Библиотека • Опыт применения эпоксивинилэфирных смол для антикоррозионных работ

Проблема повышения срока службы технологического оборудования и других объектов нефтехимии вплоть до настоящего времени является весьма актуальной. Не меньшей проблемой является необходимость применения широкой номенклатуры антикоррозионных материалов, которые обладают невысокой надежностью в условиях комплексного воздействия физически и химически-активных веществ, абразивного износа поверхности, температуры и механических напряжений. Частые внезапные отказы оборудования нарушают стабильность технологических процессов и повышают себестоимость продукции. Многообразие коррозионных свойств промышленных сред химических производств требует применения материалов с высоким химическим сопротивлением. Для Новокуйбышевского нефтеперерабатывающего завода чрезвычайно важной проблемой является разрушение газоходов сернистого газа и серного ангидрида. В настоящее время срок жизни газохода составляет приблизительно 6 месяцев, а общие ежегодные затраты на проведение ремонтно-восстановительных работ составляют свыше 23 тысяч долларов. Эффективным способом борьбы с коррозией является использование коррозионно-стойких стеклопластиков, содержащих в своей структуре несколько функциональных слоев.

В России до настоящего времени практически отсутствовал опыт применения стеклопластиков для создания газоходов, сернистого газа и серного ангидрида. Причиной этого являлось отсутствие химически-стойких смол, обладающих достаточно высокой теплостойкостью. Появление на отечественном рынке сырья эпоксивинилэфирных смол Дион 9100, Дион 9700, и т.п. позволило начать производство коррозионно-стойких стеклопластиковых изделий.

Теоретическая часть

Эпоксивинилэфирная смола типа Дион 9100 является продуктом сополимеризации метакриловой кислоты и диановой эпоксидной смолы средней молекулярной массы, содержащей 50% стирола.

Степень полимеризации смолы может изменяться от 0 до 3.

Представленная формула смолы является общей для целого ряда марок серии Дион.

Формирование пространственной структуры при отверждении смолы протекает по свободнорадикальному механизму полимеризации.

Методика эксперимента

На НК НПЗ, спроектирован и введен в эксплуатацию, в августе 2003 года, стеклопластиковый газоход сернистого газа и серного ангидрида длиной 12 метров и внутренним диаметром 0,6 метра, который соединил промывные башни. Условие эксплуатации газохода включают вакуум от 50 до 70 мм водного столба, температура от 70 до 80 ^оС и содержание сернистого ангидрида до 20%.

Формованию газохода предшествовали комплексные испытания химически стойкого слоя в контролируемых лабораторных условиях и натурная экспозиция с размещением образцов в различных местах действующего газохода. При этом температура испытания составляла от 80 до 260 ^оС. Эти испытания показали перспективность стеклопластиков на основе Дион 9100 для изготовления коробов для транспортировки сернистого газа.

Многослойная структура газохода, изготовленного намоткой, включала химически-стойкий и силовой слои стеклопластика. Химически стойкий слой толщиной 2,7 мм состоял из 2-х слоев стекломата 300гр/м2, содержащих приблизительно 93% эпоксивинилэфирной смолы Дион и 3-х слоев армирующего холста плотностью 450 гр/м², содержащего 73% смолы. Этот химически стойкий слой имел толщину 3,1 мм. Внешний атмосферостойкий и огнестойкий слой состоял из чередующихся слоев - из С-стекла или синтетической вуали, пропитанных смолой марки Полилайт 850-840. Содержание смолы в стеклопластике газохода составляла 46,5%.

Разрушающее напряжение стеклопластиковой стенки при растяжении и сжатии соответственно равно 146 и 221 МПа, ударная вязкость 150 кДж/м².

Для предотвращения внезапного отказа газохода были проведены испытания химически стойкого слоя в экстремальных по температуре точках, действующей установки 59/20, где использование стеклопластика не планировалось - при температурах 220 и 260 ^оС.

Образцы химически стойкого слоя размерами 150*15*3,1 мм через технологические отверстия вводили в установку, используя фторопластовую ленту. Выемка образцов проводилась через 6, 8, 12, 16, 18 часов при 260 ^оС и 24, 48, 96, 120, 144 часов при 220 ^оС. Наблюдения показали, что химзащитный слой становится проницаем для сернистого газа при уменьшении массы исходного материала на 15-20% от исходной, что соответствует температурному коэффициенту термоокислительной деструкции 1,7. По-видимому, термоокислительная деструкция стеклопластика отвечает кинетике гетерогенного процесса в переходной области. Энергия активации деструкции составляет 32 кДж/моль, что отвечает переходной области процессов нулевого порядка.

Учитывая результаты лабораторных и форсированных промышленных испытаний, срок службы газохода, может быть, рассчитан по уравнению:

где t1 и t2 - время жизни при температурах T1 и Т2;

1,7 - температурный коэффициент процесса термоокислительной деструкции стеклопластиков в переходной области.

Величина срока жизни стеклопластика при 260 ^оС как показал эксперимент в натурных условиях составляла от 12 до 16 часов. Подставляя эти значения t2 в формулу, получили срок жизни газохода при эксплуатации в штатном режиме от 166901 до 227760 часов или от 19 до 26 лет.

Натурные обследования газохода, пуск которого состоялся в августе 2003 года, показали, что после 6 месяцев эксплуатации каких либо признаков поражения внутренней поверхности не происходит.

Обсуждение результатов

Первый опыт создания и внедрения стеклопластиковых конструкций на основе эпоксивинилэфирных смол Дион показал, что с точки зрения безотказности и повышения ресурсов технологического оборудования они весьма перспективны и получат широкое применение в практике антикоррозионных работ на нефтехимических предприятиях.

Опыт работы с Дион 9100 показал, что качество стеклопластиковых изделий в значительной степени определяется соблюдением технологического регламента формования стеклопластика. По этому в ходе изготовления изделий этому аспекту внедрения химически стойких стеклопластиков следует уделять особое внимание.

Автор: А. П. Александров
Научный руководитель - д.т.н., профессор, В. Г. Макаров
Самарский государственный технический университет

Познакомиться с изделиями партнеров ООО "Композит", производимых из композитных материалов, Вы можете в разделе КАТАЛОГ ИЗДЕЛИЙ.

ООО "Композит" - материалы и технологии для вашего бизнеса.