Рис. 2. Зависимость адгезионной прочности МП соединений от продолжительности отверждения (на примере «ЛЕО- Сталь-керамики»)

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.

Рис. 1. Модель оценки долговечности МП соединения на примере «ЛЕО-Сталь-керамики»
Рис. 1. Модель оценки долговечности МП соединения на примере «ЛЕО-Сталь-керамики»

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.

Рис. 2. Зависимость адгезионной прочности МП соединений от продолжительности отверждения (на примере «ЛЕО- Сталь-керамики»)
Рис. 2. Зависимость адгезионной прочности МП соединений от продолжительности отверждения (на примере «ЛЕО- Сталь-керамики»)

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.