Внутренние покрытия труб для транспортировки питьевой воды

В большинстве развитых стран мира население полагается на доступ к безопасному питьевому водоснабжению, которое мы часто воспринимаем как должное, пока оно не оказывается под угрозой. Питьевая вода часто проходит через стальные трубы для ее безопасной и экономичной доставки. Однако, поскольку вода при контакте со сталью вызывает ее коррозию, внутренняя поверхность трубы покрывается или футеруется. Эти покрытия или футеровка вступают в контакт с питьевой водой. В этой статье рассматриваются процедуры испытаний и типы покрытий, которые часто используются для облицовки водопроводных труб, включая присущие им преимущества и ограничения.

Внутренние покрытия труб для транспортировки питьевой воды

Питьевая вода

Питьевая вода, также известная как дистиллированная вода, — это вода, которую можно пить или использовать для приготовления пищи без риска возникновения проблем со здоровьем. Как правило, в развитых странах водопроводная вода соответствует стандартам качества питьевой воды, даже если лишь небольшая ее часть фактически потребляется или используется для приготовления пищи. Другие типичные виды использования питьевой воды включают стирку, туалет и ирригацию. Примерами питьевой воды может служить водопроводная вода из очищенных муниципальных систем водоснабжения, а также вода, прошедшая ультрафиолетовую фильтрацию, дистилляцию или очищенную методом обратного осмоса.

Различия между внутренним покрытием и облицовкой

Словарь научно-технических терминов McGraw-Hill Dictionary of Scientific and Technical Terms обычно определяет внутреннее покрытие труб как любой материал, который образует непрерывную пленку на поверхности. Футеровка описывается как материал, используемый для защиты внутренних поверхностей туннелей, труб или технологического оборудования. В терминологии трубной промышленности термин «покрытие» часто используется для обозначения наружной поверхности трубы, а «футеровка» — для обозначения материала на внутренней поверхности трубы. Однако внутреннее покрытие может предполагать более тонкий материал по сравнению с футеровкой, которая часто представляет собой более толстый материал. Поэтому внутреннее покрытие может применяться в качестве футеровки, а футеровка является одним из видов покрытия.

Промышленные стандарты для внутренних покрытий для питьевой воды

Продукция для очистки и распределения воды в Северной Америке должна соответствовать стандартам NSF International — Организации общественного здравоохранения и безопасности (NSF) (NSF — это аббревиатура от National Sanitation Foundation). В 48 штатах США действуют законы, правила или политика, требующие, чтобы компоненты систем питьевой воды соответствовали стандарту NSF/ANSI 61. В одиннадцати провинциях/территориях Канады действуют аналогичные правила. Стандарт NSF/ANSI 61 устанавливает критерии воздействия на здоровье для многих компонентов системы водоснабжения, включая:

Защитные барьерные материалы (цементы, краски и покрытия)
соединительные и уплотнительные материалы (клеи, замазки, смазочные материалы)
Трубы и сопутствующие изделия (трубы, шланги, фитинги)
Механические устройства (счетчики воды, клапаны, фильтры)
Сантехнические устройства (смесители, питьевые фонтанчики)
Технологические среды (фильтрующие материалы, ионообменные смолы)
Неметаллические материалы для питьевой воды
NSF SE 9857 — это спецификация на специальные инженерные продукты и требования к внутренним эпоксидным покрытиям для труб, производимым специально для использования на внутренней поверхности металлических труб для питьевой воды, наносимых механическим способом. Спецификация устанавливает минимальные требования к испытаниям, маркировке и внутризаводскому контролю качества (QC) для эпоксидных покрытий, используемых на внутренних поверхностях труб для питьевой воды.

Технические условия, составленные для защиты активов владельца, часто включают требования соответствия материалов стандартам Американской ассоциации водопроводных сооружений (AWWA) для систем покрытий, используемых на внутренних поверхностях водопроводных труб. В настоящее время существует 23 утвержденных стандарта под эгидой комитета AWWA по стальным трубам. Из этих стандартов 14 касаются покрытий и футеровок, которые доступны для защиты металлических труб, а пять применимы к футеровке труб для передачи воды. Для каждого типа футеровки существуют свои стандарты испытаний AWWA:

C203 — Футеровка стальных водопроводов угольно-смоляной эмалью

C205 — Цементно-растворная защитная футеровка и покрытие для стальных водопроводных труб диаметром 4 дюйма (100 мм) и более, наносимое в цехе.

ЧИТАЕМ:  Пайка полипропиленовых труб: инструкция, каких ошибок лучше не допускать

C210 — Система жидко-эпоксидных покрытий для внутренней и наружной поверхности стальных водопроводов.

C213 — Эпоксидное покрытие с плавкой связью для внутренней и наружной поверхности стальных водопроводов.

C222 — Полиуретановые покрытия для внутренней и наружной поверхности стальных водопроводных труб и фитингов.

Все стандарты AWWA на покрытие стальных труб основаны на максимальной температуре эксплуатации питьевой воды. Цель стандартов — обеспечить минимальные требования к системам покрытий для внутренней поверхности стальных водопроводов, включая требования к материалам, нанесению, проверке, испытаниям, обращению и упаковке.

Испытания, необходимые для определения пригодности для контакта с питьевой водой

NSF/ANSI 61 — это стандарт воздействия на здоровье, который оценивает уровень загрязняющих веществ, просачивающихся из продуктов в питьевую воду, а не устанавливает предписывающие ограничения по содержанию. Это отличается от требований Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA), которые основаны на предписывающих требованиях к содержанию. Стандарт NSF/ANSI 61 требует анализа любых химических веществ, которые просачиваются из материала в питьевую воду, и требует токсикологической оценки концентраций химических веществ, чтобы убедиться, что они ниже уровней, которые могут вызвать потенциальное неблагоприятное воздействие на здоровье человека. Критерии токсикологической оценки основаны на пожизненном воздействии концентрации загрязняющих веществ в питьевой воде.

Токсикологи NSF проводят анализ рецептуры каждого материала, контактирующего с водой, чтобы определить возможные ингредиенты, загрязняющие вещества или побочные продукты реакции, которые потенциально могут просачиваться из материала в питьевую воду. Затем по результатам анализа рецептуры определяется набор химических анализов, которые будут проведены для конкретного материала. Тестирование готового продукта проводится путем воздействия на него водами pH 5 и pH 10 и анализа на содержание таких регулируемых металлов, как сурьма, мышьяк, барий, кадмий, хром (включая хром VI), медь, свинец, ртуть, селен, таллий и никель.

Продукт также подвергается воздействию воды с pH 8, которая проверяется на наличие органических химических загрязнений, которые могут выщелачиваться в воду. Процесс сертификации охватывает два отдельных применения: использование в быту/холодном водоснабжении, которое проверяется при температуре 23°C, и использование в бытовых или коммерческих целях в горячем водоснабжении, которое проверяется при температуре 60°C или 82°C.

Распространенные типы внутренних покрытий

Существует пять распространенных типов внутреннего покрытия или футеровочного материала для стальных труб для передачи питьевой воды. В этот список входят каменноугольная эмаль, цементный раствор, эпоксидная смола жидкого нанесения, эпоксидная смола с плавкой связью (FBE) и полиуретан (PU). Каждая из этих технологий облицовки имеет присущие ей преимущества и ограничения. Кроме того, каждый тип внутреннего покрытия имеет свои требования к подготовке поверхности и нанесению.

Эмаль на основе каменноугольной смолы — Каменноугольная смола, которая является основой для эмали на основе каменноугольной смолы (CTE), состоит из стабильных молекул, которые образуются в процессе коксования при температуре около 1 300 °C. Наполнители и уголь придают продукту гибкость и прочность. Прочное расположение молекул придает КТЭ характеристики, необходимые для защиты трубопроводов от коррозии. Их можно обобщить следующим образом:

Водостойкость — незначительное водопоглощение и паропроницаемость.
Стабильная химическая структура — устойчивость к воздействию кислот и щелочей.
Устойчивость к катодному разрушению — большинство трубопроводов защищаются с помощью импульсного тока или жертвенных металлических анодов; CTE устойчив к щелочной среде, образующейся на открытых металлических поверхностях.
Высокое электрическое сопротивление — даже после двухлетнего погружения в воду удельное электрическое сопротивление остается 1014-ом см3.
Адгезия — образует прочное постоянное соединение со стальной поверхностью.
Устойчивость к воздействию бактерий, морских организмов и проникновению корней.
Нехватка квалифицированных специалистов, растущие затраты, проблемы, связанные с воздействием на работников во время нанесения, опасения по поводу вымывания следов загрязняющих веществ в питьевую воду и воздействия на здоровье человека способствовали снижению использования эмали на основе каменноугольной смолы, особенно в США.

ЧИТАЕМ:  Выбираем правильные трубы для отопления: какие лучше и почему + рейтинг всех видов

Соображения по применению: Подготовка поверхности имеет решающее значение для эффективности ЭПЭ, а нанесение ЭПЭ требует понимания ее ограничений в холодную погоду и при высокой влажности. Эмали на основе каменноугольной смолы обычно требуют нагрева и непрерывного перемешивания материала во время нанесения, и эмаль должна поддерживаться без влаги и грязи во время нанесения.

Цементный раствор — Футеровка цементным раствором обеспечивает долгосрочную защиту при низкой стоимости и остается одной из стандартных футеровок для труб питьевой воды.

Основным преимуществом цементного раствора является простота нанесения. Смешивание и нанесение раствора не требует особых усилий, что приводит к низкому риску при его применении. Футеровка цементным раствором обеспечивает активную защиту стальной трубы путем создания стабильной гидроксидной пленки на границе раздела сталь-раствор. Защита от коррозии называется активной, поскольку она обеспечивает защиту даже там, где есть разрывы в футеровке. Футеровка цементным раствором имеет опыт длительной транспортировки воды в соответствии с требуемыми стандартами качества воды и в настоящее время отвечает всем применимым стандартам во всем мире. Цементный раствор не поддерживает микробиологический рост.

Фактическое нанесение цементного раствора на цементно-растворную футеровку осуществляется путем нагнетания или наливания цементной смеси с высоким уровнем оседания на медленно вращающуюся трубу. Затем скорость вращения увеличивается, создавая центробежные силы, которые разравнивают влажный раствор до равномерной толщины. Продолжительное вращение удаляет излишки воды и уплотняет смесь до плотной и твердой поверхности. Как и бетон, цементно-растворная футеровка может образовывать трещины при высыхании, но эти трещины самоустраняются при намокании футеровки. Намокание цементной футеровки также вызывает ее набухание, что повышает прочность и адгезию. Цементно-растворная облицовка может придать значительную жесткость для сопротивления силам прогиба. При расчете жесткости прочность цементно-растворной облицовки может быть добавлена к прочности стали.

Мягкие, агрессивные воды, а также длительный контакт с сильно хлорированной водой могут быть губительны для цементно-растворной футеровки. Цементно-минеральная футеровка лучше всего работает, когда скорость потока составляет 20 футов в секунду или меньше. В ситуациях, когда перекачиваемая вода агрессивна, а скорость потока низкая (что приводит к длительному времени пребывания), в трубах с футеровкой из цементного раствора может возникнуть высокий уровень pH. Футеровка цементным раствором увеличивает вес и уменьшает доступный объем потока в передающей трубе.

Жидкая эпоксидная футеровка — Системы жидкой эпоксидной футеровки могут состоять из любого из следующих трех типов:

Двухкомпонентная эпоксидная грунтовка химического отверждения и один или несколько слоев другого двухкомпонентного эпоксидного покрытия химического отверждения;
два или более слоев одного и того же двухкомпонентного эпоксидного покрытия химического отверждения; или,
один слой двухкомпонентного эпоксидного покрытия химического отверждения.
Эпоксидные покрытия обладают превосходными свойствами водо- и химической стойкости. Они могут наноситься с различной толщиной и наноситься в заводских условиях для обеспечения диэлектрической прокладки. Системы скрепленной диэлектрической футеровки могут наноситься как в один, так и в несколько слоев. Они прочны, эластичны и чрезвычайно устойчивы к истиранию, что делает их выбором для футеровки в условиях эксплуатации с высокой внутренней скоростью.

Эпоксидные футеровки имеют некоторые ограничения, которые необходимо учитывать перед применением. Критическим фактором для всех футеровок является подготовка поверхности металла. В большинстве случаев для надлежащей адгезии требуется почти белая абразивная обработка SSPC-SP 10/NACE № 2 с номинальным профилем поверхности 2-3 мил). Также необходимо строго соблюдать минимальное время и температуру отверждения, которые могут составлять от нескольких часов до нескольких дней в зависимости от состава. Эпоксидные материалы обычно наносятся безвоздушным распылением или кистью на трубу. Они считаются барьерными покрытиями, требующими 100% непрерывности для достижения защиты от коррозии. Любой разрыв может привести к коррозии, если на трубопроводе не установлена система катодной защиты.

ЧИТАЕМ:  Обзор утеплителей для труб на основе вспененного полиэтилена: популярные производители + инструкция по применению

При надлежащей подготовке поверхности, контролируемом нанесении и соблюдении строгих процедур отверждения тонкопленочные эпоксидные смолы могут обеспечить прочную, стойкую, долговечную футеровку.

Эпоксидные покрытия с плавкой связью — эпоксидные покрытия с плавкой связью представляют собой однокомпонентные термоотверждаемые эпоксидные покрытия. FBE наносятся на нагретые детали в виде порошка (10-40 мил), который быстро переходит из жидкого состояния в твердое, имеют отличную адгезию к стальной поверхности и являются очень прочными покрытиями, устойчивыми к повреждениям при обработке. FBE считаются экологически чистыми, так как не содержат летучих органических соединений (VOC).

FBE следует наносить сразу после процесса нагрева, чтобы избежать чрезмерного охлаждения трубы (если труба остынет ниже 450° F, FBE может не полностью отвердеть). Порошок обычно наносится с помощью полуавтоматических колец, электростатических пистолетов или флокирующих устройств до минимальной толщины 14-16 мил. Материал FBE обычно наносится в несколько проходов от 2 до 5 мил и всегда должен быть завершен оперативно, чтобы избежать расслоения. FBE обычно высыхает на ощупь менее чем за минуту и полностью затвердевает в течение трех минут или менее, в зависимости от состава материала. Обработка и испытания начинаются после того, как нанесенное покрытие остынет примерно до 200°F.

Полиуретан — Ароматические полиуретаны представляют собой 100% твердые материалы, не содержащие летучих органических соединений. Полиуретановые покрытия обычно наносятся толщиной не менее 20 мил; однако возможно нанесение более толстых покрытий. Применительно к внутренней поверхности труб питьевой воды полиуретановые материалы обладают следующими преимуществами:

Быстрое отверждение — обеспечивает экономичность при высоких темпах производства и эффективность.
Отличная адгезия к черным и правильно подготовленным стальным поверхностям.

Высокая ударопрочность

Эффективно защищает трубы от коррозии
Требуется меньшая толщина футеровки по сравнению с другими технологиями, а значит, конструкция труб может быть более эффективной, надежной и экономичной, поскольку коэффициент потерь уменьшается, а пропускная способность трубопровода выше при том же размере трубы.
Снижение потерь напора и потерь при перекачке благодаря более гладкой внутренней поверхности труб.
Более длительный срок службы, так как износ из-за эрозионной кавитации незначителен.
Существуют некоторые ограничения, связанные с полиуретановым материалом при использовании его для футеровки стальных водопроводных труб. Для нанесения полиуретановых покрытий требуется многокомпонентное оборудование с подогревом и квалифицированные, опытные аппликаторы. Полиуретановые покрытия требуют тщательной очистки принимающей трубы, а для труб, находящихся в эксплуатации, — удаления твердых отложений, наростов, окалины, коррозии и других остатков, а также значительной сухости перед нанесением покрытия для обеспечения хорошей адгезии между футеровкой и стенкой трубы. Пустоты и пузыри могут образовываться, если труба не подготовлена должным образом, и существует вероятность неравномерной толщины футеровки из-за несоответствия насосов для двух компонентов материала, связанных с оборудованием для нанесения.

Резюме

В целях обеспечения безопасной питьевой воды материалы покрытий, предназначенные для контакта с питьевой водой, оцениваются на предмет уровня загрязнений и химических веществ, которые просачиваются из продуктов в питьевую воду. В качестве покрытий обычно используются эмаль на основе каменноугольной смолы, цементный раствор, эпоксидная смола жидкого нанесения, эпоксидная смола с плавкой связью (FBE) или полиуретан (PU), и все они первоначально должны пройти токсикологическую оценку концентрации химических веществ. Затем токсикологи NSF проводят анализ рецептуры, который определяет набор химических анализов, которые будут проведены. Наконец, готовый продукт тестируется путем воздействия на него водами pH 5 и pH 10 и анализа на содержание регулируемых металлов. Каждый из типов покрытий имеет присущие ему преимущества и трудности в применении, которые следует учитывать при выборе покрытия для предполагаемой среды эксплуатации.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector