АО «ИркутскНИИхиммаш», Тищенко М.Ю. mt@hm.irk.ru. Новые подходы и технологии ремонта резервуаров с пригрузами. Применение композитных материалов и холодной сварки при ремонте пригруза.
1.Основные понятия
Наиболее широкое применение в различных областях техники нашли методы безогневого ремонта, основанные на использовании композитных материалов. Ремонт резервуаров с использованием композитных материалов наиболее актуален в тех областях, где невозможно применить сварку.
Ремонт резервуаров традиционно производится при помощи ручной дуговой сварки. Но существуют такие узлы, где применение традиционных технологий с использованием ручной дуговой сварки осложняется многими факторами: воспламенение паров нефтепродуктов, зачистка и т.д. Таковыми узлами являются пригрузы (рис.1).
Пригруз резервуара представляет собой цилиндрическую или в виде призмы сварную конструкцию, расположенную на днище резервуара, и служащую для балластировки резервуара. Полость пригруза заполнена бетоном. Подобный элемент конструкции применяется на резервуарах, установленных в береговой зоне, а также в северных районах. В северных районах перепады температур могут привести к деформациям основного металла днища, которые в свою очередь могут привести к потере устойчивости самого резервуара.
Во время эксплуатации резервуара пригруз подвержен значительным гидростатическим (давление столба жидкости) и динамическим (воздействие перемещения днища) нагрузкам, также имеет место коррозионный и эрозионный износ. При изготовлении имеют место нарушения технологии сборки и сварки. Вследствие этих и многих других факторов на пригрузе образуются поверхностные и сквозные дефекты, многие из них являются недопустимыми.
Ремонт с применением сварки осложняется тем, что даже при полной дегазации резервуара, пары нефтепродуктов остаются внутри пригруза и могут служить причиной взрыва при огневых работах. При использовании же композитных материалов на основе металлополимеров при соблюдении техники безопасности можно избежать воспламенения и взрыва паров нефти и нефтепродуктов.
2. Применяемые материалы. Технология ремонта с использованием композитных материалов.
Для ремонта стенки и крыши, стальных пригрузов резервуаров рекомендуется использовать следующие материалы:
РЭМ-Сталь (фирма «Порсил Лтд» Россия); металлополимер «Сталь-керамика» (фирма «ЛЕО» Россия); Меtа1-Тесh SG (фирма «Тhortex» Великобритания); Belzona 1111 (фирма «Belzona» США); Мультиметалл-Рапид (фирма «Линкон-Диамант» Германия).
Композитные материалы составлены на эпоксидной основе и содержат от 65% до 92% мелкодисперсного металлического компонента.
Типичные механические свойства композитных материалов (по данным НПК “Техническая керамика и композиты” Центрального научно-исследовательского института материалов, СПб) [1]
|
Параметры испытаний материала РЭМ-Сталь |
Типичный предел прочности при растяжении, МПа | Типичная адгезия к стальной поверхности, МПа |
| стандартные условия, ³24 часа после начала отверждения | 25 | 15 |
| после искусственного старения (60°´7суток) | 35 | 18 |
| после искусственного старения (60°´14суток) | 40 | 20 |
| после циклических испытаний (180 переходов через 0°С) | 25 | 20 |
| после циклических испытаний (450 переходов через 0°С) | 20 | 18 |
| влагостойкость (относит, влажность 98%´22°С´80 час.) | 24 | 14 |
| влагостойкость (относит, влажность 98%´22°С´160 час.) | 20 | 12 |
| хладостойкость (минус 60°С´90 час.) | 22 | 16 |
Технология применения указанных материалов на объектах нефтяной и газовой промышленности согласована с Ростехнадзором России.
При ремонте сквозных и несквозных плоскостных или линейных дефектов выполняют следующие операции:
– инструментальную оценку размеров дефекта и толщины стенки ремонтируемого элемента конструкции в зоне дефекта;
– подготовку дефекта к ремонту;
– разметку ремонтируемого участка;
– грунтование композитным материалом ремонтируемого участка и заполнение корневой части дефекта;
– послойное заполнение полости дефекта композитным материалом;
– грунтование композитным материалом металлической накладки;
– нанесение слоя композитного материала толщиной 4-5 мм на ремонтируемый участок и если требуется (для армирования ремонтного слоя) установка с натягом металлической накладки на ремонтируемом участке, выдавливая при этом избыточный материал из-под накладки;
– формирование заделки на ремонтируемом участке;
– при температуре окружающего воздуха ниже плюс 5°С проводятся дополнительные мероприятия по поддержанию необходимой температуры и влажности в процессе отверждения материала[1].
3. Взаимодействие композитных материалов с ремонтируемой поверхностью
Природа взаимодействия полимеров с частицами измельченных металлов состоит в обволакивании их полимерами, которые образуют сложные полимерные цепи, обеспечивая высокую адгезию композитов.
Нанося пастообразные композиты на металлы, пластмассы, керамические изделия, за счет адгезионных свойств удается герметизировать повреждения, нарастить изношенный металл, ликвидировать коррозионные и эрозионные дефекты. После перемешивания и нанесения пастообразных композиций они твердеют в естественных условиях за 2-3 мин (материалы “Рапид”) или в течение 2-3 ч (материалы стандартной модификации). После отвердевания высоконаполненные композиты приобретают основные свойства металлов – цвет, структуру, возможность механической обработки – шлифовки, фрезеровки, сверления, полирований, нанесения различных покрытий. При этом материалы приобретают новые качества, главное из которых – антикоррозионное свойство.
4. Преимущества и недостатки применения композитных материалов при ремонте пригруза.
Особую ценность такие методы представляют благодаря возможности проведения ремонта без применения огневых работ.
Эффективность композитов обусловлена: полным отсутствием остаточных напряжений при отвердевании; высокой химической стойкостью к различным агрессивным жидким и газообразным средам; улучшением эксплуатационных свойств; относительной дешевизной в сравнении с традиционными способами ремонтно-восстановительных работ; простотой и удобством их применения.
Благодаря специально подобранным компонентам эти материалы сохраняют свои характеристики на протяжении длительной эксплуатации при значительных изменениях температур, влажности, циклических нагрузках и вибрации. Исследования подтвердили, что даже в жестких условиях эксплуатации долговечность выполненных ремонтов составляет минимум 10 лет.
При проведении исследований были выявлены следующие недостатки:
Т.к. конструкция резервуара с пригрузом типична для северных районов при температуре окружающего воздуха ниже плюс 5°С необходимо проводить дополнительные мероприятия по поддержанию необходимой температуры и влажности в процессе отверждения материала. Рекомендуется применять безогневые инструменты для поддержания требуемой температуры – тепловые пушки, промышленные фены и т.д
5. Вывод.
Применение композитных материалов при ремонте пригруза резервуара решает проблему безопасности ремонта, даёт экономический эффект, упрощает сам ремонт, а также делает конструкцию пригруза и его соединения более надежными.
Литература:
1. ВРД 39-1.10-013-2000 руководящий документ по применению композитных материалов фирмы «порсил лтд» (г. Санкт-петербург) для ремонтных работ на объектах нефтяной и газовой промышленности.