در محیط های خورنده از جمله داخل خاک و در زیر سطح زمین یا در بستر دریا قرار داده می شوند، از این رو، نیاز به تعمیر و بازسازی دارند. این امر علاوه بر هزینه، مشکلاتی را به همراه دارد. به همین دلیل، حفاظت از اینگونه لوله ها امری حیاتی و معمول است. پوشش های متنوعی برای این منظور بکار رفته اند؛ در این مقاله به معرفی پوشش های پلی یورتانی و کاربرد آنها در خطوط لوله پرداخته خواهد شد.
خطوط لوله مهمترین بخش فرآیندهای تولید و حمل و نقل نفت و گاز هستند. از این رو، پوشش های محافظ برای حفظ بدنه آنها بسیار مهم هستند. این پوشش ها مانند پوست انسان عمل می کنند که سدی فیزیکی و شیمیایی را تشکیل می دهد که همیشه آماده دفاع از بدن در برابر مواد زیان آور است. به بیان دیگر، می توان گفت که اعمال پوشش بر روی لوله ها راه حلی برای حفظ تمامیت لوله ها است. در واقع، پوشش دهی با هدف محافظت از لوله ها در مقابل خوردگی و دیگر عوامل فیزیکی و شیمیایی صورت می گیرد.
خوردگی نوعی تخریب تدریجی است که باید از آن چه در سطح بیرونی و چه در بخش درونی لوله جلوگیری شود. با این حال، عمدتا خوردگی لوله ها به دلیل عوامل بیرونی (و در سطوح بیرونی لوله ها) و خوردگی قسمت های داخلی لوله کمتر رخ می دهد و کمتر به آن پرداخته شده است. با این حال، از پوشش های پلی یورتانی در قسمت داخلی لوله ها نیز استفاده می شود تا از خوردگی و فرسایش به خصوص خوردگی توسط میکروارگانیسم ها یا کاهش اصطکاک و اغتشاش جریان سیال جلوگیری شود تا راندمان جریان یابی افزایش یابد.
انواع پوشش های محافظ خطوط لوله
برای حفاظت از لوله ها انواع مختلفی از پوشش ها از گذشته تا کنون بکار رفته اند که در ادامه به برخی از آنها اشاره می شود:
- قیر
این پوشش، از قدیمی ترین انواع پوشش ها برای خطوط نقل و انتقال نفت و گاز می باشد. برخی از خواص برجسته آن شامل عدم نفوذپذیری در مقابل آب و رطوبت است؛ در نتیجه، مقاومت بالا نسبت به خوردگی، همزمان با دارا بودن قیمت پایین و امکان نصب ساده را منجر می شود. با این حال، چسبندگی آنها با سرد شدن آب و هوا افت می کند و دچار شکنندگی می شوند؛ از طرفی، قیر در هوای گرم، منعطف است و استحکام مکانیکی آن کاهش می یابد. لازم به ذکر است که ممکن است در حین حمل و نقل و نصب دچار آسیب دیدگی شود و مقاومت چندانی در مقابل اشعه های خورشید ندارد. همچنین، قیر به دلیل ویسکوزیته بالا، رفتار جریان یابی مناسبی ندارد و همین امر منجر می شود که نیاز به اعمال لایه نسبتا ضخیمی از آن (4 تا 6 میلی متر) بر روی لوله باشد. از این رو، با توسعه دیگر پوشش ها، کاربرد این پوشش محدود شد.
- پوشش های پلی الفینی
پس از قیر، توجه ها به سمت استفاده از پلاستیک ها معطوف گردید. از پلی اتیلن و پلی پروپیلن برای این کار استفاده شدند. اولین گزینه ای که بدین منظور بکار می رفت پلی اتیلن بود که به صورت پوششی پودری یا اکستروژن اعمال می شد. از آنجایی که مقاومت مکانیکی آن از قیر بیشتر بود، امکان کاهش ضخامت پوشش به 1.8 تا 2.5 میلی متر فراهم شد و دیگر نیازی به تقویت پوشش با چسب ها نبود.
پوشش های کوپلیمری پلی پروپیلنی با هدف حفاظت از سطوح بیرونی لوله ها بکار رفته اند. پلی پروپیلن، یکی از مناسب ترین پوشش ها است زمانی که بحث خواص مکانیکی (مقاومت نسبت به ضربه، نفوذپذیری و ...) مطرح باشد و می توان گفت که دارای برتری نسبت به دیگر پوشش ها از جمله رزین اپوکسی، قیر و پلی اتیلن است.
پوشش های پلی الفینی، مقاومت بالایی نسبت به خوردگی از خود نشان می دهند و استفاده از آنها به صورت سه لایه نیز متداول است. با این حال، از بزرگترین مشکل اینگونه پوشش ها، می توان به چسبندگی ضعیفشان به لوله های فلزی اشاره کرد.
- پوشش های پودری اپوکسی
این پوشش ها، در ابتدا به حالت پودری از رزین و عامل پخت هستند که در شرایط معمول انبارداری با یکدیگر واکنش نمی دهند. زمانی که دمای مناسب (معمولا 180 تا 250 درجه سانتی گراد) برای اعمال پوشش فراهم شود، پودرها ذوب شده و به حالت مایع تبدیل می شوند. مذاب بر روی سطح فلز جریان می یابد و در اثر واکنش شیمیایی پخت (که نیاز به اعمال حرارت دارد)، به صورت جامد در می آید. این واکنش بازگشت ناپذیر است و با اعمال مجدد گرما، پوشش به حالت اولیه یا مذاب بازنمی گردد و به اصطلاح پوششی ترموست است. این پوشش ها سخت و شکننده هستند و تمایل به جذب مقادیر مشخصی آب در دماهای بالا دارند. همچنین، عمدتا از آنها برای پوشش دهی لوله های نصب شده در محیط های خشک بکار می رود.
- پوشش های پلی یورتانی
علاوه بر تحمل شرایط محیطی مختلف از جمله اشعه فرابنفش، دماهای بالا، باران اسیدی و آب شور، پوشش های پلی یورتانی مقاومت مکانیکی و مقاومت خوبی نسبت به خوردگی از خود نشان می دهند. این پوشش ها می توانند بر روی دیگر پوشش های مقاوم در برابر خوردگی به عنوان پوششی مانع (یا سدگر)، مقاوم در مقابل ضربه یا عایق کننده، قرار گیرند.
آزمون های مختلفی برای کنترل کیفیت پوشش های پلی یورتانی مقاوم در برابر خوردگی وجود دارد که در جدول زیر آورده شده است:
علاوه بر موارد پیشتر گفته شده، پوشش های پلی یورتان همراه با قیر نیز متداول هستند و به دلیل خواص شیمیایی، چقرمگی و ایجاد سطحی صاف و یکدست پس از اتمام کار، چسبندگی و مقاومت سایشی مناسب، توسعه یافته اند. گزارش شده است که حتی در شرایطی که لوله تحت شرایط سخت و پرفشاری باشد، تنها لایه ای به ضخامت 1.5 میلی متر از این پوشش برای محافظت از لوله کفایت می کرد. این جمله بدان معنی است که این ماده کیفیت بالایی دارد و مقرون به صرفه است زیرا که هزینه پوشش دهی هر سطح واحد با این مواد، همانند هزینه های پوشش دهی با پلی اتیلن ها بود، با اینکه هزینه مواد از نظر وزنی بیشتر است.
انتخاب پوشش مناسب برای پوشش دهی لوله ها
با وجود اینکه پوشش لوله ها تنها حدود 5% از هزینه های تمام شده را در بر می گیرد، انتخاب مناسب ترین پوشش، از اصلی ترین عامل تضمین کننده طول عمر لوله های نصب شده خواهد بود. دوام پوشش ها در حین حمل و نقل یا نصب لوله ها، مقاومت شیمیایی آنها در مقابل موادی از جمله اسیدها، بازها، میکروارگانیسم های موجود در خاک یا دریا، استحکام چسبندگی بالای پوشش و مقاومت آن در برابر ترک خوردگی و همچنین، مقاومت حرارتی، امکان تعمیرسازی ساده آن در طی فرآیند نصب، از مشخصه های لازم برای پوشش های خطوط لوله است.
به طور کلی، می توان گفت که انتخاب پوشش مناسب بستگی به دو عامل اصلی دارد:
- عملکرد: در ابتدا، عملکرد پوشش هایی که در دسترس هستند باید با توجه به مشخصات فنی آنها ارزیابی شود.
- قیمت: قیمت که اغلب تحت تاثیر کاربرد قرار می گیرد تا اینکه قیمت مواد مطرح باشد.
مزیت های پوشش پلی یورتانی نسبت به دیگر پوشش ها
پوشش های پلی یورتانی دارای مزیت های بسیاری نسبت به دیگر پوشش های متداول هستند که تعدادی از آنها در موارد زیر خلاصه شده است:
- با اعمال پوشش پلی یورتانی بر روی لوله ها، این پوشش به سرعت پخت می شود (در حدود 10 دقیقه)، در نتیجه، پس از مدت زمان کوتاهی می توان آنها را درون خاک دفن کرد، بدون اینکه آسیبی به پوشش وارد شود.
- این پوشش های پلی یورتانی می توانند در دمای پایین (دمای محیط)، به راحتی پخت شوند در حالی که این امکان برای دیگر پوشش ها وجود ندارد. به بیان دیگر، از آنجایی که واکنش بین پلی ال با ایزوسیانات گرمازا است دیگر نیازی به اعمال حرارت نیست. علاوه بر آن، می توان آنها را در هر ضخامتی و برای هر لوله ای با قطرهای مختلف اعمال کرد.
- پوشش های پلی یورتانی، تطبیق پذیری بهتری با محیط نسبت به دیگر پوشش های مقاوم در برابر خوردگی دارند.
- پلی یورتان ها لایه ای یکدست را بر روی سطح بستر (لوله) تشکیل می دهند که سختی بالایی دارد و دارای مقاومت نسبت به ضربه است.
- این پوشش ها چسبندگی بسیار مناسبی به سطح فلز دارند، نسبت به نفوذ بخارات آب مقاوم و دارای مقاومت شیمیایی بالایی هستند.
روش اعمال پوشش پلی یورتانی بر روی لوله
عمدتا اعمال پوشش، به روش پاششی (اسپری) صورت می گیرد که اینکار یا به روش دستی و توسط اپراتور، یا به روش خودکار، توسط ماشین (دستگاه) انجام می شود. نکات لازم به ذکر به شرح زیر است:
- اعمال پوشش می تواند در کارخانه و یا محیطی که قرار است لوله در آن نصب شود صورت گیرد.
- پوشش به صورت لایه ای با ضخامت حداکثر 3 میلی متر، بر روی لوله اعمال می شود و لایه ای یکنواخت را بدون اینکه از سطح سر بخورد ایجاد می کند.
- به طور معمول، پیش از اعمال پوشش، نیازی به آماده سازی سطح یا استفاده از زیر لایه اولیه برای بهبود چسبندگی (پرایمر) نیست.
روش های دستی و خودکار اعمال پوشش به روش اسپری در شکل زیر قرار داده شده است. لازم به ذکر است که اگر نیاز به اعمال پوشش بر سطح کوچکی باشد، قلمو یا غلتک نیز می تواند استفاده شود.
اعمال پوشش پلی یورتان به روش اسپری. الف) در محیط کارخانه ب) در محل.
سیالاتی که از داخل لوله ها عبور می کنند یا محیطی که لوله ها در آن نصب و قرار داده می شود، می توانند باعث ایجاد خوردگی و فرسایش لوله ها شوند. پوشش های متداول بسیاری برای جلوگیری از این رخدادها استفاده شده اند که در این مقاله، برتری پوشش های پلی یورتانی نسبت به سایر پوشش ها بیان شد.
