Aplikace kompozitních materiálů a svařování za studena při opravách – ANTS ZEVS. Odborné znalosti v oblasti průmyslové bezpečnosti
Nejpoužívanějšími metodami v různých oblastech techniky jsou bezpožární metody oprav založené na použití kompozitních materiálů. Oprava nádrží pomocí kompozitních materiálů je nejdůležitější v oblastech, kde nelze použít svařování.
Opravy nádrží se tradičně provádějí pomocí ručního obloukového svařování. Existují však takové jednotky, kde je použití tradičních technologií pomocí ručního obloukového svařování komplikováno mnoha faktory: zapálením ropných par, čištěním atd. Takovými uzly jsou závaží (obr. 1).
Závaží nádrže je válcová nebo hranolová svařovaná konstrukce umístěná na dně nádrže a sloužící k zátěži nádrže. Dutina nákladu je vyplněna betonem. Podobný konstrukční prvek se používá v nádržích instalovaných v pobřežní zóně a také v severních oblastech. V severních oblastech mohou změny teploty vést k deformacím základního kovu dna, což zase může vést ke ztrátě stability samotné nádrže.
Při provozu nádrže je balast vystaven značnému hydrostatickému (tlak sloupce kapaliny) a dynamickému (vliv pohybu dna) a také dochází ke korozivnímu a erozivnímu opotřebení. Při výrobě dochází k porušení technologie montáže a svařování. V důsledku těchto a mnoha dalších faktorů se na nákladu tvoří povrchové a průchozí vady, z nichž mnohé jsou nepřijatelné.
Opravy pomocí svařování jsou komplikovány tím, že i při úplném odplynění nádrže zůstávají páry ropných produktů uvnitř balastu a mohou způsobit výbuch při požárních pracích. Při použití kompozitních materiálů na bázi kovových polymerů je při dodržení bezpečnostních opatření možné zabránit vznícení a výbuchu par ropy a ropných produktů.
2. Použité materiály. Technologie oprav pomocí kompozitních materiálů.
Pro opravy stěn a střech, ocelových závaží nádrží se doporučuje použít následující materiály:
REM-Stal (Porsil Ltd., Rusko); kovový polymer „Stal-ceramics“ (společnost „LEO“ Rusko); Meta1-Tesh SG (Thortex, UK); Belzona 1111 (Belzona, USA); Multimetal-Rapid (Lincon-Diamant, Německo).
Kompozitní materiály jsou na bázi epoxidu a obsahují od 65 % do 92 % jemně rozptýlené kovové složky.
Typické mechanické vlastnosti kompozitních materiálů (podle údajů Vědecko-výrobního komplexu „Technická keramika a kompozity“ Ústředního výzkumného ústavu materiálů, St. Petersburg) [1]
Parametry zkoušení materiálu
Technologie pro použití těchto materiálů v zařízeních ropného a plynárenského průmyslu byla dohodnuta s Rostekhnadzorem z Ruska.
Při opravách průchozích a neprostupných rovinných nebo lineárních defektů se provádějí následující operace:
– instrumentální posouzení velikosti defektu a tloušťky stěny opravovaného konstrukčního prvku v oblasti defektu;
– příprava vady k opravě;
– označení oblasti, která má být opravena;
– základní nátěr opravené oblasti kompozitním materiálem a vyplnění kořenové části defektu;
– vyplnění dutiny defektu kompozitním materiálem vrstva po vrstvě;
– základní nátěr kovového povlaku kompozitním materiálem;
– nanesení vrstvy kompozitního materiálu o tloušťce 4-5 mm na opravované místo a v případě potřeby (pro zpevnění opravné vrstvy) instalace kovového nánosu s tahem na opravované místo s vytlačením přebytečného materiálu zpod překrytí;
– vytvoření těsnění na opravovaném úseku;
– při okolních teplotách nižších než plus 5°C se přijímají další opatření k udržení požadované teploty a vlhkosti během procesu vytvrzování materiálu[1].
3. Interakce kompozitních materiálů s opraveným povrchem
Podstata interakce polymerů s částicemi drcených kovů spočívá v jejich obalení polymery, které tvoří složité polymerní řetězce zajišťující vysokou adhezi kompozitů.
Nanášením pastovitých kompozitů na kovy, plasty a keramické výrobky je díky jejich adhezivním vlastnostem možné utěsnit poškození, vytvořit opotřebený kov a odstranit korozi a erozní defekty. Po smíchání a nanesení pastovitých kompozic vytvrdnou v přirozených podmínkách za 2-3 minuty (materiály Rapid) nebo do 2-3 hodin (standardní modifikační materiály). Vysoce plněné kompozity po vytvrzení získávají základní vlastnosti kovů – barvu, strukturu, schopnost mechanického zpracování – broušení, frézování, vrtání, leštění, nanášení různých povlaků. Materiály zároveň získávají nové kvality, z nichž hlavní jsou antikorozní vlastnosti.
4. Výhody a nevýhody použití kompozitních materiálů při opravách předřadníku.
Tyto metody jsou zvláště cenné kvůli možnosti provádění oprav bez použití požární práce.
Účinnost kompozitů je způsobena: úplnou absencí zbytkového pnutí při vytvrzování; vysoká chemická odolnost vůči různým agresivním kapalným a plynným prostředím; zlepšení provozních vlastností; relativní levnost ve srovnání s tradičními metodami oprav a restaurátorských prací; jednoduchost a snadné použití.
Díky speciálně vybraným komponentům si tyto materiály zachovávají své vlastnosti po dlouhou dobu používání s výraznými změnami teploty, vlhkosti, cyklického zatížení a vibrací. Výzkum potvrdil, že i v náročných provozních podmínkách je životnost provedených oprav minimálně 10 let.
Během výzkumu byly zjištěny následující nedostatky:
Protože Konstrukce nádrže se zátěží je typická pro severní oblasti, kdy je okolní teplota nižší než plus 5°C, je nutné provést další opatření pro udržení požadované teploty a vlhkosti během procesu vytvrzování materiálu. Pro udržení požadované teploty se doporučuje používat bezplamenné nástroje – horkovzdušné pistole, průmyslové fény atd.
5. Závěr.
Použití kompozitních materiálů při opravách balastu nádrže řeší problém bezpečnosti opravy, poskytuje ekonomický efekt, zjednodušuje samotnou opravu a také činí konstrukci balastu a jeho spojů spolehlivější.
1. Pokyny VRD 39-1.10-013-2000 o použití kompozitních materiálů od společnosti Porsil Ltd. (St. Petersburg) pro opravy v zařízeních ropného a plynárenského průmyslu.