History of Pipe anticorrosion tape

  History of Pipe anticorrosion tape  

 

The need to protect underground pipes from corrosion started over 60 years ago. The 
evolution of such protective pipeline coatings started with the use of asphalt, coal tar to 
cold applied tapes which were followed shortly thereafter with fusion bonded epoxies and more recently 3-layered systems. The cold applied tape system, which is one of the two leading coating 
systems in the U.S., is used on new or reconditioned pipelines carrying oil, gas and water.
 Their main function is to provide long term corrosion protection form underground elements 
as well as mechanical protection. This paper is an overview describing the system’s composition,
 performance, benefits and application methods.

 

History

PE tape was first introduced into the pipeline oil and gas industry in the early 1950s for the
 purpose of providing long lasting in-ground corrosion protection. These tapes were first applied in the field by the technique referred 
to as Over-The-Ditch which was later extended to in-plant application. Since its first introduction, this technology has advanced for mainline application 
and girth weld protection for new pipelines as well as for reconditioning of older pipelines. 
Today PE tape market has undergone further growth to protect pipelines that transmits and 
distributes potable water. Pipe diameter in this application can typically range from 24 -144 inches.

 

Market

Oil, gas and water transmission and distribution pipelines are considered an essential part 
of the infrastructures worldwide. Construction activity has undergone unprecedented increases
 in the last few years due to demand and population growth. Last year’s figures are a clear 
reflection of this trend which indicated that over 107,000 miles of new crude oil and natural gas 
(excluding water) pipelines are either being built, planned or being studied globally, a 17.8% 
growth over 2007 (1). Investment in constructing a pipeline can be quite high. For example, a 
planned 42 inch diameter gas transmission line stretching from Wyoming to Oregon (680 miles) 
is estimated to cost $2 billion. Thus, protecting such valuable assets against corrosion presents 
a technical challenge. The coating must demonstrate long term performance to maintain:

 

Consistent adhesion

Mechanical protection under high soil loading

Cathodic protection

Resistance to soil stress and low moisture and gas permeation

at the pipe’s operating temperatures and over the expected coating life span of 30+ years.

 

 

 

 

 

Coating Types

There are many coating types that are employed in corrosion protection of steel pipes. This 
protection can be broken down into 2 areas. First, main line coating where this coating is 
applied to every pipe section with the exception of the last 6?of both ends and second, girth weld where the pipe ends are coated in the field and after
 the pipe joints are welded. Main line coating types include:

Cold applied tapes

Fused tapes

Fusion bonded epoxy

2 part Urethane

2 and 3 layer Polyethylene

 

Girth weld coating types include:

Shrink Sleeves

Cold applied tapes

2 part liquid epoxy

 

System Composition and Function

The total tape system components consist of a primer applied directly to the pipe surface, an inner-wrap tape layer that provides a corrosion barrier and an outer-wrap tape layer that provides mechanical
 protection (Figure 1).

 

1. Primer

The primer is an integral part of the cold applied tape system. It is mainly composed of butyl rubber
 along with tackifiers, stress corrosion inhibitors and other additives that will facilitate good adhesion
 to the blasted pipe surface as well as maximize bonding of the inner-wrap tape layer to the pipe. These components are typically dispersed in a high evaporating 
solvent matrix and sprayed at controlled thickness on the blasted pipe surface, allowed to 
adequately dry prior to the application of the inner wrap tape layer. Due to recent state and 
federal regulations mandating solvent emission controls, 100% solids hot melt adhesive “srimers”
 have been developed and introduced recently to the market as an alternate solution. They are
 also formulated with a butyl rubber and applied to the pipe surface using more specialized spray equipment.

 

2. Backing

The inner and outer wrap layers backings are primarily composed of Polyethylene (PE). 
The PE backing is formulated to the demands of the coating for a specific application on pipe, 
or for a specific application as a coating. The PE composition of the anti- corrosion layer product is different than the mechanical layer, due to the function of the 
respective layers. The anti-corrosion layer generally has more medium and low density 
PE composition which provide 
strength and conformability, while mechanical layers require the use of select high and low 
density PE that provide higher mechanical strength, toughness and resistance to stress cracking. 
A typical formula would include low and high

density PE, antioxidants, UV inhibitor and colorant.

 

3. Adhesive

The adhesive in both tape layers are elastomeric based. Butyl rubber (BR) is predominantly
 used as opposed to other elastomers. BR’s molecular structure of low unsaturation levels yields 
unique characteristics of chemical and moisture resistance, thermal stability, weathering and gas permeability,

all essential properties required for long term in-ground performance. In addition to BR, a typical formula would include a tackifier, oil, filler, 
antioxidant, biocide and a colorant. Cross-linkers may also be used in applications requiring high, long term resistance to excessive soil 
stress and continuous heat exposure (up to 125 ℃).

The adhesive works in conjunction with the primer to form a strong bond to the steel substrate, 
providing the corrosion protection and long term performance that the pipe requires as well as
 imparting high cathodic disbonding resistance, high shear and soil stress resistance. Different 
adhesive formulas are used depending on the surface to be applied to. There is the steel pipe 
surface and the PE backing layer of the anti-corrosion layer and the backing layer of the mechanical layer. Each layer of the PE Tape system 
must have a specific adhesive composition to insure achievement of a good adhesion at

each interface.

 

Manufacturing Processes

PE backings are manufactured by either a Calendering or Co-extrusion process whereby, the Polyethylene resins with additives are blended and processed to 
form a PE sheet or film. The calendering process by the nature of the methodology orients the 
molecular chains of the Polyethylene to provide some machine direction orientation of the PE film.
 This orientation provides some unique application advantages relative to the yield point of the PE 
film when stressed and stretched during application on pipe. Co-extrusion on the other hand does not impart the same degree of orientation, resulting in 
different tensile properties requiring different application parameters during application on 
pipe. After the application of the adhesive to the PE backing or film, the product is rolled into master

rolls, slit to width and packaged as required by in-use application in the industry.

Primer Inner-wrap Outer-wrap Cold Applied Tape System

 

Tape Application to Pipe

The pipe coating process consists of the following steps, (Figure 2):

Drying and cleaning using a grit or sand blasting to remove mil scale

Phosphoric acid wash and drying, if required

Primer spray and drying

Inner-wrap application continuously and spirally using precision tension control

Outer-wrap application continuously and spirally using precision tension control

Holiday Detection

Cut backs at both pipe ends

 

The above steps are carried out using detailed specifics to conform to industry and tape manufacturer 
application standards under the watchful eyes of a certified inspector. For example, the sand blasting 
step requires achieving a well defined cleanliness and anchor pattern for the primer/inner-wrap to achieve expected adhesion, primer dryness and thickness, tape tension, temperature and
 overlap control are among many application conditions that are required to be practiced. Both tape
 layers are applied with recommended tension to insure good application to the pipe, to insure good 
conformability at the overlap and to achieve the mechanical and chemical adhesion of the coating system
 to the pipe. With machine application using tension, the coating experiences tension and necking down 
of the coatings by< 2%. This tension effect creates a “Gasket effect”or flow of the adhesive at the overlap 
sealing the adhesive to the overlap and further creating mechanical adhesion of the coating to the substrate 
and to the multiple interfaces within the PE tape coating system.

 

Some of the industry standards include DIN 30672, EN 12068, AWWA C-209, C-214 and C-225.

 

Performance Requirements and Testing Methods

As stated above, the expectation that the system is required to perform at and long term in-ground performance, 30+ years, are quite demanding. Thus, design parameters, functionality long 
term heat aging and in-ground testing and exposure to the most corrosive soil environment is the
 first critical stage of 
development prior to any new product launch. 

 

First, the inner-wrap must form a continuous and permanent bond to the primer providing adhesion, soil stress and 
resistance to cathodic disbondment as well as bond to itself at the overlap regions. Second, the outer-wrap must bond to the inner-wrap and to itself, provide mechanical strength to resist damage during 
shipping, handling backfilling 
and long term rock penetration damage under load. Other requirements include UV exposure of coated 
pipes during yard storage, low temperature flexibility down to -40 ℃and good ductility and flexibility during bending over a wide temperature range. Table 1 is an
 example of some of the critical properties for the inner wrap tape layer.

 

Table 1: Physical Properties of an Inner-Wrap Tape, (2)

___________________________________________________________________

Property Requirement

___________________________________________________________________

Width deviation - 5% of width or - ¼’’, whichever is smaller

Thickness 19-22 mils

Adhesion (with Primer) 200 oz/in

Water Absorption (24 hrs.) 0.2 %, maximum

Water vapor transmission 0.2 perm [1.15x10-11 kg/(Pa.s.m2)] maximum

Dielectric Strength 6000 volts/tape thickness

Insulation resistance 500,000 megaohms

Tensile Strength 20 lb/in

% Elongation 100 minimum

Non-polyolefinic content 3.5% maximum

 

 

Field Installation

PE tape coating systems for pipe reconditioning are applied using traditional “line Travel”
 or Over-The-Ditch techniques which are strictly field applied methods. This method is less 
used today than in the 1960-1990s.

 

For new pipe construction, the plant coated pipes are transported to the installation site where 
the 40’ joint sections are first welded, followed by sand blasting the cut back area to the proper 
anchor profile and then either hand wrapped with tape or a shrink sleeve is applied prior to burial
 on a specified backfill (pea stone/sand mix). Here again these steps are carried out taking special 
care to avoid coating damage that may go unnoticed or require repair that would slow down the
 construction progress.

www.pipe-anticorrosion-tape.com 
www.anti-corrosion-tape.com