Антикоррозионная защита оборудования химстойкими композитами

Защита технологического оборудования, эксплуатируемого в опасной производственной среде, является одной из важнейших научно-технических и экономических проблем мирового хозяйства. Общегодовые затраты на борьбу с коррозией в развитых странах оцениваются в 2-4% валового национального продукта и достигают сотен миллионов долларов.

Основными составляющими затрат на противокоррозионную защиту являются: стоимость замены поврежденных коррозией узлов и деталей, убытки от отказа оборудования по коррозионным причинам и затраты на ликвидацию последствий аварий.

От коррозии страдают не только металлические конструкции, но и бетонные строительные сооружения.

Огромные потери устранить полностью невозможно, поскольку в основе коррозионных процессов лежат объективные законы природы. Однако, грамотное применение уже имеющихся методов защиты от коррозии позволяют сократить ущерб от коррозии на 10-15%. Еще на 10% сократить ущерб от коррозии возможно за счет привлечения знаний и опыта квалифицированных специалистов-коррозионистов (не путать с малярами). Применение новых коррозионостойких материалов (в основном органопластов) позволяет уменьшить потери черных металлов на 20-25%, сократить расход цветных и специальных нержавеющих металлов на 10-20%.

Методы борьбы с коррозией можно наметить, зная закономерность коррозионных процессов, которые сводятся .в основном. к следующему:

1. Выбор соответствующего среде коррозионностойкого сплава;

2. Изменение состава среды (понижение агрессивности или приведение среды в некое стабильное состояние, защита от которого известна и дает хорошие результаты);

3. Отделение металла (бетона) от агрессивной среды слоем более стойкого материала (ЛКМ, футеровка, гуммирование и т.п.)

4. Применение новых конструктивных решений, включая новые материалы, органического и неорганического вида.

Применяемость методов защиты показана на диаграмме 1.

В данной статье речь пойдет о защите оборудования материалами органического происхождения методом футеровки, который, как известно, применяется для защиты от особо агрессивных сред.

Наиболее перспективные и эффективные материалы – это полимерные материалы, которые, особенно в последнее время, получи наибольшее распространение ввиду своей привлекательности, широкого выбора, технологичности и надежности.

Рассмотрим кратко основные материалы этого класса, их достоинства и недостатки в сравнении между собой.

Полиэтилен – термопластичный полимер устойчивый к воздействию кислот, щелочей и растворов солей, но легко разрушается при соприкосновении с окисленными средами. На холоде полиэтилен не растворяется ни в одном растворителе, однако при t +70-80°С он растворим во многих углеводородах. Под действием кислорода при повышенных температурах и под действием света полиэтилен стареет, становясь хрупким и теряя эластичность. Полиэтилен сваривают или напыляют при футеровке.

Полипропилен – более прочен, чем полиэтилен, обладает стойкостью к кислотам, органическим растворителям, минеральным маслам. Он не устойчив в олеуме, хлорсульфированной кислоте, дымящейся азотной кислоте, бромной воде. Листовой полипропилен – сваривают.

Поливинилхлорид (винипласт) – термопластичный материал стойкий почти во всех минеральных кислотах (за исключением азотной кислоты и олеума), щелочах, растворах солей и органических растворителях. Недостатки: низкий предел рабочей температуры, низкая ударная вязкость, большой коэффициент линейного термического расширения, постепенная деформация под нагрузкой. Винипласт легко сваривается.

Фторопласты – обладают высокой химической стойкостью к кислотам, щелочам, окислителям, растворителям. Не стоек к расплавам щелочных металлов и фтору. Важным свойством фторопластов является его термостойкость, которая позволяет ему не изменять свои свойства в интервале температур от -190°С до +260°С.

Недостатки: низкая адгезия к металлам и другим материалам; трудносвариваемость.

Стеклопластики – это материалы, получаемые на основе связующих органических смол, стекловолокнистых наполнителей и других добавок. Стеклопластики характеризуются хорошей химической стойкостью в широком диапазоне химически активных сред: кислот, щелочей, электролитов, масел, жидких топлив, газообразных сред и т.д.

Высокие прочностные качества. По удельной прочности они не уступают стали, дюралюминию, титану. Стеклопластики хорошо противостоят действию ударных и динамических нагрузок и обладают способностью гасить колебания элементов конструкции. Отличная адгезия к металлам, бетону, дереву  и т.д.

В таблице 1 приведены некоторые физико-механические параметры перечисленных выше материалов:

Таблица 1

Физико-механические свойства

Полиэтилен

Полипропилен

Поливинилхлорид (винипласт)

Фторопласт 4

Стеклопластик

Плотность, кг/м3

920-830

900

1330-1430

2160-2260

1220-1700

Предел прочности, МПа

растяжение

сжатие

изгиб

 

12-16

12-15

12-17

 

25-40

60-70

80-110

 

40-60

80-100

90-120

 

14-25

12-20

11-14

 

400

280

240

Относительное удлинение, %

500-600

350-800

10-25

250-500

2-15

Рабочая температура,  t° С(±)

-70+100

-35+145

-20+60

-270+260

-60+160

Важными показателями того или иного вида футеровочного покрытия, помимо его химстойкости, является технологичность нанесения и эксплутационные характеристики.

Все перечисленные выше композиционные материалы поставляются в виде листов, однако стеклонаполненный композит можно наносить на изделия методом «мокрого» ламинирования, т.е. непосредственно на надлежащим образом подготовленные поверхности с последующим его отверждением. Это качество стеклопластика дает существенные преимущества перед другими материалами, поскольку позволяет:

- 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 ламинатного слоя в зависимости от нагруженности изделия в том или ином месте конструкции;

- комбинировать слои ламината, используя различные виды связующего и типы наполнителей. Кроме того, введением специальных добавок в поверхностный слой ламината мы можем делать покрытие со специальным свойствами – антиадгезионные, износостойкие, термостойкие и т.д.

Технологичность выполнения футеровочных работ стеклопластиком подчеркивается возможностью выбора, в зависимости от конфигурации объекта, его размеров, отведенными сроками на проведение работ, квалификацией рабочих и т.д. – различными способами проведения футеровки:

- листовыми химстойкими стеклопластиками;

- ручным ламинированием непосредственно на объекте;

- применением распылителей типа «аппликаторы», наносящих одновременно связующее и армирующий материал;

- применением технологии «стакан в стакане», когда в изделие вставляется заранее сформированное из композита подобное изделие.

Трудоемкость выполнения футеровочных работ химстокими стеклопластиками одна из самых низких из рассматриваемых видов пластиков, не требует привлечения сложных машин и механизмов (кроме аппликатора) однако требует определенной квалификации рабочих и четкого соблюдения регламента (при «мокром» ламинировании).

И, наконец, рассматривая эксплутационные характеристики различного вида футеровочных пластиков, следует отметить несомненные преимущества стеклопластиков по следующим причинам:

1. высокая ударо-вибропрочность, позволяющая воспринимать динамические нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации изделия;

2. большой диапазон рабочих температур, уступающий только фторопластам, однако известны случаи кратковременных тепловых ударов до +300°С без потери защитных свойств; 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 футеровочного материала, для изделий эксплуатируемых в особо опасных производственных условиях, следует констатировать, что на данный момент времени футеровка химстоким стеклопластиком является наиболее предпочтительным видом футеровки ввиду своей универсальности, отличной химстойкости, технологичности и наличия явных эксплутационных преимуществ.