом существовало требование, чтобы ввод содержал гильзу – стальную закладную деталь, отделяющую трубу от бетона. Межтрубное пространство заделывалось льняной паклей с цементом. Некоторое время это место удерживало грунтовые воды, но потом каболка сгнивала и происходила протечка. Строителей это не беспокоило, так как эта проблема уже возникала при эксплуатации здания. Со временем возникли новые требования к герметизации вводов коммуникаций. Так появились такие материалы как «сальники нажимные и набивные».
Проектировщики начали их закладывать в проектах, промышленные предприятия стали в больших объемах выпускать, а монтажники осваивать объемы работ по сметам.
Но, по факту, проблемы с гидроизоляцией вводов коммуникаций сохранились. Установленные сальники очень быстро ржавели, льняная пакля сгнивала и протечки поражали места вводов, развивая плесень, грибок, болезнетворную микрофлору, размножающуюся в подвалах и технических помещениях.
«Ситуация начала меняться только после 2006 года. Вместо ненадежных сальников, стали устанавливаться нержавеющие фланцевые герметизаторы и каучуковые звеньевые уплотнители из Европы. Так было положено начало новой эпохи в гидроизоляции и герметизации вводов коммуникаций в строительной отрасли нашей страны.
В 2007 году была основана компания «Игорь и Андерс Эдвэнсед Технолоджи», взявшая на себя миссию внедрения новых, современных и долговечных конструкций вводов инженерных коммуникаций. За 14 лет были разработаны и произведены конструкции, не имеющие аналогов в мире. Это позволило герметизировать вводы без остановки отопления, отключения коммуникаций и раскопок городских улиц».
«Герметизаторы IAAT работают в широком диапазоне температур: от -50℃ до +200℃, при давлениях до 5 бар. Надежно герметизируют трубы до 1400 мм из любых материалов. Разработаны специальные узлы герметизации вводов высоковольтных ЛЭП», - добавил Игорь Филиппов.
Особые преимущества
В настоящее время на рынке представлены различные виды комплектующих для герметизации межтрубных пространств, которые также называют гидромуфтами, гермовтулками и т.д. Отличия их состоят в материалах, из которых они произведены и конструктивах, способных или не способных выдерживать длительную работу.
Генеральный директор компании «АктивПитерСтрой» (ООО «АПС») Павел Кулаев отмечает, что при выборе гидромуфт следует обратить внимание на такие характеристики как: твердость по Шору А (метод вдавливания), относительное удлинение при разрыве, остаточная деформация при сжатии, температурный диапазон, химическая стойкость. Плюсом в пользу выбора материалов определенного производителя будет наличие широкого ассортимента его типоразмеров (позволяет наиболее точно подобрать уплотнитель под диаметры труб и гильз), что определяет качество герметизации. А также - наличие у производителя собственных ТУ на уплотнители, паспортов качества, документов о добровольной сертификации, рекомендаций по применению от профильных организаций (например, ГУП ТЭК СПб, АО Теплосеть СПб), предоставление им гарантийных обязательств, бесплатной услуги шефмонтажа и т.д.
«В сравнении с традиционно применяемыми материалами для герметизации (каболки, пены, цементной смеси) преимуществ у звеньевых уплотнителей очень много. В частности, представленные на рынке уплотнители нашей компании под торговой маркой «АктивРинг» обладают отличными характеристиками по поглощению вибраций, шумов, компенсации механических нагрузок, стойки к воздействию масел, кислот и щелочей, могут эксплуатироваться при температуре от -40℃ +80℃. Кроме того, уплотнители не требует замены при протечках (только регулируются), их регулируемая герметичность составляет от 2 до 6 бар, имеют допуск к питьевой воде, могут устанавливаться без гильзы. Данные устройства просто и чисто монтируются и являются эффективным и экономичным решением проблемы уплотнения межтрубного пространства»,- отмечает Павел Кулаев.
По словам генерального директора ООО «ГЕРНИКОН» Руслана Хайруллина, уплотнители только кажутся простым изделием. «На самом деле при производстве необходимо выдерживать определенные допуски, осуществить множество различных операций. Для этого необходимо хорошее оборудование и главное - высококвалифицированные кадры. При изготовлении необходимо использовать материалы, отвечающие заданным параметрам. Речь идет в первую очередь о применении высококачественной резины необходимой марки и требуемой марки нержавеющей стали, особенно если гидромуфта будет применяться в тяжелых условиях»,- добавил он.
Растущий спрос
В целом, считают игроки рынка гидроизоляции, постепенно заказчики осознают важность качественной герметизации вводов коммуникаций. Соответственно растет востребованность и в таких технологичных решениях защиты от протечек. В свою очередь, производители готовы улучшать характеристики своей продукции, расширять ассортиментный ряд.
«Использование гидромуфт, - рассказывает Руслан Хайруллин, - с каждым годом становится все популярней. На сегодняшний день более 90% наших проектов по герметизации вводов коммуникаций решается применением уплотнителей GNK. Из-за пандемии коронавируса объемы продаж в 2020 году снизились. Ведь были заморожены многие объекты строительства. Но начало этого года позволяет строить обнадеживающие планы. Первый квартал 2021 года показал значительный рост спроса на нашу продукцию. Также мы не стоим на месте: постоянно расширяем ассортимент, разрабатываем новые изделия, находим оригинальные технические решения для различных областей строительства в сфере герметизации вводов коммуникаций».
«Ожидание от 2021 года, - продолжает тему Павел Кулаев, - восстановление и рост. Вновь появились возможности продвижения продукции в маркетинговых мероприятиях. В целом, востребованность звеньевых уплотнителей межтрубных пространств «АктивРинг», как современного решения по герметизации вводов коммуникаций возрастает, так как их по решению заказчиков, проектировщиков и эксплуатирующих организаций закладывают в проекты для решения вопросов межсезонных затоплений, протечек и ремонтов».
По словам Игоря Филиппова, 2020 год стал для компании IAAT очень показательным. На фоне разрушающейся от пандемии экономики, наши объемы продаж не сократились. Это говорит о том, что высокое качество нашей продукции находит спрос у заказчиков, болеющих за качество и долговечность своих объектов. Прогноз на текущий год также оптимистичен. Множество проектировщиков, убедившись в качестве узлов герметизации IAAT, заложили их в проекты 2020 года, которые сейчас начнут строиться.
«Президент страны поставил задачу перейти на новый стандарт проектирования – BIM. Все проектировщики, тесно работающие с компанией, уже получили BIM-модели на всю линейку нашей продукции. Конструкторы IAAT создали специализированный сайт, позволяющий очень быстро подобрать любые узлы герметизации для всех видов строительных конструкций. Кроме того, в этом году мы выберем профильное предприятие и на его базе произведем реновацию. Предложим разработанную линейку, перекрывающую весь размерный ряд и геометрию узлов вводов. Мы, как родоначальники рынка герметизации вводов, уверены в своей компетенции и лидерстве. Заложив начало новой культуры герметизации в 2007 году, мы оторвали сознание строителей от каболки с цементом и видим сейчас позитивный результат», - подчеркнул представитель рынка.