پوشش دهی در شرایط قطب شمال

این مقاله یکی از پر چالش ترین پروژه های یک شرکت آلمانی در زمینه اجرای پوشش خطوط لوله می باشد. که برای کشورهای در حال توسعه از جمله ایران می تواند اطلاعات و تجربیات مفیدی را در اختیار صنعت جلوگیری از خوردگی قرار دهد. به این ترتیب گروه تحقیقاتی شرکت آلپ ایران با ترجمه این مقاله سعی در اطلاع رسانی به سازمان های تولید کننده انواع پوشش های خوردگی و ارتقا سطح علمی سازمان های خدمات رسانی در حوزه پوشش دهی خطوط لوله در داخل کشور دارد.
 
انسان باید برای شرایط سخت آب و هوایی به خوبی آماده شود، اما آیا یک محصول خوب نیز باید آماده سازی شود؟

به نظر می رسید که زمستان هرگز با آن همه برف در اروپا در مارس 2013 تمام نشود. همه خوشحال می شوند که از سرما فرار کنند و در آن زمان از سال به جزیره ای گرم و آفتابی پرواز کنند.  اما زندگی اغلب برنامه ای متفاوت دارد.  به جای سفر به یک جزیره آفتابی، این شرکت به سمت سرمای قطب شمال رفت.

JSC Transneft Moscow، مالک یکی از طویل ترین سیستم های خط لوله نفت در جهان، با طول کل شبکه تقریباً 50000 کیلومتر خط لوله، از تولیدکنندگان پیشرو در پوشش های انقباض حرارتی دعوت کرد تا در یک آزمایش کاربردی شدید در خط لوله  Zapolyarye-Purpe خود واقع در سیبری غربی و زیر دایره قطبی شرکت کنند. ساخت این خط لوله نفت برای انتقال نفت از مکان های جدید منطقه خود مختار  Yamalo - Nenets در حال انجام است.

 دلایلی که JSC Transneft این آزمایشات را انجام داد، بروز مشکلاتی در استفاده از پوشش انقباض حرارتی در شرایط سخت بود. چسبندگی پوشش انقباض حرارتی بر روی سطح فلزی لوله و به خصوص در پوشش کارخانه یا میدانی مجاور در گذشته شکست خورده بود.  استانداردهای کیفیت بالای تجویز شده توسط شرکت و استحکام لایه برداری بالای درخواستی روی سطح فلز و پوشش کارخانه نیز باید در شرایط قطبی برآورده می شد.

  این شرکت در 13 مارس 2013 برای اجرای این پروژه دعوت شد و آزمایشات میدانی در محل برای 25 مارس برنامه ریزی شد.  پوشش برای سرجوش ها قرار بود بر روی یک بخش لوله 40 اینچی (DN1000) اجرا شود.

 انسان ها چگونه آماده می شوند؟

 با بیش از 90 سال تجربه در تجارت جلوگیری از خوردگی خطوط لوله، مهندسان تقریباً با همه شرایط آب و هوایی مواجه شده اند - از صحرای بسیار گرم تا دمای منفی یخ زدگی.  دمای آب و هوا حدود 25- درجه سانتی گراد (13- درجه فارنهایت) را برای تاریخ های برنامه ریزی شده پروژه در سیبری غربی در مارس 2013 پیش بینی شد. در این بخش از سیبری غربی، ساخت خط لوله فقط در پاییز، زمستان و بهار می تواند انجام شود زیرا غیر از این زمین شرایط باتلاقی دارد. هنگامی که هوا گرم تر می شود و آب باتلاق ها ذوب می شود، تجهیزات سنگین خط لوله بلافاصله غرق می شوند و هیچ فرصتی برای اجرای خط لوله وجود نخواهد داشت.

 لباس های استاندارد تا 40- درجه سانتی گراد ثابت شده است که گرم ترین لباس کار برای خرید در آلمان است.  مهندسان انتظار داشتند که برای دمای پیش بینی شده به خوبی آماده باشند.  همچنین، تجهیزات و لباس های اضافی در چمدان ها بسته بندی شد تا در قطب شمال زنده بمانند - چیزی که در یک جزیره آفتابی مورد نیاز نیست!

 هنگام ورود به محل کار در 25 مارس 2013، دمای پیش‌بینی شده در حدود 25- درجه سانتی گراد (13- درجه فارنهایت) مورد انتظار بود.  با این حال، آب و هوا تغییر کرده بود: با باد شدید دما به 38- درجه سانتی گراد (36.4- درجه فارنهایت) کاهش یافت.  این شرایط قطبی چالش های واقعی برای همه مردم در محل بود.  علی رغم پوشیدن بهترین تجهیزات زمستانی که در آلمان می توانستند تهیه کنند، همه اعضای تیم تا حد استخوان سردشان شده بود.

 افت شدید دما، روغن را برای حرکت مکانیکی ساعت مچی، صفحه LCD و دکمه رهاسازی یک دوربین دیجیتال منجمد کرد و کنترل لنزهای تله را از بین برد.

در این منطقه جغرافیایی، موتورهای دیزلی برای کامیون ها و ژنراتورها هرگز پس از اکتبر خاموش نمی شوند و تا آوریل کار می کنند.  سوخت تمام کامیون ها در حال کار است.  پس از خاموش شدن موتور، به دلیل دمای پایین، دیگر روشن نمی شود.

آیا محصولات به آماده سازی خاصی نیز نیاز دارند؟

 بدیهی است که یک انسان باید خود را برای هر شرایط آب و هوایی شدید آماده کند.  متأسفانه هیچ راه حل واحدی برای ما انسان ها برای همه اقلیم ها وجود ندارد، اما انسان باید به صورت فردی با همه شرایط سازگار شود.  در مقابل، هنگام توسعه محصولات، بزرگ ترین هدف همیشه یافتن راه حلی است که متناسب با همه شرایط و شرایط آب و هوایی باشد.  در واقع دمای 38- درجه سانتی گراد (36.4- درجه فارنهایت) و باد شدید احتمالاً بدترین شرایطی هستند که روی زمین یافت می شوند- مخصوصاً برای نوع محصولی مانند پوشش های انقباض حرارتی که به دلیل ماهیت آن نیاز به پیش گرم شدن لوله دارد و فقط با شعله مشعل قابل اجراست. 

بر اساس تجربه، اولین پیشنهاد شرکت استفاده از محصولی بود که در ابتدا در آن شرایط بهترین عملکرد را داشته باشد: یک سیستم نوار چسب واقعی هم اکسترود شده سرد قابل اجرا. 
این سیستم‌های نواری برای دهه‌ها مزایای خود را در صرفه‌جویی در هزینه انرژی، استفاده آسان و ارائه خواص بی‌خطر حتی در شرایط آب و هوایی سرد ثابت کرده‌اند.

  با این حال، شرکت برای نشان دادن مواد پوشش انقباض حرارتی خود دعوت شد و مجبور شد راهی برای کار با شرایط موجود در محل کار پیدا کند.
با توجه به زمان آماده سازی کوتاه و انتظار دمای بالاتر، تیم تصمیم گرفت از روکش انقباضی حرارتی استاندارد استفاده کند که با موفقیت در آب و هوای مختلف از مناطق بیابانی تا مناطق با دمای منفی اعمال شده است.  علاوه بر این، آزمایشات در اتاق های سرد در دانشگاه های مختلف آلمان در گذشته انجام شده است که نتایج بسیار خوبی را نشان می دهد.  اما آیا فرمول استاندارد چسب ذوب داغ و پرایمر اپوکسی هنوز در شرایط غیرمعمول قطب شمال در سیبری غربی عمل می کند؟ 

کاربرد در سیبری غربی

 پوشش کارخانه خط لوله  از یک پوشش پلی اتیلن سه لایه تشکیل شده است.  انتهای لوله در دو طرف 150 میلی متر بود، بنابراین عرض اتصال 300 میلی متر بود. 

این پوشش با غلاف های سه لایه بر روی نقاط جوش اجرا می شود که برای حداکثر دمای عملیاتی 60+ درجه سانتی گراد (140+ درجه فارنهایت) طراحی شده اند.  در بالای پوشش قابل انقباض حرارتی اعمال شده، یک لایه عایق حرارتی با استفاده از فوم پلی اورتان اعمال می شود.  در بالای این فوم پلی اورتان، یک ورق فولادی گالوانیزه  با استحکام بالا نصب خواهد شد.  به عنوان یک محافظ خوردگی و حفاظت مکانیکی اضافی، سه پوشش جمع شونده دیگر در عرض 550 میلی متر در دو طرف و یک پوشش پهن 450 میلی متر در مرکز روی ورق فولادی اعمال می شود.

 در حین اعمال پوشش ها بر روی سرجوش ها، یک چادر جوش کاری برای پوشش بخش اتصال تعبیه شد.  دمای چادر فقط حدود 10- درجه سانتی گراد  بود، اما از آن جایی که درها بسته نمی شد و باد شدیدی می وزید، دما حتی پایین تر هم می رفت.

پوشش اعمال شده طبق استاندارد،  DEKOTEC HTS 70بود؛ یک سیستم پوششی که برای دمای عملیاتی تا 70+ درجه سانتی گراد (158+ درجه فارنهایت) طراحی شده است. این یک سیستم سه لایه معادل پوشش کارخانه  3LPE است. ویژگی های برجسته آن خواص لایه برداری و برشی بود که  در مقایسه با محصولات رقابتی به دمای کاربرد کمتری نیاز دارد.

سیستم روکش دارای استاندارد DVGW C60 UV و استاندارد GOST R 51164-98 است. ضخامت نوع اعمالی آن 2.6 میلی متر بوده و برای کاربرد آسان و چسبندگی قوی با پرایمر  اجرا می شود. 

روکش های انقباض پذیر در محل در سیبری غربی به روش زیر اعمال شد:

 لوله تا بین 50+ تا 55+ درجه سانتی گراد (122+ درجه فارنهایت و 131+ درجه فارنهایت) از قبل گرم شد.  پرایمر اپوکسی در یک کوره در کمپ قرار داده شد تا همیشه گرم بماند.  اگر پرایمر از قبل گرم نشده بود، در عرض چند ثانیه هنگام مخلوط کردن اجزای A و B در آن دماهای قطبی، کریستالی می شد.  پرایمر اپوکسی با یک اسفنج روی لوله اعمال شد و متعاقباً با یک مشعل گازی در محدوده دمایی بین 90+ تا 95+ درجه سانتی‌گراد (194+ درجه فارنهایت و 203+ درجه فارنهایت) مشعل کاری شد.  حتی در این شرایط سخت کاربرد، استفاده از آسترهای انقباض حرارتی روی لوله 40 اینچی (DN1000) بیش از 37 دقیقه برای پیش گرم کردن، اعمال پرایمر و فرآیند انقباض آسترها طول نکشید.

 استفاده از آسترهای انقباض پذیر حرارتی  در شرایط قطب شمال به روش های کاربردی اصلاح شده برای دستیابی به نتایج خوب نیاز دارد.  برخلاف کاربرد در مناطق آب و هوایی معتدل، باید به دقت از جهت باد مشعل گاز مراقبت کرد و برای اطمینان از چسبندگی به پرایمر و آستر به جای فعال کردن فقط پلی اتیلن، باید روکش کارخانه را به شدت پیش گرم کرد.  آستر ها از قسمت مرکز بر خلاف جهت باد جمع می شوند.
 

تست‌های انجام شده در محل

 پس از 24 ساعت، تمام پوشش های اعمال‌شده ، مطابق با استانداردهای کیفیت بالا مورد بررسی و آزمایش قرار گرفتند.  همان طور که قبلاً توضیح داده شد، تمرکز آزمایش توسط JSC Transneft در این شرایط قطبی بر روی چسبندگی روی سطح فلزی لوله و به خصوص روی پوشش کارخانه ای بنا شد. 

در شرایط عادی طبق استانداردهای بین المللی پیشرو، آزمایش لایه برداری که مقادیر چسبندگی را اندازه می گیرد، جداسازی منسجم لایه چسب از مواد پشت بند آستر انقباض پذیر حرارتی مورد انتظار است.  تحت شرایط قطبی در دماهای منفی شدید، این جداسازی منسجم با هیچ پوشش انقباض پذیر حرارتی موجود در بازار به دست نمی آید.

 با این وجود، سایر تولیدکنندگان  آستر های انقباض پذیر حرارتی که در این آزمایش در محل شرکت کردند، و پرایمر اپوکسی و چسب‌های مخصوص آستر های انقباض پذیر حرارتی را تهیه می‌کنند که به‌طور ویژه برای مقاومت در برابر این آب و هوای سرد طراحی شده‌اند.  آزمایش‌هایJSC Transneft   نشان داد که آستر انقباض پذیر حرارتی، مقادیر مورد نیاز تست لایه‌برداری را هم روی سطح فلزی لوله و هم روی پوشش کارخانه استاندارد است و عملکرد کلی چشمگیر را نشان می‌دهد.
 

 یک راه حل برای همه شرایط آب و هوایی شدید​​​​​​​
​​​​​​​
 مهندسان اکنون می دانند که بهتر است خود را برای آزمایش های بعدی در قطب شمال آماده کنند، و سعی می کنند لباس های گرم تری پیدا کنند - و توصیه های مفید دوستان روسی را در نظر داشته باشید، که تمام ترفندهای زنده ماندن را می دانند.  در آن شرایط آب و هوایی آستر های انقباضی حرارتی  با فرمول استاندارد - به خوبی برای شرایط شدید در شرایط گرمسیری و حتی در دمای  38- درجه سانتیگراد (36.4- درجه فارنهایت) در سیبری غربی آماده هستند.