Коррозионностойкие трубопроводы из композиционных материалов

30-летний опыт использования коррозионностойких композиционных материалов, армированных стекловолокном, в трубопроводах на нидерландском заводе по производству хлора SABIC. Безопасная, бесперебойная работа завода по производству хлора в Бергеноп-Зом, Нидерланды, – это главное для производителя химической продукции SABIC (Эр-Рияд, Саудовская Аравия).

Завод начал свою работу в 1987 году; на нем при повышенных температурах обрабатываются газообразный хлор, сильные кислоты и щелочи, которые являются крайне агрессивными средами, при взаимодействии с которыми стальные трубы могут выйти из строя всего за несколько месяцев. Чтобы обеспечить максимальную коррозионную стойкость и надежность, компания SABIC с самого начала выбрала стеклопластик для критически важных трубопроводов и оборудования, а усовершенствованные материалы и технологии производства, внедренные в течение долгих лет работы, позволили увеличить расчетный срок службы компонентов из композиционных материалов до 20 лет и сократить частоту их замены (см. Дополнительную информацию).

Коррозионностойкие композиты. На заводе SABIC в Берген-оп-Зом, Нидерланды, установлено 40-50 км труб из стеклопластика с высококоррозионноактивными химическими веществами, включая газообразный хлор, гидроксид натрия и соляную кислоту. Источник: компания SABIC

“Мы хотим удостовериться в том, что такие химические вещества, как хлор, соляная кислота и водород, остаются внутри замкнутой системы и надежно удерживаются в ней”, – говорит Тана Каммейер, менеджер по обработке химических веществ в подразделении производства хлора компании SABIC.

“Вместе с тем, мы не хотим, чтобы из-за отказа оборудования останавливалось непрерывное производство хлора, поскольку это может повлиять на последующие процессы на данном участке. Поэтому мы внимательно следим за состоянием всех трубопроводов и оборудования и регулярно проводим профилактическое техническое обслуживание”.

Стеклопластиковые трубы, узлы и аппараты, изготовленные компанией Versteden BV (Бергеноп-Зом, Нидерланды) с использованием смол от компании DSM Composite Resins (сейчас входит в состав AOC, Кольервилл, штат Теннесси, США, и Шаффхаузен, Швейцария), применялись с самого начала работы. На заводе установлено в общей сложности 40-50 км композитных труб, состоящих примерно из 3600 отрезков разного диаметра. Надежность и долговечность композиционных материалов в такой коррозионноактивной среде стали определяющими факторами при выборе материалов для этого проекта.

“Проектировщики заводов весьма консервативны, поэтому первая мысль при выборе материала труб и оборудования – это сталь”, – объясняет Томас Вегман, менеджер по маркетингу в компании AOC. “Компания SABIC всегда уделяла особое внимание безопасности процессов и, очевидно, стремится, чтобы процессы работали беспрерывно. Коррозионная стойкость, механическая прочность и долговечность стали основными факторами при выборе композитов в сравнении с другими материалами, такими как сталь, в совокупности с конкурентоспособной стоимостью”.

ПРАВИЛЬНЫЙ ВЫБОР

“Солевой раствор, соляная кислота, серная кислота и гидроксид натрия – крайне коррозионноактивные материалы”, – объясняет Пол Петерс, инженер по механической прочности конструкций в компании SABIC. “В некоторых случаях мы используем чисто композитные трубы, для других условий эксплуатации (например, влажный поток газообразного хлора) мы выбрали композитные трубы с термопластичными вкладышами, например, из ПВХ [поливинилхлорид] и ПТФЭ [политетрафторэтилен]”.

Компоненты из композиционных материалов изготавливаются путем намотки нити или ручной укладки в зависимости от конструкции, размера и сложности детали. Стандартная конструкция трубы включает: внутренний противокоррозионный барьерный слой толщиной 1,0-12,5 мм, обеспечивающий оптимальную химическую стойкость; конструкционный слой толщиной 5-25 мм, обеспечивающий механическую прочность; и наружное покрытие толщиной минимум 0,2 мм, обеспечивающее защиту от внешней среды. Внутренний вкладыш обеспечивает химическую стойкость и действует как диффузионный барьер. Этот наполненный смолой слой изготавливается из C-стеклохолста и E-стекломата и имеет стандартную номинальную толщину 1,0-12,5 мм и максимальное соотношение стекло/смола 30% (по весу). Противокоррозионный барбер иногда заменяют термопластичным вкладышем, чтобы обеспечить более высокую стойкость к конкретным материалам. Для вкладышей используют следующие материалы: ПВХ, полипропилен, полиэтилен, ПТФЭ, поливинилиденфторид (ПВДФ) и этиленхлортрифторэтилен.

В конструкционном слое используется E-стекло (ровинг, тканый ровинг и/или мат из рубленого стекловолокна). Толщина стенки зависит от диаметра трубы и уровня давления и обычно составляет 5-25 мм. В зависимости от производственного процесса (ручная укладка или намотка нити) в стенке используется соотношение стекло/смола от 50% до 70% (по весу).

Обладающий стойкостью к УФ-излучению наружный слой содержит легкую синтетическую вуаль, относительно большое количество смолы и имеет минимальную толщину 0,2 мм. По требованию заказчика наружный слой поставляется в любом цвете по шкале RAL.

Зачастую для конструкционного слоистого материала и для противокоррозионного барьерного слоя используется одна и та же смола, поскольку химические вещества могут диффундировать через барьерный слой. Однако в критически важных случаях, например, для труб, используемых для транспортировки хлора, для барьерного слоя требуется смола с более высокой коррозионной стойкостью.

Продление срока службы. На протяжении многих лет компания Versteden оптимизировала процессы разработки и изготовления таких соединительных элементов, как тройники, что позволило продлить расчетный срок службы трубопроводов завода по производству хлора. Источник: компания AOC

При выборе смолы для химической среды необходимо учитывать целый ряд факторов, включая концентрацию химических веществ и значение pH, рабочую и максимальную температуру, статическую и циклическую нагрузку, армирование и укладку, а также технологию изготовления.

Для завода SABIC компания Versteden выбрала винилэфируретановую смолу на основе бисфенола А Atlac 580, модифицированную эпоксидную винилэфируретановую смолу на основе бисфенола А Atlac E-Nova FW 2045 и ненасыщенную полиэфирную смолу на основе бисфенола А Atlac 382 от компании AOC. В компании AOC была создана обширная база данных по коррозионной стойкости с подробным описанием того, как смолы ведут себя в контакте с различными коррозионными средами. Смолы Atlac используются в коррозионных условиях уже более 40 лет. Этот опыт важен для производителей и конечных пользователей.

“Смолы Atlac на протяжении длительного времени используются в трубах и узлах на химических предприятиях”, – говорит Эрвин Саймонс, технический директор компании Versteden. “Их высокое качество обеспечивает нам возможность прогнозирования и бесперебойность производства”.

УВЕЛИЧЕНИЕ РАСЧЕТНОГО СРОКА СЛУЖБЫ ДО 20 ЛЕТ

Для компании SABIC важно, чтобы дефекты, возникающие в результате коррозии деталей, были сведены к минимуму. Агрессивные химические вещества могут сильно воздействовать на поверхность композитных деталей, что приводит к видимому выцветанию и косвенно влияет на механические характеристики и химическую стойкость, и, что более важно, уменьшается толщина противокоррозионного барьерного слоя.

“Мы постоянно проверяем трубы и трубные соединения, чтобы оценить их состояние и свести к минимуму потенциальный риск протечек”, – сообщает Петерс. “В основном мы используем методы визуального контроля, а иногда рентгеновские и ультразвуковые методы. Благодаря этому мы получаем представление о состоянии деталей и убеждаемся, что композиционные материалы очень надежны при использовании в контакте с коррозионноактивными химическими веществами при повышенных температурах».

Производство труб. Намотка нити на производственном предприятии компании Versteden в Берген-оп-Зом. Источник: компания AOC

Компания SABIC также проводит тщательную проверку композитных труб и аппаратов каждые 4 года в рамках плановой проверки всего участка. По результатам этой проверки определяют, могут ли компоненты из композиционных материалов оставаться в эксплуатации еще 4 года или их необходимо заменить. За 32 года работы завода компании SABIC, Versteden и AOC внесли множество конструктивных и производственных улучшений, благодаря которым увеличился временной интервал между заменами компонентов.

“В первые годы в компании SABIC с осторожностью относились к использованию композиционных материалов, поэтому замену труб и резервуаров на критически важных участках выполняли каждые 8 лет”, – рассказывает Саймонс. “С тех пор мы работали SABIC и вместе узнавали, как работают эти материалы в течение длительного времени. В результате мы смогли продлить срок службы композитных деталей и узлов путем оптимизации конструкции деталей, корректировки производственного процесса и улучшения качества в целом”.

Для получения наиболее точного прогноза долговечности компания Versteden определила отдельные стадии производственного процесса для труб и узлов. В процессе производства эти стадии строго соблюдаются, поэтому функциональные и механические свойства узлов полностью соответствуют первоначальному расчету.

Основываясь на отзывах SABIC и данных, полученных за все эти годы о характеристиках материалов, компания Versteden также оптимизировала трубные соединения, такие как тройники, обеспечив точное совмещение и перекрытие. Соединения должны правильно изготавливаться, чтобы обеспечить целостность противокоррозионного барьерного слоя и избежать дефектов, которые могут привести к утечке химических веществ.

“В ходе производства деталей в компании Versteden все элементы процесса контролируются и регистрируются, поэтому мы можем отслеживать любые отклонения”, – сообщает Эрвин.

“Наши сотрудники высококвалифицированны и сертифицированы как специалисты в области обработки композиционных материалов”.

Благодаря использованию улучшенных смол и усовершенствованной технологии производства, расчетный срок службы стандартной детали, эксплуатируемой в контакте с коррозионноактивными химическими веществами, сейчас составляет 20 лет, тогда как ранее он составлял 15 лет.

“Поддержание порядка на моем заводе и ответственное обращение с химическими веществами – это мои высшие приоритеты”, – добавляет Каммейер из компании SABIC. “Приятно знать, что за все эти годы композиционные материалы доказали свою пригодность даже в таких жестких эксплуатационных условиях и что мы можем положиться на компетентных партнеров, таких как Versteden и AOC, чтобы заставить эти материалы работать на нас”.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ. ПРОИЗВОДСТВО ХЛОРА

Сердцем завода SABIC в Берген-оп-Зом является гальванический цех, в котором электролизеры превращают раствор хлорида натрия в хлор; в качестве побочных продуктов образуются гидроксид натрия, соляная кислота и газообразный водород. Эти химические вещества используются на других участках завода, где производятся различные термопластичные смолы, в том числе поликарбонатные смолы LEXAN.

После процесса электролиза выполняется сжатие хлора и водорода. Сжатый хлор сжижается и транспортируется в другую производственную установку. Сжатый водород транспортируется по трубопроводам в котел для превращения в пар.

В процессе сушки хлора используется концентрированная серная кислота. Соляная кислота и гидроксид натрия перекачиваются в резервуары для хранения и последующей обработки.

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Переработка композиционных материалов — больше никаких отговорок
Переработка композиционных материалов — больше никаких отговорок
Производители композиционных материалов должны рассмотреть привлечение перерабатывающих компаний в цикл производства.
Дейл Бросиус
14.05.2019
986
Камера сгорания ракетного двигателя из нескольких композиционных материалов
Камера сгорания ракетного двигателя из нескольких композиционных материалов
Компания Black Engine использует новую микропористую огневую стенку камеры из композиционных материалов с керамической матрицей…
Джинджер Гардинер
05.10.2022
116
Восстановление мостов вдвое быстрее и дешевле их замены
Восстановление мостов вдвое быстрее и дешевле их замены
Вместо того, чтобы сносить и заново отстраивать мосты, компания SUREbridge удваивает прочность и долговечность существующих…
Джинджер Гардинер
22.08.2022
119
Пресс для производства баллистических бронепластин
Пресс для производства баллистических бронепластин
В компании Wickert отмечают возрастающий интерес к прессам, используемым для производства композитной брони для гражданской…
31.08.2022
155
Любопытная связь между акулой и автомобилем Формулы-1
Любопытная связь между акулой и автомобилем Формулы-1
Поработав в мире Формулы-1, художник Аластар Гибсон начал создавать скульптуры морских обитателей из углеродного волокна…
25.10.2022
86
Инвестиции в квалификационную программу для препрега Toray
Инвестиции в квалификационную программу для препрега Toray
Крупнейший в мире поставщик аэрокосмической промышленности воспользовался возможностью разработать собственные спецификации для препрега из углеродного…
Джефф Слоан
29.06.2021
261
Первая грузовая платформа из термопластичного композиционного материала
Первая грузовая платформа из термопластичного композиционного материала
Рубленое углеродное волокно, полиамид и инновации меняют представление о грузовых платформах современных пикапов. CarbonPro, первая…
Пегги Малнати
31.08.2021
160
Модернизация беговых кроссовок
Модернизация беговых кроссовок
Термопластичные композиционные материалы, армированные непрерывным волокном, в компонентах высококачественной спортивной обуви.
Скотт Фрэнсис
26.01.2021
341
Умное автокресло с использованием композитов
Умное автокресло с использованием композитов
Амортизирующее автокресло обеспечивает комплексный подход к безопасности благодаря материалам из углеродного волокна и D3O, а…
26.01.2023
14