Назначение защитного покрытия — изолировать поверхность металлического сооружения от электролитической среды, т. е. от воздействия почвенного раствора, воздуха, воды и т. п., а также изолировать сооружение в электрическом отношении. Исходя из этого, при проектировании (выборе) и устройстве защитного покрытия необходимо обеспечить:

а) непрерывность или сплошность слоя изоляции; б) водонепроницаемость и гидрофобность материала покрытия; в) достаточную механическую стабильность материала, сохраняющую непрерывность покрытия при высоких летних и низких зимних температурах; г) плотность сцепления (соединения) изолирующего слоя с поверхностью металла; д) химическую индифферентность по отношению к почвенному раствору; е) высокие диэлектрические свойства; ж) относительную дешевизну материала и возможность его широкого применения.

Всем этим требованиям наиболее полно отвечают изолирующие покрытия из битумных материалов, являющихся продуктом окисления или переработки нефти. В зависимости от степени и коррозионности почв, необходимой надежности изоляции и условий работы сооружения применяются различные типы покрытия из битумных материалов.

Пять типов защитной изоляции, различающихся между собой по структуре, числу слоев и общей толщине: а) нормальная изоляция; б) нормальная защищенная; в) усиленная изоляция; г) усиленная защищенная; д) весьма усиленная. В качестве усиливающей обертки применяется гидроизол, представляющий собой прессованный лист из асбестовой массы, пропитанной в подогретом до 200° битуме марки 3. В состав асбестовой массы входит 80—85% асбеста, 15—20% целлюлозы и 3—5% крахмала. Толщина листа гидроизола 0,6мм, ширина 0,95—1,0 м, сопротивление разрыву 30 кг. Замена гидроизола мешковиной сильно снижает качество покрытия. Выбор и применение того или иного тина покрытия производится в зависимости от коррозионности почв (грунтов) и требуемой надежности изоляции. Электрические кабели и кабели связи с металлической оболочкой из свинца или алюминия выпускаются промышленностью обычно с наружной защитной изоляцией. Последняя предназначается для предохранения металлической оболочки от коррозии и состоит из слоя плотной бумаги, пропитанной битумом, и джутовой оплетки, пропитанной каменноугольной смолой.

Опыт эксплуатации этих кабелей показывает, однако, что изготовленная в заводских условиях двуслойная защитная изоляция не обеспечивает длительного предохранения кабеля от коррозии в почвах нормальной и тем более повышенной коррозионности, а также в агрессивных грунтовых и поверхностных водах. Поэтому для предохранения кабелей от коррозии применяют дополнительное покрытие из битумных материалов, повышающих надежность защиты. В качестве дополнительной защиты рекомендуется применение трех типов изолирующих покрытий из битумных материалов. Типы покрытий назначаются в зависимости от коррозийной активности почвы, определенной по удельному сопротивлению.

Таблица. Характеристика типов защитной изоляции из битумных материалов для бронированных кабелей.

Защитное покрытие из битумных материалов

Важнейшей характеристикой изолирующего покрытия является его электрическое сопротивление: чем выше сопротивление изолирующего покрытия, тем больше надежность защиты. Удельное омическое сопротивление свежих битумных покрытий колеблется в пределах 10⁸ ÷10¹² ом/см, что в сотни тысяч раз превышает сопротивление средних грунтов. Однако диэлектрические свойства защитного покрытия не остаются неизменными во времени и постепенно ухудшаются.

Защитное покрытие из битумных материалов благодаря водо- и воздухонепроницаемости в первое время полностью изолирует металлическое сооружение от внешней агрессивной среды. Однако с течением времени вследствие непрерывного разрушающего химического воздействия почвенного раствора, воды, кислорода воздуха и действия физических факторов (сезонные колебания температуры и влажности почвы, механические напряжения при термических удлинениях и сокращениях магистрали и т. п.) герметичность изоляции постепенно нарушается, и ее защитная роль сводится лишь к замедлению начавшегося процесса коррозии. Следовательно, защитная изоляция лишь на время может полностью исключить явления коррозии.

Эффективность и долговечность защитного действия изолирующего покрытия зависит от химической активности почв, физико-механических свойств примененного для изоляции материала, толщины изолирующего слоя и климатических условий района.

Рис.36. График зависимости между наибольшей глубиной коррозионных изъязвлений в стенках подземного трубопровода и толщиной защитного покрытия.

Само собой разумеется, что защитная функция тонкостенных битумных покрытий будет наиболее кратковременной; однако всякое покрытие какой бы то ни было толщины и конструкции в какой-то степени увеличивает срок службы подземного сооружения. Производственный опыт показывает, что применение слоя битумного покрытия толщиной менее 3,0 ÷ 3,5 мм не оправдывает себя и экономически нецелесообразно. Поэтому предельно минимальной толщиной битумного покрытия принят слой в 3 мм, а максимальная толщина защитной изоляции предусмотрена в 9 мм. Принятые пределы толщины изолирующего битумного покрытия базируются на экспериментальных данных, полученных для стальных трубопроводов с различными типами битумного покрытии после 10-летнего их пребывания в разных почвах. На рис. 36 представлена кривая зависимости между толщиной слоя защитного покрытия и наибольшими замеренными в натуре глубинами коррозионных изъязвлений. Здесь же для сравнения построена теоретическая кривая 2, отражающая ту же зависимость и полученная из уравнения: t = Aхl:σ

где t — наибольшая глубина коррозионных изъязвлений; А — коэффициент, зависящий от физико-механических свойств материала защитного покрытия; σ — толщина слоя покрытия.

На кривой 1, приняв в качестве переменной толщину слоя покрытия, можно выделить три области. Отрезок кривой, соответствующий толщине слоя изоляции менее 3,0 мм (область А), характеризует наличие большого количества глубоких коррозионных изъязвлений, причем в этой области небольшому уменьшению толщины покрытия соответствует значительное возрастание глубины коррозионных поражений. Следовательно, защитное действие покрытия толщиной менее 3 мм слабое, а поэтому применять его не рекомендуется. Отрезок кривой, соответствующий толщине изолирующего слоя от 3 до 9 мм (область Б), характеризуется тем, что здесь коррозионные разрушения того же 10-летнего возраста имеют значительно меньшую глубину. Это область рекомендуемых толщин покрытия.

Увеличение толщины покрытия свыше 9 мм (область В) ведет к увеличению затрат без пропорционального этим затратам повышения эффективности защиты. Ввиду экономической невыгодности толщины покрытия свыше 9 мм не рекомендуются. Выбор защитного покрытия толщиной более 9 мм должен в каждом отдельном случае обосновываться расчетом, подтверждающим целесообразность принятого решения. С увеличением толщины покрытия возрастает и сумма дополнительных затрат. Само собой разумеется, что эта сумма не может расти неограниченно и лимитируется стоимостью самого сооружения в сопоставлении со сроками его службы в защищенном и незащищенном виде. Для расчета предельно допустимой стоимости X защитных мероприятий следующая формула:

где А — стоимость незащищенного сооружения; В= 100 : п — амортизация незащищенного сооружения в процентах за 1 год; п — расчетная продолжительность службы сооружения (число лет); С — амортизация защищенного сооружения. Стойкость защитного покрытия против физико-химического воздействия окружающей почвенной среды, как уже отмечалось выше, определяется не только степенью агрессивности среды и толщиной покрытия, но и климатическими условиями и прежде всего температурными.

Поэтому состав и физико-механические свойства применяемых для покрытий битумных материалов должны подбираться с учетом климатических особенностей района строительства. В соответствии с этим для различных климатических зон рекомендуются различные по своим физико-механическим свойствам битумные эмали.

Таблица. Материал защитного покрытия для различных климатических условий по поясам.

Нормы расхода основных изоляционных материалов для наиболее распространенных типов битумных покрытии приведены в таблице. 

Таблица. Нормы расхода основных изоляционных материалов на 1 км трубопровода.

Примечания. 1. Для битумной эмали БМ-25-К и БК-25-К расход материала готового покрытия должен быть увеличен на 10%. 2 Для расхода материалов зимней изоляции норма увеличивается на 20%.