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.
