Новые принципы организации антикоррозионной защиты технологического оборудования от воздействия агрессивной

УДК: 678; 67.02; 62-7.

Холодников Ю.В., канд.техн.наук, генеральный директор ООО СКБ «Мысль»

Положительная сторона мирового финансового кризиса, охватившая все промышленно развитые страны, заключается в том, а для России – это наиболее важно, что обострилось понимание ограниченности сырьевых ре-сурсов и необходимости разработки мероприятий по рациональному их ис-пользованию. Среди таких мероприятий, конечно, в первую очередь разра-батываются новые материалы и технологии стратегического плана, напри-мер, методы глубокой переработки и интенсификации добычи полезных ис-копаемых. Однако, при этом нельзя забывать и о чисто утилитарных задачах, например, таких как надежность, долговечность и эффективность эксплуатации основного технологического оборудования, задействованного при решении стратегических задач добывающих, перерабатывающих и машиностроительных отраслей промышленности.

В предлагаемой статье рассмотрены новые принципы организации ан-тикоррозионной защиты технологического оборудования, эксплуатируемого в агрессивной рабочей среде, являющейся одной из важнейших научно-технических и экономических проблем мирового хозяйства. От коррозии страдают не только металлические конструкции, но и бетонные строитель-ные сооружения.

Основными составляющими затрат на противокоррозионную защиту промышленного оборудования являются: стоимость защиты поврежденных коррозией узлов и деталей, убытки от отказа оборудования по коррозион-ным причинам, затраты на противокоррозионные мероприятия и, наконец, затраты, связанные с ликвидацией последствий аварий и техногенных ката-строф. Общегодовые затраты на борьбу с коррозией в развитых странах оцениваются в 2÷4% валового национального продукта и достигают нескольких миллиардов долларов.

Огромные потери устранить полностью невозможно, поскольку в осно-ве коррозионных процессов лежат объективные законы природы. Однако грамотное применение уже имеющихся методов и средств защиты позволя-ет сократить ущерб от коррозии, повысить надежность и безопасность экс-плуатации технологического оборудования, машин и сооружений.

Методов борьбы с коррозией достаточно немного и выбираются они, как правило, на основе анализа условий эксплуатации объекта, вида и степе-ни агрессивности рабочей среды, качества и уровня ремонтов, требуемой надежности и долговечности эксплуатации и т.д.

В данном случае мы рассмотрим один из самых распространенных ме-тодов защиты путем создания защитного слоя на границе раздела «объект защиты – рабочая среда». Имеется в виду нанесение защитного слоя из ма-териалов, обладающих большей стойкостью к рабочей среде, чем материал объекта защиты. Это, прежде всего, такие материалы как специальные виды ЛКМ (атмосферостойкие, химстойкие, теплостойкие, биостойкие, огнезащит-ные и т.д.), футеровочные покрытия (полимерные и штучные защитные ма-териалы) и гуммирование.

На рис. 1 представлена обобщенная схема применяемости различных видов защитных покрытий в зависимости от условий эксплуатации и средне-го срока службы покрытий.

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

«Средние» - температура рабочей среды до + 100 0С, рН 3÷8.

«Жесткие» - температура более + 100 0С, 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.

Остановимся подробнее на методах защиты листовым пластиком и композитами, покрывающих большую часть представленного на рис. 1 экс-плуатационного поля.

Под листовым пластиком мы подразумеваем термопластичные листо-вые материалы, такие как полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и фторопласт.

Композиты, которые рассматриваются в данной статье это, прежде все-го, материалы, получаемые на основе связующих (матрицы) из органических термореактивных смол «холодного отверждения» и стеклоармирующего волокна различных видов, а также зернистых, дисперсных, и нанонаполнителей, придающих защитному покрытию специфические свойства [1].

Футеровка композитами выполняется методами:

- «мокрого ламинирования» - когда смола с введенной в нее системой отверждения наносится на объект защиты в жидком виде, а после полиме-ризации образует на поверхности твердую, нерастворимую защитную плен-ку [2];

- футеровка листовым композитом по аналогии с футеровкой листовым пластиком, с той лишь разницей, что стыковые швы не завариваются как в термопластах, а склеиваются по особой технологии [3];

- комбинированный способ защиты, включающий элементы технологии «мокрого ламинирования» - для криволинейных поверхностей и мест при-мыкания отводов, патрубков, карманов и т.п. и технологии футеровки листо-вым композитом – для прямых плоскостных участков объекта защиты.

В таблице 1 приведены некоторые физико-механические свойства вы-шеперечисленных полимеров.

Таблица 1

Физико-механиче-ские свойства Поли-эти-лен Полипро-пилен Поливинил-хлорид (ви-нипласт) Фторо-пласт 4 Стеклопла-стик

Плотность, кг/м3 920-830 900 1330-1430 2160-2260 1220-1700

Предел проч-ности, МПа

Растяжение

Сжатие

Изгиб

12-16

12-15

12-17

25-40

60-70

80-110

40-60

80-100

90-120

14-25

10-12

11-14

400

280

240

Относитель-ное удлине-ние, % 150-600 100-300 10-25 250-500 2-15

Рабочая тем-пература, t0 С (±) -70

+100 -35+145 -20+60 -100+260 -60+160

до +15000С*

Примечание: (*)- на кремнийорганическом связующем и минеральных наполнителях.

Анализ данных рис. 1 и табл. 1 позволяет рекомендовать защиту компо-зиционными материалами как наиболее отвечающую широкому кругу воз-можных химически активных сред, при этом само покрытие по удельным физико-механическим характеристикам не уступает конструкционным мар-кам стали.

Важными показателями того или иного вида защитного футеровочного покрытия, помимо его химстойкости, является технологичность нанесения и эксплуатационные характеристики. В этом плане, преимущества футеровки композитами перед защитой пластиком заключаются в следующем:

1. Комбинированная технология футеровки композитами, заключающаяся в сочетании способов «мокрого ламинирования» и защиты листовым компо-зитом, позволяет защищать любые по сложности поверхности объекты – с присоединенными патрубками и отводами, с поднутрениями, со сфериче-скими и криволинейными поверхностями и т.п.

2. Слабым местом любой конструкции из термопластичных листов является сварной шов, который помимо снижения химической стойкости из-за термо-диффузионного разложения структуры пластика, является концентратором внутренних напряжений конструкции и обладает пониженной на 30÷50% механической прочностью. При «мокром ламинировании» армирующий ма-териал укладывается с перехлестом слоев, таким образом, швов вообще нет. А при монтаже листового композита - стыки между листами заклеиваются по специальной технологии, позволяющей, в конечном итоге, получить равнопрочное защитное покрытие, как по химической стойкости, так и по физико-механическим параметрам.

3. Технология «мокрого ламинирования» позволяет менять толщину защит-ного слоя в зависимости от нагруженности того или иного участка защищае-мой конструкции. Кроме того, при комбинации видов армирующих материа-лов (стекломаты, стеклоткани, стеклорогожи, ровинги и др.) - меняются прочностные свойства защиты, которая оптимально соответствует требова-ниям создания статически уравновешенной конструкции.

4. Важнейшими эксплуатационными преимуществами защиты композита-ми, является его ремонтопригодность и возможность визуального контроля технического состояния защитной системы.

5. Композиционный материал создается под конкретные условия эксплуата-ции и поэтому в наибольшей степени им соответствует. Введением специ-альных наполнителей как элементов структуры композита, последнему можно придавать специфические свойства - износостойкость, электропро-водность, антиадгезионность, огнестойкость и т.п.

6. Кроме вышеперечисленных достоинств футеровки композитами отметим также следующее:

- высокая ударо-вибропрочность защитной системы, позволяющая воспри-нимать динамические нагрузки на конструкцию и гасить резонансные коле-бания;

- высокая химстойкость и прочность стеклопластиков позволяет во многих случаях отказаться от каркаса изделия, выполненного из специальных марок стали, титана и т.п., а делать его из обычной углеродистой стали, что значи-тельно снижает стоимость изделия при сохранении основных эксплуатаци-онных требований;

- органические смолы, являющиеся связующим звеном в композитах, обла-дают хорошей совместимостью с другими видами защитных материалов: эмалями, резинами, полиуретанами, мастиками и т.п., что позволяет прово-дить комплексную защиту технологического оборудования с применением различных видов защитных систем, материалов, технологий, в зависимости от конструкции объекта защиты, условий эксплуатации, требуемого уровня защиты, качества обслуживания и ремонта, а также других технологических параметров.

И, наконец, последнее. Композиты – относительно новый вид мате-риалов, а применение их в качестве защиты – работа последних десятков лет, за которые сделан гигантский скачок от идеи до внедрения и опыта экс-плуатации в сотнях самых агрессивных сред и производственных условий. Сегодня композитами можно защитить практически любое оборудование, а на подходе материалы с рабочей температурой превышающей +10000С, стойкие в любых органических и минеральных средах, с функциями само-контроля и индикации. Определяющая роль отводится нанокомпозитам с полимерной матрицей.

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

Литература:

1. Холодников Ю.В., Альшиц Л.И. «О взаимосвязи и особенностях композиционных материалов». Журнал «Композитный мир» №2, 2009 г. С-Петербург, ООО «ИД «Мир композитов».

2. Патент РФ №2365678 «Способ получения защитного футеровочного покрытия». Опубл. 27.09.2009 г. Патентообладатель – ООО СКБ «Мысль».

3. Патент на полезную модель РФ №92383 «Лист футеровочный слои-стый». Опубл. 20.04.2010 г. Патентообладатель – ООО СКБ «Мысль».

Холодников Юрий Васильевич, к.т.н., генеральный директор ООО Специаль-ное конструкторское бюро «Мысль».

620076, Россия, г. Екатеринбург, пл. Жуковского 1в.

Т.(343)295-98-29, ф.(343)295-98-56.

E-mail: sdo_mysl@mail.ru; www.sdo-mysl.ru