Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Силикатно-эмалевое покрытие толщиной 200-500 микрон представляет собой композицию на основе силикатов и дополнительных примесей, отличается от остальных высокой термической, химической и абразивной стойкостью, превосходной адгезией к металлу, не допускает отложения парафинов и солей на стенках труб.

Она зависит от состава и структуры материалов. Так, мрамор, известняки, цементный камень в строительных растворах и бетонах, в химическом составе которых преобладает оксид кальция (СаО), легко разрушаются кислотами, но стойки к действию щелочей. Силикатные материалы, содержащие в основном диоксид кремния (SiO₂) стойки к действию кислот, но взаимодействуют при повышенной и нормальной температуре со щелочами. [6].

1. Применение силикатно-эмалевого покрытия

Экономический эффект от применения различных перечисленных ранее покрытий определяется не столько стоимостью их изготовления, сколько сроком службы.

В этом случае силикатно-эмалевым покрытиям нашли широкое применение при сооружении промысловых нефтяных трубопроводов, трубопроводов, транспортирующих высокоагрессивные среды в химической промышленности, для изделий, работающих при высоких температурах, давлениях, при строительстве теплотрасс, топливопроводов для перекачки авиационного горючего в аэропортах, при перекачке едких стоков животноводческих ферм и в других отраслях, где органические или металлические покрытия непригодны. [9].

Силикатно-эмалевые покрытия прошли гигиенические испытания на предмет использования их для строительства трубопроводов горячего, холодного и питьевого водоснабжения.

Проведенными технико-экономическими расчетами установлено, что затраты при нанесении внутреннего силикатно-эмалевого покрытия окупаются в течение 1,5-2 лет.

Силикатно-эмалевое покрытие труб соответствует требованиям ГОСТа Р 51164-98, СНиП 2.05.06-85, РД 153-34.0-20.158-2003 и выполняется по ТУ 1390-001-01297858-96, оно соответствует требованиям ГОСТ Р ИСО 9001-2001, лицензировано Гостехнадзором РФ.

Силикатные покрытия (эмали и стекла) обладают универсальными свойствами и для их нанесения не требуется больших энергозатрат, поэтому область применения этих покрытий расширяется.

Формирование эмалевого защитного покрытия возможно двумя способами: сухим (наносят порошок) или мокрым (пасту).

Процесс нанесения эмали ведется в несколько этапов. Сначала наносят непосредственно на изделие порошкообразную грунтовую эмаль, которая улучшает адгезию, а также уменьшает термические и механические напряжения. Проводят спекание при температуре 880 – 920°С. Далее покрывают слоем покровной эмали, потом спекают при температуре 840 – 860°С.

Если требуется нанести несколько слоев силикатной эмали, вышеописанные операции проводят поочередно еще несколько раз. Обычно изделия из чугуна покрывают двумя - тремя слоями силикатной эмали, общей толщиной до 1 миллиметра.

Рис. 1.1 Процессы нанесения покрытий.

Трубы с силикатными покрытиями являются серьезным резервом снижения расхода труб из высоколегированных сталей, так как их стойкость в 4...5 раз выше. Необходимо отметить, что материалы, идущие на изготовление эмалей и стекла, недефицитны (кварцевый песок, полевой шпат, бура, сода и др.).

Помимо антикоррозионных свойств такие покрытия имеют пониженную шероховатость, что способствуют снижению гидравлических потерь и повышению пропускной способности трубопроводов на 20-30%. Использование стеклоэмалевых покрытий толщиной 450-500 мкм на трубах для теплотрасс одновременно с увеличением срока службы в 5-6 раз позволяет снизить расход металла на 30-40 % вследствие снижения толщины стенки труб.

Особенно эффективно применение труб с эмалевым покрытием в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Потребление одной тонны эмалированных труб равноценно потреблению почти 3 т труб из коррозионностойких сталей. При воздействии растворов солей некоторых органических кислот эмалевые покрытия устойчивы до температуры 300-400 °С., а в газовой фазе до 450-700 °С.

В настоящее время протяженность нефтепромысловых трубопроводов с внутренним антикоррозионным покрытием составляет 17,5% от общей протяженности (Рис. 1.2.).

Рис. 1.2. Динамика протяженности нефтепромысловых трубопроводов.

Характерная проблема при эксплуатации трубопроводов с внутренним покрытием – «Ранняя аварийность», которая возникает, как правило, по причине строительного брака или брака при нанесении покрытия в заводских условиях:

• несоответствие покрытия ТУ, вследствие чего происходит его разрушение;

• отсутствие защитных втулок для защиты сварных стыков (брак строителей) – коррозия стенки трубы в районе отсутствия покрытия;

• дефекты покрытия из-за механических воздействий при транспортировке и СМР

Рис. 1.3. Использование защитных покрытий.

Эксплуатация нефтепромысловых трубопроводов с внутренними покрытиями показывает, что имеется ряд нерешенных проблем:

• контроль качества покрытий при приемке законченного строительством объекта;

• способы технического диагностирования;

• специальные способы и требования по очистке.

Существующие риски эксплуатации нефтепромыслового оборудования с внутренним защитным оборудованием.

Основной риск при эксплуатации нефтепромыслового оборудования с внутренними антикоррозионными покрытиями:

• ускорение в 2-10 раз коррозионных процессов на дефектах покрытий или местах, где оно отсутствует по причине строительного брака;

• непредсказуемый остаточный ресурс НПО с дефектами внутреннего покрытия;

Эксплуатация нефтепромыслового оборудования с внутренними антикоррозионными покрытиями.

Как правило, отсутствуют специальные требования к эксплуатации НПО с внутренними покрытиями, кроме температурных режимов.

Необходимо наличие:

• стандартов и ТУ на техническое диагностирование состояния покрытий;

• методов оценки остаточного ресурса;

• методов очистки НПО от отложений, не нарушающих покрытие;

Для снижения рисков внезапных отказов НПО из-за дефектов внутренних покрытий, которые невозможно идентифицировать на находящемся в эксплуатации оборудовании необходимо применять дублирующие методы защиты от коррозии:

• для сосудов и РВС протекторы;

• для трубопроводов ингибирование. Однако применение ингибирования часто делает бессмысленным наличие покрытия.

Для защиты от коррозии перспективно использование эмалированных труб для систем горячего водоснабжения, газонефтепроводов, труб нефтяного сортамента, а стеклянных покрытий труб - для технологических трубопроводов, например в пищевой промышленности.

Силикатно-эмалевые покрытия прошли гигиенические испытания на предмет использования их для строительства трубопроводов горячего, холодного и питьевого водоснабжения.

Производство эмалированных труб (их длина 6 м и более) усложняется недоступностью их внутренней поверхности для непосредственного визуального контроля и устранения местных дефектов эмалевого покрытия.

Трубы с силикатно-эмалевым покрытием используются для транспортировки обводненной нефти, содержащей высокий процент сероводорода, для закачки в нефтяной пласт высокоминерализованной воды и различных химических реагентов, увеличивающих нефтеотдачу пласта, для обустройства системы пожаротушения на действующих нефтяных скважинах. [8]

Для предохранения внутренней поверхности труб от коррозии применяют различные виды покрытий: цементно-песчаные, полиэтиленовые, металлические, полимерные, силикатно-эмалевые и др.

Экономический эффект от применения различных покрытий определяется не только стоимостью изготовления, но главным образом сроком их службы.

Антикоррозионные свойства защитного покрытия, определяющие его срок службы, проявляются при воздействии на него агрессивной среды в процессе эксплуатации. Использование труб, например, с внутренним полиэтиленовым покрытием сопряжено с трудностями вследствие их относительно низких механических свойств, в особенности при повышенных температурах эксплуатации. Предел прочности полиэтилена на разрыв понижается в два раза, предел текучести - в три раза, модуль упругости при растяжении - в 2,5 раза.

При этом коэффициент термического расширения (К.Т.Р.) органических покрытий отличен от К.Т.Р. металла, и при незначительных изменениях теплового режима эксплуатации труб органическое покрытие растрескивается и нарушается адгезия металла с покрытиями. К недостаткам следует отнести и низкое сопротивление износу.

Основным недостатком эмалевого покрытия можно назвать низкую прочность при воздействии ударных нагрузок, т.е. растрескивание, скалывание. Зачастую при транспортировке и в процессе эксплуатации труб, деталей и комплектующих с эмалевым покрытием, происходят местные удары, нагрузки и упругие деформации металла, приводящие к растрескиванию либо скалыванию внутреннего покрытия.

1. Исследовательская часть

1. Общая характеристика металлокерамического покрытия на основе циркония.

Известны все важные и полезные свойства силикатно-эмалевого покрытия, но имеется весомый недостаток, в связи с чем данное покрытие не используют на линейном трубопроводе.

Недостаток заключается в низкой прочности покрытия, т.е. растрескивание, скалывание. Зачастую при транспортировке и в процессе эксплуатации труб, деталей и комплектующих с эмалевым покрытием, происходят местные удары, нагрузки и упругие деформации металла, приводящие к растрескиванию либо скалыванию внутреннего покрытия.

Этот недостаток можно устранить с помощью циркония, точнее циркониевого концентрата.

Цирконий — тугоплавкий металл серебристо-серого цвета с блестящей поверхностью.

В чистом виде цирконий имеет следующие характеристики:

• имеет высокую прочность, пластичность, твердость и упругость;

• устойчив к коррозии;

• обладает парамагнитными свойствами;

• увеличивает удельную магнитную восприимчивость при нагревании;

• позволяет проводить холодную и горячую обработку (штамповку, ковку и прокатку);

• проявляет устойчивость к холодной обработке под давлением.

Бадделеит

Цирконий является составляющей минерала с названием Бадделеит (Рис. 2.1 Бадделеит.) и формулой ZrO₂, диоксид циркония (т. пл. 2700 °C). При нагревании диоксид циркония проводит ток, что иногда используется для получения нагревательных элементов, устойчивых на воздухе при очень высокой температуре. Нагретый цирконий способен проводить ионы кислорода как твёрдый электролит. Это свойство используется в промышленных анализаторах кислорода. В металлургии применяется в качестве лигатуры. Легирование сталей цирконием (до 0,8 %) повышает их механические свойства и обрабатываемость. [6]

Хороший раскислитель и деазотатор, по эффективности превосходит Mn, Si, Ti. Делает также более прочными и жаростойкими сплавы меди при незначительной потере электропроводности.

Рис. 2.1 Бадделеит.

Бадделеит присутствующей во многих циркониевых керамиках. Переход тетрагональной фазы диоксида циркония в моноклинную сопровождается увеличением объёма, что увеличивает прочность таких керамик: механические напряжения у вершины растущей микротрещины инициируют фазовый переход тетрагональной модификации в моноклинную, и, как следствие, локальные увеличения объёма и, соответственно, давления, что стабилизирует микротрещину, замедляя её рост. Крупные прозрачные кристаллы кубического диоксида циркония, стабилизированные примесями оксидов кальция, иттрия или других металлов, благодаря высокому показателю преломления и дисперсии применяются в ювелирном деле в качестве имитации алмазов. Диоксид циркония широко используется при получении высокоогнеупорных изделий, жаростойких эмалей, тугоплавких стекол, различных видов керамики, керамических пигментов, твердых электролитов, термозащитных покрытий, катализаторов, искусственных драгоценных камней, режущих инструментов и абразивных материалов. Также применяется в керметах — керамикометаллических покрытиях, которые обладают высокой твёрдостью и устойчивостью ко многим химическим реагентам, выдерживают кратковременные нагревания до 2750 °C. В последние годы диоксид циркония начал широко применяться в волоконной оптике и производстве керамики, используемой в электронике.

Нанокерамические материалы на основе ZrO₂ обладают уникальным комплексом физико-механических свойств:

• в отличие от существующих аналогов, вследствие особой технологии синтеза, керамика имеет одновременно высокие значения прочности, вязкости разрушения и износостойкости;

• высокие эксплуатационные свойства в условиях воздействия высоких температур (свыше 1600 °C) и коррозионно-активных сред без значительной деградации механических свойств;

Рис. 2.2 Запасы и ресурсы циркония

Основные месторождения циркония и распределение запасов и прогнозных ресурсов диоксида циркония (млн т) по субъектам Российской Федерации.

В Хабаровском крае имеется два месторождения бадделеита:

• Алгма месторождение

• Ингилийский массив

Цирконий занимает 21-е место среди элементов по распространенности в земной коре; содержание его в земной коре составляет 0,025% и превышает содержание меди, свинца, никеля и цинка. К числу промышленных циркониевых минералов относятся циркон (силикат циркония), бадделеит (окись циркония) и др.

2.2 Химико-термическая разработка

Характеристики

Список файлов ВКР