авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |

Управление ресурсом безопасной эксплуатации стальных резервуаров для хранения нефтепродуктов

-- [ Страница 5 ] --

Известно, что модель скользящей средней — это модель, где моделируемая величина задается линейной функцией от прошлых ошибок, т.е. разностей между прошлыми и фактическими наблюдениями:

(19)

где — случайная ошибка; m — количество лагов запаздывания.

В результате визуального анализа автокоррелограмм и частичных автокоррелограмм, а также оценки коэффициентов АР и СС моделей сделан вывод, что СС составляющая для всех моделей несущественна, АР составляющая имеет максимально второй порядок для некоторых из моде лей, остатки для части моделей вообще являются белым шумом. С учетом этого произвели уточнение моделей (все расчеты проводили в модуле «анализ временных рядов» программы Statistica 5.0) и оценку значений входящих в уравнение 1 коэффициентов.

Выполнены анализ полученных моделей и оценка защитной способности лакокрасочных покрытий. К настоящему времени такие определяемые экспериментом или из практики характеристики, как «срок службы» и «долговечность», свидетельствуют о сроках работы покрытий до их замены на новые (вследствие старения), но не отражают такого понятия, как «защитная способность», как это, например, имеет место при ингибиторной защите металлоконструкций, которую выражают в % (или в долях от 1).

Для удобства расчетов нами введен новый критерий — коэффициент защиты лакокрасочного покрытия. Эта величина, которую обозначим Кзащ, будет со временем уменьшаться в связи со старением ЛКМ. Это физически объяснимо,
но к настоящему времени способа математической оценки влияния степени старения покрытия на его защитные свойства не установлено.

Предложена и апробирована методика определения критерия Кзащ на примере распространенных в промышленности систем ЛКП 1–6 (таблица 8) для нанесения на внутренние поверхности стальных резервуаров.

Алгоритм решения принят следующим:

  1. Определение расчетных (максимальных) скоростей коррозии стенок резервуаров.
  2. Определение скорости коррозии окрашенной изнутри стенки резервуаров типа РВС;
  3. Определение коэффициента защиты систем ЛКП:

Приравнивая производную dY/dh к нулю, получим значения h, при которых скорость утонения стенки (функция Y) максимальна. Подставив эти значения
в упомянутые выражения 3–5, получим уравнения для максимальной скорости коррозии обечаек резервуаров РВС, РВСП, РВСПК:

(СК) ; (20)

(ПП) ; (21)

(ПК) . (22)

Характер полученных зависимостей проиллюстрирован на рисунке 4.

Защитная способность различных систем ЛКП к настоящему времени, по данным литературных источников, не имеет количественного выражения. Поэтому с целью идентификации подходов к оценке защитной способности введем новый критерий — коэффициент защиты ЛКП Кзащ, который может быть определен следующим образом:

Кзащ = 1 – ПЛКП / П0, (23)

где ПЛКП — скорость коррозии металла под покрытием; П0 — скорость коррозии металла при отсутствии покрытия.

Рисунок 4 — Расчетная скорость утонения обечаек резервуаров со стационарной крышей в зависимости от объема при tср = 10 оС:

1–5 — при оборачиваемости 20, 50, 100, 150, 200 1/год

В нашем случае коэффициент защиты ЛКП Кзащ может быть определен по уравнению

Кзащ = 1 – Плкп1 / П01, (24)

где Плкп1 — скорость коррозии металла под покрытием, определяемая по формуле (18) (в данном случае тип резервуара — РВС-5000, t = 10 С, по = 50 1/год); П01 — расчетная скорость коррозии металла при отсутствии покрытия, определяемая по формуле (20) для резервуара РВС-5000 при t = 9 С, по = 50 1/год.

Скорость коррозии внутренней поверхности стенок резервуаров других
типов можно определить по формуле, разрешенной относительно ПЛКП:

ПЛКП = (1 – Кзащ) П0, (25)

где П0 — расчетная скорость коррозии стенки резервуара с любым из рассмотренных типов крыш при отсутствии покрытия с учетом его размеров, коэффициента оборачиваемости, среднегодовой температуры стенки, определяемая по формулам (20)–(22).

На основании полученных зависимостей Кзащ = f() может быть рассчитана скорость коррозии металла с нанесенными покрытиями у резервуаров всех типов и любых условий эксплуатации.

На рисунке 5 показан характер изменения скорости утонения окрашенных обечаек резервуаров типа РВСП-5000 (по = 50, t = 10 С).

На основании полученных зависимостей Кзащ = f () может быть рассчитана скорость коррозии металла с нанесенными покрытиями у резервуаров всех типов
и любых условий эксплуатации.

Рисунок 5 — Характер кинетических зависимостей утонения обечаек стальных резервуаров с понтонами:

1–6 — номера систем ЛКП

При проектировании резервуаров стоят такие вопросы, как величина припуска на коррозию при наличии того или иного защитного покрытия внутренней поверхности. Использование эффективных защитных покрытий дает возможность повышения ресурса резервуара и тем самым снижения металлоемкости и стоимости резервуаров.

Взаимосвязь между ресурсом безопасной эксплуатации, скоростью утонения стенки и припуском на коррозию стенки приведена выше (12).

В качестве примера на рисунке 6 показаны кривые зависимости н = f(зам), где н — нормативный (проектный) срок эксплуатации резервуара; зам — продолжительность работы покрытия между заменами.

Рисунок 6 — Взаимосвязь между нормативным сроком эксплуатации резервуара РВС-5000, величиной припуска на коррозию стенки и продолжительностью работы ЛКП (ЭП-00-10) между его заменами (по = 50, t = 10 С)

Полученные данные дали возможность установить взаимосвязь между величиной припуска на коррозию, типом лакокрасочного покрытия и периодичностью его замены с ресурсом безопасной эксплуатации резервуаров с различными характеристиками и условиями эксплуатации. Например, при проектировании резервуара РВС-5000 для хранения бензина согласована величина припуска на коррозию — 1 мм. Из числа систем ЛКП выбираем систему на основе ЭП-00-10, имеющую расчетную долговечность 10 лет. Воспользуемся графиком на рисун-
ке 6, из которого определяем з = 7,5 лет. Таким образом, заданный ресурс резервуара будет обеспечен при заменах покрытия не реже, чем через 7,5 лет его эксплуатации. Если замену покрытия проводить через 10 лет, то припуск на коррозию должен составить около 2,5 мм.

Графики, подобные приведенным на рисунке 6, могут быть составлены
с учетом указанных выше расчетных моделей для резервуаров любых типов и условий эксплуатации.

Применение установленных математических моделей и дальнейшее их совершенствование позволит внести существенный вклад в решение проблемы экономии металлофонда страны и безопасной эксплуатации предприятий нефтяной отрасли.

Четвертая глава посвящена управлению ресурсом безопасной эксплуатации резервуаров на основе повышения защитной способности ЛКП на внутренней поверхности резервуаров. Свойства покрытий зависят, как известно, от их структуры, химического состава и концентрации компонентов, их взаимного расположения в объеме лакокрасочного материала и характера взаимодействия между собой. В работе применены такие методы воздействия на структуру покрытия, как модифицирование связующего, варьирование видом, концентрацией и дисперсностью наполнителя, химическая активация поверхности наполнителя, модифицирование отвердителя. Выбор модификаторов определился с учетом классических положений в области физической химии полимеров, описанных В. А. Каргиным,
Г. Л. Слонимским и др., а также результатов исследований П. И. Ермилова,
Т. С. Красотиной, Т. И. Малининой, Е. Ф. Беленького, И. В. Рискина, И. А. Горловского, В. В. Кравцова, С. А. Тишина, В. Г. Шигорина, М. Ф. Сорокина,
Л. А. Оносова.

Повышение эффективности модифицирования ЛКМ оценивали по величине показателей:

— адгезионной прочности к стали;

— водо- и бензостойкости;

— расчетной долговечности при старении покрытий.

В качестве базовой лакокрасочной композиции была принята разработанная в УГНТУ краска КР-1, наполненная алюминиевой пудрой и предназначенная для окраски наружной поверхности стальных резервуаров. Эта краска представляет собой эпоксидную смолу ЭД-20, модифицированную полуфункциональным флексибилизатором — смолой оксилин-5 (хлорполиольная алифатическая трехфункциональная эпоксидная смола с эпоксидным числом 6–8 %), отверждаемую полиэтиленполиамином (ПЭПА) в сочетании с аминофенольным отвердителем Агидол-51 или АФ-2. Целью разработки такой композиции явилось придание жесткой лакокрасочной системе упругости и пластичности, повышение стойкости к действию резких изменений температуры и сопротивления ударным воздействиям, бензомаслостойкости, возможности нанесения покрытия при пониженной (до минус 5) температуре и по влажной поверхности (благодаря аминофенольным отвердителям).

Отвердители Агидол представляют собой смеси фенольных оснований Манниха: 2-N,N'-диметиламинометилфенола (о-Агидол-51), 4-N,N'-диметиламино-метилфенола (п-Агидол-51), 2,6-ди-N,N'-диметиламинометилфенола (о-Агидол-52), 2,4-ди-N,N'-диметиламинометилфенола (п-Агидол-52). Добавки аминофенольных отвердителей повышают устойчивость эпоксидных ЛКП к кислым
средам.

Применение этой краски для внутренней поверхности резервуаров недостаточно эффективно, так как алюминиевый наполнитель, являясь в электрохимической паре «алюминий–сталь» протектором, постепенно растворяясь в водном электролите, нарушает исходную структуру покрытия. Нами исследовались эпоксидные композиции, наполненные молотым кварцем.

Выбор кварца обусловлен не только его химической стойкостью, но и благоприятным влиянием на снижение внутренних напряжений в покрытиях, а также высокой адсорбционной активностью по отношению к полимерам и органическим веществам, в частности, к органическим модификаторам.

Образцы для испытаний готовили следующим образом:

Лакокрасочную композицию наносили на стальные (Ст3) опескоструенные и обезжиренные ацетоном образцы (ГОСТ 9.402–80) в два слоя с сушкой каждого слоя при комнатной температуре в течение 24 ч. Образцы лакокрасочных пленок толщиной 120 мкм получали в соответствии с ГОСТ 14243–78.

Для сопоставления свойств покрытий на подложках, а также лакокрасочных пленок, снятых со стеклянной подложки, у всех образцов определяли следующие показатели:

  • Предел прочности при растяжении и относительное удлинение при разрыве лакокрасочных пленок (ГОСТ 18299–72);
  • Адгезионную прочность к стали (ГОСТ 15140–78);
  • Водопоглощение лакокрасочными пленками (ГОСТ 21513–76);
  • Набухаемость в бензине (ГОСТ 21064–75);
  • Степень поврежденности покрытий, учитывающая появление отдельных видов дефектов (комплексный показатель) (ГОСТ 9.407–84).

Долговечность покрытий рассчитывали по зависимости, предложенной М.Н. Бокшицким для полимеров в условиях старения под действием жидких сред:

, (26)

где — долговечность, с; кр — критическое значение комплексного показателя, кр приняли равным 0,75; С — частотный параметр, зависящий от природы среды, определяемый обработкой экспериментальных данных, 1/с; определяется из выражения

i = , (27)

Е0 — энергия активации процесса старения, Дж/моль;

Е0 = кR, (28)

где к — эмпирическая константа, характеризующая тангенс угла наклона прямых в координатах lg А – ; R — газовая постоянная, равна 8,3143 Дж/(мольград); Т — температура, К.

Характер зависимости кр = f(кр, Т) показан на рисунке 7. Наибольшее влияние на скорость утонения стенки оказывает среднегодовая температура стенки, особенно в области низких значений кр, т. е. при высокой допускаемой степени разрушения покрытия.

Экспериментально установлено, что:

  • Диспергирование кварцевого наполнителя до размера частиц 10 мкм при содержании его в количестве 16–25 мкм, благодаря изменению баланса сил взаимодействия между наполнителем и дисперсионной средой, приводит к существенному повышению адгезионной прочности к стали.

Рисунок 7 — Характер зависимости кр = f(кр, т) для системы ЛКП на основе эпоксидной шпатлевки ЭП-00-10 при экспозиции в воде

  • Модифицирование поверхности частиц кварцевого наполнителя полиалкилгидросилоксанами приводит к четко выраженной гидрофобизации поверхности, установленной полученными значениями краевых углов смачивания кварцевой пластинки методом проектирования капли на экран. Повышение устойчивости покрытия к действию воды подтверждено анализом микрофотографий платино-углеродных реплик, снятых с поверхности модифицированного и немодифицированного покрытий после экспозиции в воде.
  • Химическая активация поверхности частиц кварцевого наполнителя диэтиленгликолем дает повышение удельной поверхности до 3 · 105 м2/кг в сравнении с удельной поверхностью немодифицированных частиц кварца, составляющей 1,75 · 105 м2/кг. Это приводит к усилению взаимодействия кварца со связующим и обеспечивает повышение адгезионной прочности до 10,3 МПа.
  • Применение для модифицирования отвердителя (полиэтиленполиамина) алифитического соединения с стройной связью в конце цепи — фенилацетилена — дает повышение адгезионной прочности к стали в 2,23 раза (при 293 К), а предельного соединения — толуола — повышает адгезионную прочность покрытия к стали в 9,06 раз при воздействии горячей (353 К) воды.

В результате длительных лабораторных испытаний изучены свойства новых лакокрасочных композиций и защитная способность покрытий на их основе (таблица 10).

Основные показатели покрытий, определенные расчетно-эксперимен-тальными методами, приведены в таблице 11.

Сравнивая значения расчетной долговечности модифицированных покрытий с наиболее распространенным и широко апробированным покрытием на основе эпоксидной шпатлевки ЭП-00-10, можно константировать повышение адгезионной прочности к стальной поверхности в 1,09–1,68 раз, защитной способности
новых бензостойких систем покрытий к действию воды в 1,23 (КР-2)–1,69 (КР-3) раз.

Пятая глава посвящена управлению ресурсом стальных вертикальных резервуаров типов РВСП и РВСПК на основе снижения коррозионно-эрозионного износа эластомерного уплотнения плавающих крыш и понтонов за счет совершенствования рецептуры вулканизатов и повышения коррозионно-эрозионной стойкости ЛКП на внутренней поверхности резервуаров.

Для увеличения ресурса уплотнительных узлов в главе поставлена цель повышения работоспособности уплотнителей модифицированием резиновых смесей путем введения соответствующих ингредиентов.

Резиновая смесь, как известно, включает до 15–20 ингредиентов. Это каучук, вулканизирующие вещества, ускорители и активаторы вулканизации, замедлители подвулканизации, активные и неактивные наполнители, объемные и поверхностные модификаторы, пластификаторы, противостарители и другие.

Основной проблемой обеспечения длительной и безопасной работы РВС П и РВС ПК является создание резинотехнических изделий с повышенной коррозионно-эрозионной стойкостью и минимальным износом в паре трения с лакокрасочным покрытием внутренней поверхности резервуара.

Таблица 10 — Компонентный состав лакокрасочных композиций

Компонент КР-1 КР-2 КР-2Д КР-2M1 КР-2М2 КР-3
ЭД-20 (ГОСТ 10587–84) 78–82 78–82 78–82 78–82 78–82 78–82
Оксилин-5 (ТУ 6-02-1376–87) 18–22 18–22 18–22 18–22 18–22 18–22
АФ-2 (ТУ 6-05-1663–79) 5–7 5–7 5–7 5–7 5–7 5–7
Аэросил марки А-175 (ГОСТ 14922–77) 3–3,5 3–3,5 3–3,5 3–3,5
ПЭПА (ТУ 202.2-906–86) 6–9 6–9 6–9 6–9 6–9
Толуол (ГОСТ 5789–78) 12–18 12–18 12–18 12–18 12–18 12–18
Кварц молотый пылевидный (ГОСТ 9077–82) (40 мкм) 15–25
Кварц молотый пылевидный, дополнительно диспергированный (10 мкм) 15–25
Пудра алюминиевая (ГОСТ 5494–79) 15–25
Кварц молотый пылевидный, дополнительно диспергированный (10 мкм) и модифицированный гидрофобизирующей жидкостью 136-41 по ГОСТ 10834–76 15–25
Кварц молотый пылевидный, дополнительно диспергированный (10 мкм) и модифицированный диэтиленгликолем (ГОСТ 5.2266–75) 15–25
ПЭПА, модифицированный фенилацетиленом 6–9


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |
 








 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.