Автор: М.С. Юхим (ФГБУ НИИПХ Росрезерва).
Опубликовано в журнале Химическая техника №7/2015
Результаты исследований по оценке физико-химических свойств металлополимеров (МП) и определению приемлемых конструкций МП наформовок с целью их использования для ремонта технических средств нефтепродуктообеспечения (ТСН) приведены в работах [1–4].
Каждую эксплуатирующую ТСН организацию после ремонта технических средств с помощью МП интересуют сроки эксплуатации (долговечность) восстановленных деталей, отремонтированных сборочных единиц или изделий. Кроме того, специалистам-ремонтникам, использующим МП для ремонта ТСН, в том числе емкостей для хранения нефтепродуктов, важно знать, какая адгезионная прочность МП соединений достигается в процессе их отверждения в контакте со светлыми нефтепродуктами на протяжении небольшого промежутка времени (например, в течение одних суток).
Исследования по оценке долговечности различных изделий требуют значительных финансовых затрат и продолжительного времени. Для удешевления исследований и сокращения времени их проведения используют ускоренные методы испытаний изделий на долговечность.
В настоящее время существует два основных направления ускоренных методов испытаний, позволяющих оценивать прогнозируемую долговечность изделий [5, 6]:
- по результатам форсированного режима испытаний,
- по результатам испытаний в течение установленного интервала времени.
Методы второго направления прогнозирования долговечности, т.е. по результатам испытаний в течение установленного интервала времени, используют статистические данные, соответствующие малой продолжительности эксперимента. Эти методы имеют ограниченную достоверность прогнозирования, поэтому в данной работе были использованы методы первого направления (по результатам форсированного режима испытаний).
С целью определения сроков службы (долговечности) МП соединений проведены исследования и расчет продолжительности их эксплуатации по разработанной методике ускоренной оценки долговечности МП соединений [5], в основу которой положен метод форсированных испытаний.
В качестве критерия годности была выбрана начальная после отверждения величина адгезионной прочности МП соединений при повышенной температуре и контакте их со светлыми нефтепродуктами.
Подбор функций на основе данных эксперимента, приведенных в работах [2, 4], и прогноз долговечности МП соединений был выполнен с помощью пакета специальных математических программ в компьютерном варианте. Они упростили все расчеты, в том числе получение зависимостей адгезионной прочности σа МП соединений от продолжительности контакта τ со светлыми нефтепродуктами, определение сроков службы (долговечности) МП соединений (модель оценки долговечности).
Математическое описание указанного процесса: σа = a + blnτ + c/lnτ + d(lnτ)2 + e/(lnτ)2 + + f(lnτ)3 + g/(lnτ)3 + h(lnτ)4. (1)
Коэффициенты a, b,…,h для МП соединений «ЛЕО-Керамики» и «ЛЕО-Т», в полученной модели оценки долговечности приведены в табл. 1.
Таблица 1
Коэффициенты модели оценки долговечности МП соединений «ЛЕО-керамики» и «ЛЕО-Т»
МП соединение | Коэффициенты в формуле (1) | ||||||||
a |
b |
c |
d |
e |
f |
g |
h |
Коэффициент корреляции |
|
«ЛЕО-керамика» | 476,9 | –132,6 | –785,2 | 18,8 | 596,5 | –1,2 | –130,8 | 0,02 | 0,95 |
«ЛЕО-Т» | –2721,4 | 678,2 | 6441,7 | –99,0 | –8068,3 | 7,9 | 4104,3 | –0,3 | 0,95 |
Модель оценки долговечности МП соединения на примере «ЛЕО-Сталь-керамики» приведена на рис. 1.
С помощью полученной модели оценки долговечности МП соединений были определены результаты прогноза долговечности МП соединений, приведенные в табл. 2.
Таблица 2
Результаты прогноза долговечности МП соединений
МП соединение | Прогнозируемый срок службы, сут./лет | Адгезионная прочность в конце срока службы, МПа | Доверительный интервал |
«ЛЕО-Сталь-керамика» | 3650/10 | 3,53 | 1,5 |
4015/11 | 2,09 | ||
4380/12 | 0,62 | ||
«ЛЕО-Керамика» | 3650/10 | 2,07 | 2,0 |
4015/11 | 0,301 | ||
4380/12 | – | ||
«ЛЕО-Т» | 4015/11 | 3,40 | 4,0 |
4380/12 | 1,83 | ||
4745/13 | 0,31 | ||
Примечание. Минимальная адгезионная прочность sа.min ³ 0,8 МПа [5]. |
Анализ полученных результатов показал, что отремонтированные с помощью «ЛЕО-Керамики», «ЛЕО-Сталькерамики» и «ЛЕО-Т» емкости соответствуют условиям эксплуатации в течение 10; 11 и 12 лет при доверительном интервале соответственно 2,0; 1,5 и 4 года.
Продолжительность ремонта емкостей с использованием МП должна быть минимальной и состоит из двух составляющих. Продолжительность первой составляющей зависит непосредственно от продолжительности выполнения всех ремонтных работ (подготовка ремонтируемой поверхности, подготовка МП композиции к использованию и другие работы). Продолжительность второй составляющей не менее важна и зависит от продолжительности процесса отверждения τотв МП наформовок (соединений), т.е. от времени, в течение которого происходит достижение таких прочностных характеристик, которые обеспечивали бы применение отремонтированных емкостей в соответствии с их функциональным назначением.
В связи с этим был исследован процесс изменения адгезионной прочности МП соединений на этапе их отверждения в условиях воздействия на них светлых нефтепродуктов в течение одних суток.
Зависимость адгезии испытуемых образцов, склеенных с помощью МП «ЛЕО-Сталь-керамики», от продолжительности отверждения при контакте со светлыми нефтепродуктами приведена на рис. 2.
На основании полученных экспериментальных данных была подобрана функция, с помощью которой можно определить минимальную продолжительность отверждения τотв.min МП соединения, используемого при ремонте емкостей для светлых нефтепродуктов со сквозными дефектами и обеспечивающую при этом достаточную прочность σа.min элементов их конструкций. При этом σа.min ≥ σа.доп, (2) где σа.доп – допускаемая адгезионная прочность, обеспечивающая прочность МП соединений, равная 0,8 МПа.
Полученные результаты адгезионной прочности МП соединения на этапе его отверждения на примере «ЛЕО-Сталь-керамики» приведены в табл. 3.
Таблица 3
Результаты определения продолжительности отверждения МП соединения на примере «ЛЕО-Сталь-керамики»
МП соединение | Продолжительность отверждения, ч | Адгезионная прочность, МПа |
«ЛЕО-Сталь- керамика» | 3,0 | 2,2 |
2,0 | 1,33 | |
1,5 | 0,75 | |
Примечание. Минимальная адгезионная прочность sа.min ³ 0,8 МПа. |
Анализ полученных результатов показал, что минимальная продолжительность отверждения МП соединений, используемых при ремонте емкостей нефтепродуктообеспечения со сквозными дефектами согласно модели отверждения (см. рис. 2) составляет 2 ч, обеспечивая при этом достаточную прочность данных соединений.
Таким образом, разработаны модели прогноза долговечности МП соединений, которые позволяют определять срок службы отремонтированных емкостей при установленной системе их технического обслуживания и ремонта. Результаты прогноза долговечности МП соединений показали, что восстановленные емкости для светлых нефтепродуктов с помощью «ЛЕО-Керамики», «ЛЕО-Сталь-керамики» и «ЛЕО-Т» могут эксплуатироваться в течение соответственно 10; 11 и 12 лет при доверительном интервале 0,95 и ошибке прогноза соответственно 2,5; 1,5 и 4,0 года.
Получена зависимость адгезионной прочности МП соединений от продолжительности их контакта со светлыми нефтепродуктами в период их отверждения, позволяющая по заданной прочности определять пригодность отремонтированных емкостей к своему функциональному предназначению. Установлено, что минимальная продолжительность отверждения МП соединений, используемых при ремонте емкостей для светлых нефтепродуктов, составляет 2 ч.
Проведенные экспериментальные исследования МП подтверждают возможность их применения при ремонте емкостей для светлых нефтепродуктов и других технических средств нефтепродуктообеспечения.