Преимущества применения термически напыляемых покрытий на шельфовых платформах

Гераськин В.В., Генеральный директор ЗАО «Плакарт»

История применения металлических покрытий для защиты различных элементов шельфовых платформ насчитывает более 40 лет. Заработав репутацию на защите наиболее подверженной коррозии зоны переменной смачиваемости, алюминиевые и цинковые покрытия системы СПРАМЕТ находят применение во все новых областях: защита подводной и надводной части, балластных танков, резервуаров, трапов, защита от коррозии под теплоизоляцией и огнезащитными покрытиями, противоскользящие, термостойкие и теплоизолирующие покрытия.

Ко второму десятилетию XXI века нефтяные и нефтесервисные компании вывели в море сотни буровых и нефтедобывающих шельфовых платформ. Хотя платформы и суда эксплуатируются в одной и той же агрессивной морской среде, характер их эксплуатации существенно отличается. Суда регулярно заходят в доки для выполнения ремонта и обновления систем защиты от коррозии, платформы же остаются в море десятилетиями. Эта особенность эксплуатации потребовала применения систем защиты от коррозии, существенно отличающихся от принятых в судостроении.
Зона ватерлинии и балластные танки

Наиболее опасной с точки зрения воздействия коррозионных факторов является зона переменной смачиваемости, где металл подвергается цикличному воздействию хлоридов, содержащихся в морской воде, атмосферного кислорода, льда и мусора, плывущего по поверхности воды. Комбинация этих факторов ведет к коррозии в 6-8 раз превышающей по скорости как подводную, так и коррозию в морской атмосфере. Уже на заре строительства морских платформ стало понятно, что традиционные методы защиты от коррозии не дают значительного эффекта в зоне ватерлинии. Электрохимическая катодная защита действует только в момент нахождения металла под водой, в то время как основная коррозия происходит в момент испарения морской воды с обнаженного в атмосфере металла. Органические покрытия, включая эпоксидные и полимерные композиции, легко повреждаются льдами и мусором, подвергаются подпленочной коррозии и отслаиваются. Металлические покрытия из термически напыляемого алюминия оказались наиболее подходящими для защиты зоны переменной смачиваемости благодаря следующей комбинации свойств: изолирующие свойства оксидной пленки оксида алюминия, в течение нескольких часов образующейся на поверхности покрытия; протекторные свойства алюминия по отношению к стали в морской воде; твердость покрытия более 15 HRC и адгезия более 20 МПа; возможность нанесения как в цехе, так и на месте монтажа; ремонтопригодность; отличная окрашиваемость.

Имеются документальные свидетельства о применении термически напыленного алюминия (ТНА) для защиты зоны переменной смачиваемости и балластных танков буровых платформ в Мексиканском заливе — с 1969 г (Century CT), в Северном море – с 1984 г. (Hutton TLP), в Каспийском море – с 1983 г. (Бакинский завод нефтепромыслового оборудования).

Платформа Hutton TLP сконструирована в Шотландии и установлена фирмой Conoco в 1984 в британском секторе Северного моря с покрытием из ТНА с пропиткой. Инспекция при продаже компании «Орикс» через десять лет эксплуатации показала, что ТНА покрытие райзеров и тросов не было повреждено, даже в зоне переменной смачиваемости. В 2002 г. платформа была приобретена ООО «Севморнефтегаз» и, после модернизации, в 2011 г. направлена на месторождение «Приразломное».

Причинами выбора ТНА покрытия для защиты от коррозии зоны ватерлинии и балластных танков платформ стали результаты исследования различных покрытий в тесте «соляной туман», а так же опыт американского общества сварщиков (AWS), ВМФ США и Британского института стандартов:

AWS: Панели с покрытием ТНА толщиной 80 мкм не показали признаков коррозии после 19 лет выдержки на Wrightsville Beach, North Carolina.
ВМФ: Покрытие ТНА толщиной 100-125 мкм без пропитки не показало коррозии после 18,5 лет экспозиции в Port Hueneme Harbor, California.
В 1977 г. Британским стандартом BS 5493 зафиксировано, что ТНА покрытие толщиной от 100 мкм с пропиткой обеспечивает стойкость к коррозии в зоне ватерлинии на срок не менее 20 лет.

ЗАО «Плакарт» наносит систему защиты от коррозии СПРАМЕТ-100, представляющую из себя термически напыляемый алюминий, как на собственных заводах, так и на месте монтажа платформ.

Трапы, палубы и вертолетные площадки

Трапы, палубы и вертолетные площадки морских платформ необходимо не только защищать от коррозии – требуется еще и применение противоскользящих покрытий, обеспечивающих надежное сцепление обуви с поверхностью. Система СПРАМЕТ-НЕСКОЛЬЗИТ надежно справляется с этой задачей, обеспечивая износостойкое, защищающее от коррозии противоскользящее покрытие на десятилетия. Имеются две модификации покрытия – одна для пешеходных дорожек, другая — для площадок, предназначенных для вертолетов и погрузчиков.
Сепараторы и резервуары

В процессах сепарации и хранения стенки сепараторов и резервуаров подвергаются комплексному коррозионно-эрозионному воздействию скважинной жидкости, особенно после проведения мероприятий по интенсификации притока углеводородов – солянокислотных обработок и ванн, гидроразрывов пласта в т.ч. с применением песка. Органические покрытия давно показали свою неэффективность в этих условиях. Для исключения коррозии остаются два выхода – изготовление сепараторов и резервуаров из нержавеющих сталей либо применение металлических защитных покрытий. Как доказано многолетней практикой, металлические защитные покрытия, в зависимости от выбранного материала защитного слоя, позволяют обеспечить изолирующую либо протекторную защиту сепараторов и резервуаров на десятилетия.
Коррозия под теплоизоляцией и огнезащитой

Коррозия под изоляцией и огнезащитой – бич не только для нефтедобывающих платформ, но и для всех пожароопасных производств, производств с высокотемпературными процессами. Апробированные компаниями Shell и ExxonMobil еще в середине ХХ века алюминиевые покрытия типа СПРАМЕТ-Антикор позволяют исключить коррозию под защитными пленками на срок 50 лет и более.

Также для морских ледостойких платформ (МЛСП) остро стоит проблема электрохимической коррозии конструкций платформы в зоне плакирования высокопрочной сталью. При мельчайшем отслоении стального плакирующего слоя в зазор проникает морская вода с образованием гальванической пары, а последующая коррозия угрожает безопасности всей МЛСП. Единственное решение этой проблемы — системы СПРАМЕТ серии 100.

Выпущенная в начале 2012 г. первая редакция рекомендаций АНИ (Американского Нефтяного Института) «Коррозия под изоляцией и огнезащитой» API RECOMMENDED PRACTICE 583 CORROSION UNDER INSULATION AND FIREPROOFING прямо рекомендует термически напыляемый алюминий как один из лучших методов предотвращения коррозии в этих условиях.
История испытаний

Покрытия из алюминия толщиной 80 и 150 мкм полностью защитили от коррозии стальную подложку после 34 лет наблюдения в центре LaQue (Kure Beach, North Carolina, США). Такие покрытия, как Al-Zn и Al-Mg также достойно себя показали в морских условиях.
Bethlehem Steel Corp. опубликовала результаты 25-летнего изучения цинк-алюминевых покрытий также в LaQue. Время до появления первых следов ржавчины составило 15 лет в жестких условиях (25 метров от океана) и 25 для средних (250 метров от океана).
Норвежский институт исследования атмосферы опубликовал результаты изучения поведения стали с покрытиями в зоне прилива. 160-микронное покрытие из алюминия показало видимые, хотя и несущественные следы коррозии только через 14,5 лет.
Советские исследования показали стойкость покрытия толщиной 120 мкм в морской воде в течение 20-25 лет. 150-микронное двухслойное покрытие из цинка и алюминия способно стоять 40 лет и более во влажной среде. Для 99% алюминия скорость коррозии в морской воде и зоне ватерлинии составляет соответственно 4 и 0.009 мкм в год. Эти данные позволяют рассчитывать на 50 или более лет эксплуатации покрытия толщиной 200 мкм.
Тесты SINTEF, Норвегия, проведенные в море, дали скорость коррозии 2-3 мкм/год после 11 мес. выдержки как для 99.5% Al, так и для Al-5%Mg, что позволяет спрогнозировать 60-летний срок службы для покрытия толщиной 200 мкм.
Министерство обороны США провело долгосрочное тестирование — 18 лет в Buzzard’s Bay, Massachusets, США. Там тестировали в морской воде двутавровые балки длиной 9,1 м с алюминиевым покрытием толщиной 80-120 мкм с пропиткой. После 18-летнего тестирования покрытие было полностью стерто в некоторых местах в зоне ватерлинии, было отмечено пузырение пропитки, однако следов коррозии не было обнаружено ни под покрытием, ни на обнаженном металле. Покрытия из напыленного алюминия, как с пропиткой, так и без, были признаны лучшими среди 24 испытанных систем покрытий.
ВМФ США одобрил использование ТНА для морских судов в 1981 г. стандартом DOD-STD-2138 (SH). Для высокотемпературных применений (до 780°С) рекомендовано 250 — 375 мкм покрытия с двумя слоями термостойкой алюминиевой пропитки.

Использование в проектах и результаты применения металлизационных покрытий при добыче на шельфе

Conoco и другие нефтедобывающие компании все чаще требуют использования газотермических покрытий для структур в Северном море и Мексиканском заливе. На основании опыта платформы Hutton, ТНА толщиной 200 мкм с полиуретановой пропиткой использовали для защиты зоны ватерлинии девяти платформ в южной части Северного моря, установленных в 1987-1988 г.г. Пропитка состояла из двух слоев — поливинил-бутираловый праймер и полиуретановый слой пропитки. Последующие инспекции не выявили повреждений ни материала, ни пропитки.

В 1989 с помощью напыленного алюминия были защищены райзеры платформы Joillet в Мексиканском заливе. Проблем не выявлено.

Самым масштабным применением покрытий стала защита от коррозии платформы Troll, рассчитанной на 50 лет эксплуатации. Были защищены все элементы платформы, рассчитанные на долгосрочную эксплуатацию: райзеры, канаты, палубы, трапы, балластные танки. Общая площадь Al и AlMg покрытий составила более 100 тыс. кв. метров.

Statoil требует применения газотермического напыления Al- 5%Mg с пропиткой для следующих областей:

Поверхности емкостей, балластных танков, трубопроводов или для зон температурой не выше 500 º С
Опоры и конструкции кранов и подъемных механизмов
Опоры и механизмы спуска спасательных шлюпок
Все стальные трапы и палубы снизу
Все металлоконструкции с температурой эксплуатации от 60 до 450 º C.

Базовыми свойствами алюминиевых покрытий, влияющими на срок их службы, являются барьерные характеристики оксидного поверхностного слоя в сочетании с на порядок более высокими, по сравнению с полимерными покрытиями, адгезией и твердостью. Ключевым же преимуществом металлизационных покрытий перед лакокрасочными и полимерными являются их протекторные свойства. При повреждении покрытие не подвергается подпленочной коррозии, гальванически защищая обнаженную сталь.

При появлении гальванического контакта алюминиевого покрытия со сталью алюминий действует как анодный протектор. При потенциале алюминия в 3.0 A-ч/см2 покрытие толщиной 200 мкм обеспечивает защиту обнаженной стали площадью до 4% от площади покрытия в течение 30 лет (в этом расчете требуемый для стали защитный ток был принят как 50 мA/м2 и емкость Al была принята как 2,000 A-ч/кг при коэффициенте использования 0,8). В случае, если имеется гальванический контакт покрытия со сталью в соотношении площади один к одному, алюминиевое покрытие может быть полностью израсходовано за 3-4 года.
Применимые стандарты

Термическое напыление включено во многие стандарты, действующие в России и в мире.

Российские стандарты:

СНИП 2.03.11 Защита строительных конструкций от коррозии.
ГОСТ 28.302 Покрытия газотермические защитные из цинка и алюминия металлических конструкций.
РДИ 38 Защита от коррозии внутренней поверхности резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов.
ВСН 41.88 Проектирование ледостойких стационарных платформ.

Европейские стандарты:

BS EN 22063 Металлические и иные неорганические покрытия — цинк, алюминий и их сплавы.
BS 5493 Защитные антикоррозионные покрытия для металлических и стальных конструкций. Погрузка, транспортировка, сбережение и сборка.
DIN 8566 1 и 2 часть дополнения для термического напыления.
ISO 2063 Металлические покрытия — Антикоррозийная защита железа и стали — Напыление металлов цинка, алюминия и их сплавов.
ISO 8501 1- 4 Подготовка стальных поверхностей перед нанесением краски и подобных продуктов — Данные шероховатости плоскостей стальных оснований в последствии дробеструйной очищения.
SS 2626 Оборудование для термического напыления — требования и тестирование.
NORSOK M-501 Подготовка поверхности и защитное покрытие.

Выводы:

Газотермически напыляемые покрытия типа СПРАМЕТ стали стандартом де-факто для защиты от коррозии на шельфе. Опыт использования на многочисленных платформах показывает высокую эффективность покрытий как при обычных температурах, так и в зонах повышенных температур (до 450 º С). Современное оборудование и технологии позволяют обеспечить продолжительность эффективной эксплуатации металлизационных покрытий толщиной 200 мкм в течение 30-50 лет в зависимости от места эксплуатации. ЗАО «Плакарт» обладает технологиями, оборудованием, персоналом и опытом, позволяющими успешно защищать от коррозии покрытиями СПРАМЕТ объекты площадью от десятков до десятков тысяч квадратных метров как на собственных производственных площадях, так и в полевых условиях.