СОБЫТИЯ

Ученые КФУ разрушают «газогидратные пробки» при помощи касторового масла

Эксперимент показал, что реагент, созданный на основе касторового масла, не только устраняет «пробку», но и увеличивает время её образования, благодаря чему поток нефти и газа не прекращается довольно долго. В месторождениях ...

В Омской области жителей оставят без газа

ООО «Газпром межрегионгаз Омск» с 25 июня прекратит подачу газа к жилым домам в городе Исилькуле Омской области. Это связано с ненадлежащей эксплуатацией распределительного газопровода. «По решению Арбитражного суда Омской ...

Заслуженным предпринимателем Свердловской области признан президент холдинга ВМП Михаил Вахрушев

Губернатор Свердловской области Евгений Куйвашев присвоил почётное звание «Заслуженный предприниматель Свердловской области» президенту Научно-производственного холдинга ВМП Михаилу Вахрушеву. Почётное звание было присвоено за ...

Сильные впечатления и новые достижения

Сегодня, 24 мая, в выставочном комплексе ВДНХ ЭКСПО УФА закончили работу Российский Нефтегазохимический Форум и 27-я Международная выставка «Газ. Нефть. Технологии». Первые итоги крупнейших профессиональных событий, впечатления ...

Сбербанк стал владельцем Антипинского НПЗ

Крупнейший российский банк получил право собственности на акции компании Антипинского НПЗ. Сбербанк стал владельцем Vikay Industrial ltd. — кипрской компании, которой принадлежат 80% акций Антипинского НПЗ – крупнейшего в России ...

Статья: "АНТИКОРРОЗИОННАЯ ЗАЩИТА ОБОРУДОВАНИЯ ПОЛИМЕРНЫМИ КОМПОЗИТАМИ"


 

Коррозионные процессы отличаются широким распространением и разнообразием условий и сред, в которых они протекают. Поэтому пока нет единой и всеобъемлющей классификации встречающихся случаев коррозии. Коррозию классифицируют по типу агрессивных сред, условиям протекания коррозионного процесса, характеру разрушения и т.п., однако главным классификационным признаком коррозии служит механизм протекания коррозии. По этому признаку классически различают два вида коррозии: химическую и электрохимическую коррозию. Следует иметь в виду, что вследствие высоких диэлектрических свойств полимерных композитов электрохимическая коррозия для них не является приоритетным видом разрушения и в данном случае большее значение в прогнозировании долгосрочных эксплуатационных параметров играет анализ химического или физико­химического взаимодействия композита с агрессивной рабочей средой.

 

Анализируя физико-химическую составляющую коррозионных процессов, протекающих между изделием из полимерных композиционных материалов и рабочей средой, рассмотрим также проблемы защиты изделий от абразивного износа, теплового, радиационного, биологического воздействия, вибрации, шума и других опасных производственных факторов. В конце концов, каждый из перечисленных производственных факторов или их совокупность оказывают существенное влияние на эксплуатационные качества изделий, выполненных из полимерных композиционных материалов (ПКМ). И еще одно замечание: класс ПКМ очень широк и многообразен, и охватить все его возможные виды и исполнения, а также проанализировать с точки зрения коррозионной стойкости в различных рабочих средах не компетенция одной журнальной статьи. Поэтому мы остановимся на полимерных композитах с термореактивной матрицей как на одном из перспективных с точки зрения применения в качестве изделий промышленно-технического назначения – классе ПКМ.

На рис. 1 представлена таблица, отражающая основные способы защиты полимерными композиционными материалами оборудования и изделий от воздействия опасных производственных факторов.

Известно, что основные способы защиты технологического оборудования, машин, механизмов и изделий промышленного назначения делятся условно на три основных вида:

  1. Конструктивные способы – связанные с применением конструкционных материалов стойких в данной агрессивной рабочей среде.
  2. Активные способы – предусматривающие применение средств снижения агрессивности рабочей среды на конкретном участке защищаемой поверхности.
  3. Пассивные способы – предполагающие создание защитного непроницаемого барьера на защищаемой поверхности оборудования от воздействия агрессивной рабочей среды.

Конструктивные способы защиты оборудования от опасных производственных факторов применительно к рассматриваемому в данной статье предмету деятельности предполагают его изготовление из коррозионностойких композиционных материалов. Критерием выбора композиционных материалов может служить фактор оптимизации соотношения «цена/качество», где под параметром цены следует подразумевать стоимость основных составляющих композита (связующее, армирующие материалы, наполнители), затраты на изготовление, эксплуатацию, обслуживание и ремонт. А под параметром качества, прежде всего, следует понимать совокупность основных эксплуатационных характеристик оборудования (надежность, срок службы, безопасность работы, производительность и другие параметры, важные для каждого конкретного вида изделия).

Изделия из коррозионностойких композитов с термореактивной матрицей из органических смол любого технического назначения можно изготавливать либо из стекло-, базальто-, угле-, органо- и пр. пластиков различными технологическими способами, либо из дисперсно-, зернисто-, нанонаполненных материалов типа полимербетонов, или из премиксов по технологии прямого прессования (BMC). Премиксы, состоящие из связующих, армирующих материалов и наполнителей служат промежуточным звеном между чистыми стеклопластиками и дисперсно-наполненными композитами, поэтому мы их выделили в самостоятельную группу коррозионностойких деталей.

Важнейшим компонентом коррозионностойкого композита, определяющим такие его свойства, как химстойкость, влагонепроницаемость, термостойкость, биостойкость и др., является матрица композита (связующее), представляющее собой различные виды органических смол. Наиболее распространенными типами смол, ранжированными в функции повышения химической стойкости и физико-механических характеристик, являются:

  1. Полиэфирные смолы:

- ортофталевые, изофталевые, терефталевые, винилэфирные;

  1. Фенолформальдегидные смолы;
  2. Кремнийорганические смолы;
  3. Эпоксидные (модифицированные эпоксидные) смолы.

Выбор типа связующего является важной научно-практической задачей, во многом определяющей долговременные свойства композиционного изделия, и осуществляется на основании рекомендаций фирм-изготовителей смол, опыта производителя коррозионностойкого оборудования, лабораторных исследований и анализа опыта эксплуатации оборудования в схожих производственных средах.

Вид армирующего материала, главным образом, определяет физико-механические свойства композита (прочность, вибростойкость, стойкость к действию ударных нагрузок и т.п.). Многообразие видов армирующих материалов открывает перед изготовителем широкие возможности по моделированию конструкции изготавливаемого изделия с различными прочностными характеристиками, не уступающими и превосходящими аналогичные показатели металлов.

Наполнители, вводимые в матрицу композита до ее отверждения, предназначены для придания изделию дополнительных свойств, например таких, как: абразивостойкость, триботехнические параметры, электропроводность, биостойкость, огнестойкость и др.

Целесообразность применения изделий с полимерной матрицей и наполнителями в виде фракционированных дисперсных наполнителей органического и неорганического происхождения – т.н. полимербетонов, в виде элементов строительных конструкций, фундаментов технологического оборудования, переливных лотков, желобов, отстойников, бассейнов и т.п. – определяется их более высокими физико-механическими характеристиками и химической стойкостью, чем аналогичные изделия из обычного бетона.

Способы производства изделий из композиционных материалов производственно-технического назначения перечислены в [1].

Под понятием «интеллектуального» композита мы понимаем класс конструкционных материалов, способный к самодиагностированию, самоадаптации и самовосстановлению. Эти композиты должны уметь распознавать возникающие эксплуатационные угрозы (сенсорная функция), анализировать их и принимать самостоятельные или командные решения (процессорная функция), а также возбуждать и осуществлять необходимое противодействие внешней негативной реакции (исполнительная функция).

К сожалению, в настоящее время не существует композитов, которые бы отвечали всем перечисленным требованиям. Однако поэтапно эти задачи могут быть решены – например, задачи по созданию материалов, информирующих о своем состоянии, приближении эксплуатационных нагрузок к предельно допустимым, трещинообразовании, химической коррозии, повышенном водопоглощении и т.д. Важно, чтобы «интеллектуальная» составляющая композита органически входила в его структуру и не ухудшала потребительские качества изделия.

Из пассивных способов антикоррозионной защиты полимерными композиционными материалами мы выделили два основных:

- специальные виды защитных покрытий (гелькоаты, мастики, шпатлевки и т.п.);

- футеровка композиционными материалами.

Гелькоатные, мастичные, шпатлевочные и другие аналогичные виды защитных покрытий на основе коротковолокнистых, дисперсно- (нано-) наполненных композиционных материалов создают на поверхности объекта защиты достаточно тонкую защитную пленку, способную обеспечить химическую, абразивную, огнестойкую, биологическую стойкость изделия в ограниченном промежутке времени. Достоинствами этой группы материалов являются минимальные трудозатраты и экономическая выгода, а недостатки – характерные для всех видов пленочных покрытий.

 

На рис. 2 представлена обобщенная схема применяемости различных видов защитных покрытий в зависимости от условий эксплуатации и среднего срока службы покрытий.

«Мягкие» условия эксплуатации – это промышленная атмосфера, технические среды с температурой эксплуатации -40÷ +400С, рН 4÷7.

«Средние» – температура рабочей среды до +1000С, рН 3÷8.

«Жесткие» – температура более +1000С, рН 1÷14, наличие абразивного износа, кавитационные явления, нестабильный рабочий режим.

Границы применяемости, конечно, условные, поскольку понятно, что футерованный плиткой объект в «мягких» условиях простоит и 30, и 50 лет. Однако этот метод защиты предназначен для других – «жестких» условий, где, как правило, более 10 лет защита не стоит.

Футеровка специальными композитами предназначена:

- для повышения эксплуатационных параметров производственного оборудования (надежность, долговечность, эффективность, производительность и т.д.) путем создания стойкого многофункционального барьера на поверхности изделий, защищающего от воздействия агрессивных рабочих сред;

- для снижения стоимости оборудования за счет замены химстойких марок стали и дорогостоящих металлов (титан, медь, алюминий и др.) на обычные стали, футерованные специальным композитом;

- для оперативного решения вопросов технического обслуживания и ремонтов технологического оборудования, а также безопасного ведения ремонтно-восстановительных работ;

- для придания новых эксплуатационных свойств действующему оборудованию при его модернизации или перепрофилировании.

В настоящее время защита оборудования, эксплуатируемого в агрессивной рабочей среде (а это практически все промышленное оборудование и различные технологические системы), осуществляется следующими способами:

- изготовление оборудования из специальных марок стали;

- защита ЛКМ;

- футеровка листовым пластиком (полиэтилен, фторопласт, винипласт и др.);

- гуммирование резиной;

- футеровка штучными изделиями (каменное литье, кирпич, плитка и т.п.).

Преимущества футеровки композитами заключается в следующем:

а) высокая ударопрочность и виброустойчивость защитной системы;

б) высокая химстойкость, износостойкость (био, тепло и т.д.) футеровочного покрытия;

в) возможность защиты сложных пространственных конструкций любой формы;

г) возможность ведения защитных работ «по месту»;

д) отсутствие сварных швов и стыков в защитном покрытии.

Кроме того, каждый из существующих способов защиты решает достаточно узкий спектр проблем, связанных с обеспечением надежной работы оборудования в агрессивной среде. На практике же мы имеем дело с комплексом негативных факторов, воздействующих на производственное оборудование. Например: химически агрессивная среда и абразивный износ или абразивный износ и высокая температура и т.п. Только композиты способны обеспечить комплексную защиту в широком диапазоне агрессивных сред.

Большие возможности эффективной защиты технологического оборудования, в том числе композитами, объясняются наличием различных, адаптированных к конкретным условиям проведения работ способам нанесения футеровочных покрытий. В табл. 1 приведены данные по известным на данный момент способам футеровки.

 

 

Теме защитных футеровочных покрытий посвящен большой цикл работ [3, 4, 5, 6 и др.]. Контактное («мокрое») ламинирование – это нанесение непосредственно на защищаемую поверхность пропитанного термореактивной смолой армирующего материала толщиной не менее 2,5-3 мм (рис. 3.) [7]. Достоинства способа – возможность нанесения надежного и долговременного футеровочного покрытия на поверхности любой пространственной конфигурации (прямолинейные, сферические, криволинейные, и др.). Недостатки – «человеческий фактор», трудозатраты и необходимость обеспечения безопасных условий работы, особенно в замкнутых объемах.

 

 

Футеровка листовым композитом – способ футеровки листовым специальным композиционным материалом преимущественно прямолинейных поверхностей от воздействия опасных производственных факторов [8]. Достоинства способа заключаются в снижении (по сравнению с вышеописанным способом контактной футеровки) трудозатрат, повышении производительности работ и качества защиты. Недостатки – защита только прямолинейных поверхностей.

Комбинированный способ защиты заключается в сочетании способов контактной футеровки и футеровки листовым композитом.

Технология CIPP предназначена для ремонта и восстановления изношенных трубопроводов методом футеровки внутренней поверхности специальным, пропитанным термореактивным связующим, рукавом из армирующих материалов, протягиваемым в трубу и принимающим ее форму за счет подачи вовнутрь рукава горячих пара или воды, обеспечивающих полимеризацию связующего.

Объемная футеровка [9] – способ защиты оборудования, где по техническим причинам (стесненные условия, опасные условия и т.п.) нельзя применить известные способы защиты от воздействия агрессивной рабочей среды. В настоящее время данный способ проходит опытно-промышленные испытания.

Футеровка полимербетоном целесообразна для защиты технологического оборудования и строительных конструкций от абразивного износа, высоких температур, повышения химстойкости строительных сооружений и т.п. Жидкий полимербетон можно наносить ручным набрызгом или механическим способом (торкретированием) с последующим разглаживанием и уплотнением нанесенного слоя (рис. 4).

 

 

Футеровка штучным материалом отличается от общепринятого способа защиты тем, что предусматривает применение штучных изделий (плиток с различными защитными функциями), выполненными из композиционных материалов (рис. 5) [10]. Преимущества предлагаемого способа футеровки заключаются, прежде всего, в снижении трудоемкости работ и за счет меньшей массы – снижение нагрузок на защищаемое оборудование.

 

 

Центробежное литье – классический способ нанесения футеровки, как правило, из дисперсно-наполненного композита на внутреннюю поверхность труб, выполняемого в цеховых условиях на специальном заливочном оборудовании (рис. 6).

 

 

Футеровка композитами дает существенные преимущества перед другими способами защиты, поскольку позволяет:

  • защищать оборудование в широком диапазоне агрессивных рабочих сред;
  • защищать сложные объемные поверхности (шарообразные, с «поднутрениями» и т.п.);
  • футеровать присоединенные элементы конструкции (штуцера, каналы, патрубки и т.д.);
  • гибкость «мокрого» ламината компенсирует неровности поверхности изделия, что позволяет ликвидировать зазоры между изделием и футеровочным слоем, тем самым избегая подпленочной коррозии;
  • менять толщину футеровочного слоя в зависимости от нагруженности изделия в том или ином месте конструкции;
  • комбинировать слои футеровки, используя различные виды связующего и типы наполнителей.

И, наконец, следует отметить несомненные преимущества композитов по следующим причинам:

  1. Высокая ударо-вибропрочность, позволяющая воспринимать динамические нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации изделия.
  2. Большой диапазон рабочих температур без потери защитных свойств защитного покрытия; ремонтопригодность стеклопластиков, позволяющая восстанавливать поврежденные участки без демонтажа всего покрытия.
  3. Достаточно высокая прочность и химстойкость стеклопластиков позволяет во многих случаях отказаться от применения специальных химстойких материалов (нержавеющая сталь, титан и т.д.) и уменьшить массу конструкции за счет уменьшения толщины подложки (каркаса) изделия.
  4. Органические смолы, являющиеся связующим в стеклопластиках, обладают отличной совместимостью с большинством химстойких лакокрасочных материалов и другими типами защитных материалов, например резинами, что позволяет проводить комплексную защиту технологического оборудования с применением разных видов защитных систем, материалов, технологий и т.п., в зависимости от условий эксплуатации, требуемого уровня защиты, профессиональной подготовки рабочих и других технологических параметров.

Таким образом, рассматривая совокупность признаков, определяющих целесообразность применения того или иного вида защитной системы для изделий, эксплуатируемых в опасных производственных условиях, следует констатировать, что на данный момент времени футеровка химстойкими композиционными материалами является наиболее предпочтительным видом футеровки ввиду своей универсальности, отличной химстойкости, технологичности и наличия явных эксплуатационных преимуществ.

 

Литература

  1. Холодников Ю.В. «Промышленные композиты» //Журн. «Композитный мир». № 5. 2012 г. С. 48-54.
  2. «Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технологии: учебн. пособие»/ под ред. А.А. Берлина. – СПб.: Профессия, 2008. – 560 с., ил.
  3. Холодников Ю.В. «Новые принципы организации защиты технологического оборудования от воздействия агрессивной рабочей среды» // Журн. «Упрочняющие технологии и покрытия». № 1. 2012 г. С. 41-43.
  4. Холодников Ю.В., Альшиц Л.И. «Футеровка композитами как направление развития отрасли» // Журн. «Композитный мир». № 1. 2012 г. С. 50-53.
  5. Холодников Ю.В. «Защита оборудования композиционными материалами» // Журн. «Практика противокоррозионной защиты». № 1. 2011 г. С. 14-18.

6. Холодников Ю.В. «Футеровка оборудования композиционными материалами» // Журн. «Новые промышленные технологии». № 5. 2010 г. С. 3-5.

7. Патент РФ № 2365678 «Способ получения защитного футеровочного покрытия», опубл. 27.08.09.

8. Патент РФ на полезную модель № 92383 «Лист футеровочный слоистый», опубл. 20.04.2010.

9. Патент РФ № 2473424 «Способ изготовления объемных изделий из композитов», опубл. 27.01.2013.

10. ТУ 2292-004-20616038-2012 «Изделия из полимербетона специального назначения».


Категория статьи: АНТИКОРРОЗИОННАЯ ЗАЩИТА

Дата создания статьи: 2019-04-01 11:48:32

"Нефть и Газ Сибири" №2 (35) 2019"
Справочник отраслевых организаций
Яндекс.Метрика