Применение химстойких композитов для опасных производственных объектов

Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», №116-ФЗ от 21.07.97 г., введено понятие опасного производственного объекта (ОПО), как предмета представляющего угрозу, прежде всего, жизни и здоровью людей, аварии на которых могут вызвать тяжелые последствия техногенного характера.

К конструкции и материалам, из которых выполнен ОПО предъявляются повышенные требования в части обеспечения стабильности их механических, диэлектрических, гидроизоляционных и других рабочих параметров, в процессе транспортирования, хранения, эксплуатации и ремонта данного вида оборудования. Стабильность же свойств в значительной степени обусловлена реакцией материала на внешнее воздействие, из которых важнейшими являются воздействия физически или химически активных веществ, например, щелочей, кислот, токсичных или огнеопасных продуктов, газов и т.п.

Взаимодействие материала с окружающей средой, приводящее к его разрушению (коррозия) – известно давно, однако до сих пор нет абсолютно надежной системы защиты от этого явления, и это понятно, поскольку в его основе лежат объективные законы природы.

Композиционные материалы (наполненные пластики) не подвержены коррозии в металловедческом понимании этого термина. Стойкость композитов тоже зависит от агрессивности внешнего воздействия, но механизм этого воздействия существенно отличается от механизма воздействия сред на металлы.

Сочетание упругого высокопрочного наполнителя (стеклянное, базальтовое волокно или углеволокно) и эластичной полимерной матрицы (в качестве примера здесь рассмотрим только органические смолы холодного отверждения – эпоксидные, полиэфирные, фурановые и др.) привело к получению материала с очень важным комплексом физико-механических и химических свойств - превосходной удельной прочностью, высоким химическим сопротивлением, уникальной демпфирующей способностью, хорошими теплофизическими свойствами. В качестве армирующего наполнителя могут использоваться разнообразные материалы, выбор которых определяется конечной целью использования композита: алюминиевые порошки (окись алюминия), асбест, карбонат и силикат кальция, продукты целлюлозного производства, хлопок, стеклосферы, граниты, порошок окиси железа, слюда, кварц, сталь, карбид кремния, окись титана, карбид вольфрама и др.

Положительный эффект применения наполнителей выражается в увеличении прочности и жесткости материала, улучшении теплопроводности и теплостойкости, повышении износостойкости и ударной вязкости, уменьшении коэффициента линейного расширения, амплитуды экзотермических пиков и пористости, улучшении качества поверхности и т.д.

Одним из важнейших преимуществ композиционных материалов по сравнению с металлами, является возможность регулирования их свойств в процессе изготовления изделия, достижения анизотропии и, тем самым, обеспечения прочности конструкции в требуемом направлении при уменьшении массы изделия.

ООО СКБ «Мысль» совместно со специалистами Каменск-Уральского комплексного отдела МТУ Ростехнадзора по УФО в течение последних лет провели большой объем работ и исследований по обоснованию необходимости защиты ОПО композитами с целью повышения безопасности и надежности их эксплуатации, а также подготовили необходимые нормативно-технические документы для получения разрешения на применение изделий из композиционных материалов в качестве ОПО. Мы считаем, что химстойкие композиционные материалы целесообразно и очень эффективно использовать в двух направлениях: в качестве материала при проведении футеровочных работ, и в качестве основы при изготовлении изделий производственно-технического назначения, эксплуатируемых в особо опасных производственных условиях.

Преимущества футеровки химстойкими композитами, по сравнению с другими способами защиты, заключается в следующем:

- отличная адгезия к металлу и бетону;

- высокая прочность покрытия, выдерживающая удары, вибрацию, динамические нагрузки;

- стойкость в широком диапазоне химически активных сред;

- технологичность нанесения покрытия, позволяющая производить работы «по месту» на поверхностях любой пространственной ориентации;

- ремонтопригодность покрытия, позволяющая при надлежащем обслуживании объекта, устанавливать максимально возможные сроки его эксплуатации;

- отсутствие сварных швов, мест стыковки и других концентраторов напряжений.

ОПО эксплуатируемые в химически агрессивной среде, выполняются, как правило, из нержавеющих марок стали или титана. Однако, в своей практической работе мы неоднократно встречали случаи низкой надежности работы такого оборудования по причине коррозии сварных швов. С экономической точки зрения применение композитов для химзащиты ОПО выглядит более чем доказательно. Так изготовление ванны травления размерами 13х1,2х1,2 метра из специальной стали марки ХН58В, обойдется заказчику в 8,5 мил. рублей, в тоже время, если эту ванну изготовить из углеродистой стали с футеровкой композитом, ее цена составит 1,7 мил. рублей, при сохранении тех же гарантийных сроков эксплуатации.

При кажущейся простоте и универсальности технологии футеровки химстойкими композитами, следует особо подчеркнуть высокие требования к квалификации работников, выполняющих эти работы, необходимости наличия достаточного опыта производства этих работ, соблюдении мер безопасности и четкого выполнения требований технологического регламента нанесения покрытия.

На Российском рынке представлены многие ведущие производители качественных химстойких смол, такие как: Reichhold, DuPont, Ashland, Skott Bader, DSM и др., которые поставляют различные виды смол- полиэфирные, эпоксивинилэфирные, фумаровые, фурановые, фенольные и т.д., что в сочетании с огромным выбором наполнителей делает задачу подбора нужной системы защиты поистине творческой, многовариантной, основанной, прежде всего, на знаниях специалистов, собственном опыте, результатах лабораторных исследований, анализе условий и культуры эксплуатации объекта защиты, условий проведения и организации работ и множестве других факторов, каждый из которых может стать определяющим.

Нами (СКБ «Мысль» и Каменск-Уральский отдел Ростехнадзора по УФО) разработан алгоритм выбора системы защиты, основой которого служит положение о необходимости практической проверки образцов покрытий, выполненных согласно технологического регламента, в производственной среде, по времени достаточном для оценки его состояния и прогнозирования срока безопасной эксплуатации.

В рамках разработки концепции защиты и проверки ее на практике, мы провели ряд работ, которые позволили отработать технологические приемы проведения работ и накопить достаточный опыт, необходимый для широкого внедрения предлагаемой защиты в практику антикоррозионных работ. Мы имеем положительный опыт по защите следующих объектов:

- емкости под концентрированную щелочь с рабочей температурой до 200 град.С;

- ванны травления с азотно-плавиковой и серно-плавиковой кислотами;

- мерники для концентрированных азотной и соляной кислот;

- мешалки с горячей щелочью и наличием абразивного износа;

- емкости с кислотами и примесями органических растворителей;

- гальванические ванны и т.д.

Огромные возможности интенсификации рабочих процессов, повышения безопасности при эксплуатации ОПО открываются при использовании композиционных материалов как самостоятельных изделий или элементов технологического оборудования. Изготовление ОПО из химстойких композитов, помимо отменной химстойкости и других вышеперечисленных преимуществ по сравнению с металлами, позволяет снизить:

- массу конструкции на 25-50%;

- трудоемкость изготовления в 1,5-2 раза;

- энергоемкость производства в 8-10 раз;

- металлоемкость в 1.6-3 раза.

Достоинством композитов является также широкий выбор технологических приемов его переработки, позволяющих реализовать потребности как единичного или мелкосерийного производства, так и организовать крупносерийное или массовое производство изделий различного назначения.

Мы производим много разных изделий из химстойкого композита (крышки ванн травления, вентиляционные системы, емкости и др.), но нашей фирменной продукцией служат вентиляторы для работы с агрессивными газами, взамен вентиляторов из нержавеющих сталей, титана и алюминия.

Существенным препятствием для роста производства изделий из конструкционных материалов является повсеместное использование стального проката. В основном это связано с инерцией мышления части конструкторов и производственников, не доверяющих надежности новых материалов. Надежность новых материалов определяется, во многом, методиками пооперационной оценки качества, включая начальную стадию приготовления композита, и заканчивая оценкой качества готового изделия. Здесь особенно подчеркивается роль неразрушающих методов контроля.

На сегодня нет полного справочника конструктора, который включал бы в себя все необходимые для него данные о свойствах композиционных материалов. Следовательно, создание такого справочника является весьма важной и актуальной задачей. Мы внесли посильный вклад в этот процесс и разработали «Методические указания по проектированию, изготовлению и эксплуатации оборудования, футерованного химстойкими композиционными материалами» РД 060-07 СКБ, в которых обобщили свой накопленный опыт работы и привели справочные данные на некоторые группы смол и наполнителей, используемых при производстве химстойкого композита.

На наш взгляд, сегодня уже достаточно много примеров удачного применения композиционных материалов в качестве химической защиты или изготовления изделий, эксплуатируемых в жестких производственных условиях. Разработаны методики, инструкции, регламенты проведения работ, методы контроля и диагностики состояния, методы прогнозирования сроков безопасной эксплуатации и т.п. Настало время переходить от опытно-промышленных экспериментов к широкому внедрению лучшего на сегодня материала для футеровки и изготовления опасных производственных обьектов и не только их.

Собянин А.В.

Холодников Ю.В.

Волков А.С.

«ПРИМЕНЕНИЕ ХИМСТОЙКИХ КОМПОЗИТОВ ДЛЯ ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ»

Авторы:

Холодников Юрий Васильевич, к.т.н. - Генеральный директор ООО Специальное конструкторское бюро «Мысль» (ООО СКБ «МЫСЛЬ»).

Волков Александр Степанович, к.т.н. – Главный технолог ООО СКБ «Мысль»

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

т/ф. (343) 256-75-25,

E-mail: sdo_mysl@mail.ru

www. sdo-mysl.ru

Собянин Александр Валентинович – заместитель начальника Каменск-Уральского комплексного отдела МТУ Ростехнадзора по УФО

623418, Свердловская обл., г. Каменск-Уральский, пр. Победы 87.

т. (3439) 34-02-08, 34-23-25