WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

АЛЕКСЕЕВА НАТАЛИЯ АЛЕКСАНДРОВНА ПОВЫШЕНИЕ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЭПОКСИДНО-ОКСИЛИНОВЫХ ПОКРЫТИЙ ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ИХ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ Специальность 05.02.01. – «Материаловедение» (Машиностроение в нефтегазовой отрасли) А В Т О Р Е Ф Е Р А Т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 2004 2

Работа выполнена на кафедре «Материаловедение и защита от коррозии» Уфимского государственного нефтяного технического университета (УГНТУ).

Научный руководитель кандидат технических наук доцент Кравцов Виктор Васильевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Загорский Валерий Куприянович;

кандидат технических наук Калимуллин Альберт Ахметович.

Ведущая организация ГОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет.

Защита состоится «26» мая 2004 года в 11-30 на заседании диссертационного совета Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул.

Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан «23» апреля 2004 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Ибрагимов И.Г.

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования Защита резервуаров от коррозии, обусловленной воздействием нефти, нефтепродуктов и подтоварной воды, а также сопутствующей парогазовоздушной среды над зеркалом хранящихся нефти и нефтепродуктов, продление их межремонтного периода и срока службы является важнейшей техникоэкономической задачей в нефтяной, газовой, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Анализ литературных данных показывает, что резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов в процессе эксплуатации подвергаются значительному коррозионному разрушению. Процесс коррозии металла остается незамеченным до явного нарушения покрытия, а ущерб, нанесенный резервуару, может быть необратимым.

Применение современных лакокрасочных покрытий является наиболее прогрессивным способом защиты внутренней поверхности резервуаров и позволяет продлить межремонтный период и срок эксплуатации резервуаров на пять и более лет в зависимости от типа покрытий и условий эксплуатации.

Защитные покрытия представляют собой сложные композиции, состоящие из различных ингредиентов функционального назначения. Состав и структура таких композиций предопределяют их основные свойства и долговечность. Изучению взаимосвязи строения и свойств полимерных, в частности лакокрасочных композиций, посвящено много фундаментальных исследований. Однако применительно к конкретным объектам существует много нерешенных вопросов, связанных с изучением их структуры и долговечности.

К числу актуальных проблем нефтегазовой отрасли в настоящее время можно отнести проблемы повышения защитных свойств и долговечности покрытий внутренней поверхности резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов.

В диссертационной работе проведены исследования структуры, состава и свойств эпоксидно-оксилиновых лакокрасочных покрытий с целью повышения защитных свойств в условиях воздействия рабочих сред резервуаров.

Целью работы являлось повышение защитных свойств и долговечности эпоксидно-оксилиновых покрытий для внутренней поверхности резервуаров путем совершенствования их состава и структуры.

Реализация этой цели осуществлялась путем постановки и решения следующих основных задач:

• исследование параметров старения и расчеты долговечности известных систем защитных покрытий внутренней поверхности резервуаров с целью выявления недостатков в рецептуре и создания композиций с наиболее высокими защитными свойствами;

• оценка термических напряжений в покрытиях и изучение возможности их снижения подбором наполнителей с более низким коэффициентом термического расширения;

• исследование возможности снижения водопоглощения покрытий путем введения в состав наполнителя с различной степенью дисперсности;

• исследование возможности повышения гидрофобных свойств эпоксиднооксилиновых композиций модифицированием частиц наполнителя;

• создание составов и изучение их физико-механических и технологических характеристик; разработка технологического регламента по нанесению на внутреннюю поверхность резервуаров.

Научная новизна • Установлено влияние степени дисперсности наполнителя (кварца молотого) на физико-химические и механические свойства эпоксидно-оксилиновой композиции (на основе эпоксидной смолы ЭД-20 и смолы оксилин-6). Коэффициент сорбции воды снижается с 2,48 до 2,15 г/см3 при повышении дисперсности наполнителя с 50 до 10 мкм.

• Выявлено влияние модифицирования частиц кварцевого наполнителя полиалкилгидридсилоксанами на гидрофобные свойства эпоксидно-оксилиновой композиции. Краевой угол смачивания отвержденной композиции увеличивается с 62 до 78 град, что приводит к снижению водопоглощения композиции с 2,до 1,47 г/см3 при дисперсности наполнителя 10 мкм.

Практическая значимость и реализация результатов работы 1.Применение разработанных термо- и водостойких эпоксидно-оксилиновых покрытий, обладающих высокой долговечностью, позволяет существенно увеличить рабочий ресурс резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов.

2. Разработаны технические требования по производству новых лакокрасочных покрытий и технологический регламент по их нанесению на внутреннюю поверхность резервуаров, принятый к внедрению на ООО «Ремгазсервис».

3. Рецептура разработанной лакокрасочной композиции КР-1 защищена патентом РФ № 2211231.

На защиту выносятся научно обоснованные, запатентованные разработки, направленные на совершенствование рецептуры лакокрасочной эпоксиднооксилиновой композиции с целью повышения долговечности защитного покрытия внутренней поверхности резервуаров.

Апробация работы Результаты работы докладывались на:

• 51-й, 52-й, 53-й, 54-й научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 2000-2003).

• 54-й межвузовской студенческой научной конференции «Нефть и газ – 2000» (Москва, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2002).

• Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов «Трубопроводный транспорт нефти и газа», посвященной 50-летию начала подготовки специалистов трубопроводного транспорта в УНИ-УГНТУ (Уфа, 2002).

• Международной научно-технической конференции «Трубопроводный транспорт – сегодня и завтра» (Уфа, 2002).

• IV-м Конгрессе нефтегазопромышленников России. Секция «Н» «Наука и образование в нефтегазовом комплексе» (Уфа, 2003).

• научно-практической конференции, посвященной 80-летию кафедры «Технология электрохимических производств» Уральского государственного технического университета (Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2003).

На открытом конкурсе 2002 г. на лучшую научную работу по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах РФ работа автора «Оценка эффективности защитных покрытий внутренней поверхности резервуаров» отмечена дипломом Министерства Образования Российской Федерации.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, в числе которых 1 патент РФ, 15 статей и тезисов докладов.

Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, основных выводов, списка литературы из 170 наименований и 3 приложений. Диссертация содержит 133 страницы машинописного текста (без приложений) и включает рисунков, 30 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, цели и задачи исследований, приведена краткая характеристика работы.

В первой главе дана характеристика эпоксидно-оксилиновых лакокрасочных материалов. Универсальность их применения обусловлена широким температурным интервалом отверждения и возможностью получения различных эксплуатационных характеристик материалов варьированием компонентами. Изменение состава, строения и свойств эпоксидных композиций достигается совместимостью со многими другими олигомерами, многообразием отвердителей для них, возможностью химической модификации благодаря высокой реакционной способности эпоксидных групп и большого количества функциональных разновидностей различного типа. Изучение кинетики старения покрытий позволяет проследить взаимосвязь механизма их защитного действия с достигнутым ресурсом работы и надежностью в условиях эксплуатации. Проникновение коррозионно-активной среды к подложке (стали) в значительной степени определяется сорбционно-диффузионным механизмом их защитного действия.

Используемые в настоящее время покрытия обеспечивают недостаточную защиту от коррозии внутренней поверхности резервуаров. Воздействуя на состав и структуру лакокрасочных покрытий, можно повышать их защитные свойства и ресурс.

Во второй главе приведены методики выполнения исследований, характеристика рабочих сред и образцов.

В качестве рабочих сред использовали нефть и подтоварную воду из резервуаров ОАО «Татнефть». Выбор сред обоснован их высокой коррозионной активностью по отношению к сталям.

В результате старения материала лакокрасочных покрытий под действием сорбируемой среды и эксплуатационных факторов возникают различные дефекты (рисунок 1). Поскольку выбор какого-либо одного параметра, характеризующего интенсивность старения покрытия непосредственно на изделии, затруднителен, для изучения состояния покрытий использован стандартный метод (ГОСТ 9.407-84) количественной оценки внешнего вида покрытия по нескольким показателям (устойчивости к образованию пузырей, трещин, отслоения покрытия, коррозии металла).

а б в г а) пузырь (12 месяцев эксплуатации); б) трещины в покрытии (18 месяцев эксплуатации); в) отслоение покрытия (3 года эксплуатации); г) характерное разрушение покрытия, вызванное подпленочной коррозией металла (5 лет эксплуатации).

Рисунок 1 –Виды дефектов покрытий внутренней поверхности резервуаров Классификация типов трещин осуществлялась по эталонам наиболее характерных типов. Каждому типу соответствуют четыре степени растрескивания, оцениваемые визуальным сравнением покрытия с «эталонами» и выраженные по пятибалльной системе.

Коррозию металла определяли визуально по площади поражения (в процентах) с помощью трафарета путем подсчета числа образующихся точек или очагов коррозии с учетом их размера.

Коэффициенты сорбции и диффузии жидких сред в полимерных материалах определяли по ГОСТ 12020-72.

Изменение массы и механических свойств образцов отвержденных лакокрасочных композиций определяли после экспозиции в рабочих средах в течение определенных периодов времени.

Исследование микроструктур поверхности проводили с помощью микроскопа просвечиванием платиново-углеродных реплик, снимаемых с исследуемой поверхности образцов.

Исследование гидрофобных свойств покрытий по краевым углам смачивания проводили методом сидячей капли на пластинках из исследуемых материалов.

В третьей главе проведен анализ кинетики старения наиболее распространенных систем лакокрасочных покрытий для выявления влияния на свойства покрытий эксплуатационных факторов.

Разработана специальная программа (на языке Delphi), позволяющая проводить расчеты параметров покрытий при старении в условиях контакта с рабочими средами, основанная на общепризнанной в настоящее время зависимости, известной из работ Бокшицкого М.Н. и успешно используемой для инженерных оценочных расчетов:

- ln кр =, (1) кр АT i где кр - долговечность покрытия (срок службы до отбраковки), с;

- допустимая степень сохранности исходных свойств покрытия (функкр ция сплошности твердого тела), характеризующая интенсивность старения.

кр =, (2) где - значение выбранного критерия долговечности по истечении времени ;

0 - начальное значение (до экспозиции в среде) выбранного критерия долговечности;

АTi – параметр долговечности, зависящий от температуры.

Е АT = A0 е- RT, (3) i где А0 – структурно-чувствительный коэффициент, зависящий от природы и структуры материала покрытия, не зависящий от температуры, 1/с;

Е0 – энергия активации процесса старения, Дж/моль;

R – универсальная газовая постоянная, Дж/моль·град;

T - температура, К.

Экспериментально параметр АTi определяли из графиков, характеризующих кинетику изменения величины i.

- ln i АТ =.

i i Энергию активации процесса старения определяли по зависимости:

AT ln 1 - Е0 = R. (4) AT T2 T В качестве исходных данных для расчета параметров старения использовали лабораторные и реальные данные о сроках службы 13-ти систем апробированных в производственных условиях лакокрасочных покрытий, опубликованных в монографиях Гоника А.А., Калимуллина А.А., Лыкова М.В., Сафонова Е.Н., Сафрончик В.И.

В результате расчетов получены значения энергии активации Е0 и параметра долговечности А0, применяя которые при последующих расчетах, входящих в состав алгоритма программы, определяли долговечность при заданной среднегодовой температуре стенки резервуара. Были выявлены системы защитных покрытий, обладающие более высокой долговечностью по сравнению с существующими, к действию воды и нефти. В качестве базовой для дальнейшего изучения была выбрана эпоксидно-оксилиновая композиция с рецептурой, приведенной в работе Сафрончик В.И. Отличительной особенностью ее свойств от обычных эпоксидных материалов является повышенная трещиностойкость.

В четвертой главе приводятся результаты исследований, направленных на снижение внутренних напряжений в покрытиях. Одним из эффективных направлений по уменьшению термических напряжений в покрытии является применение инертных наполнителей, имеющих более низкий коэффициент терми ческого расширения, чем у стали. Проведено сравнение коэффициентов термического расширения различных минеральных наполнителей, в результате которого выбран кварц молотый. Одним из важных аргументов при выборе этого наполнителя явилось то, что в России выпуск кварца молотого осуществляется в промышленных масштабах.

Изменение внутренних термических напряжений в полимерных покрытиях при колебаниях температуры на величину Т за время оценивали в соответствии с уравнением:

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»