Использование силикатсодержащего сырья диатомитовых месторождений Свердловской области для технического эмалирования внутренних поверхностей трубопроводов для транспортировки энергоносителей, жидкостей и газов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИЛИКАТСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ ДИАТОМИТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ЭМАЛИРОВАНИЯ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРУБОПРОВОДОВ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ, ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

Лазуткина О.Р., канд. техн. наук, доцент

Уральский государственный технический университет - УПИ

Казак А.К., инженер

Уральский институт металлов

Темерева А.А., Недополз С.О., студенты

Уральский государственный технический университет - УПИ

Развитие многих производств в химии, металлургии, энергетике, нефтяной, газовой отрасли, ЖКХ и других связано с использованием трубопроводного транспорта. Использование стальных труб обусловлено их высокой прочностью и хорошей сопротивляемостью динамическим нагрузкам и прогибающим усилиям. Существенным недостатком стальных труб является их подверженность коррозии, которая ведет к огромной бесполезной трате металла, сокращению срока службы трубопроводов, увеличивает шероховатость и зарастание внутренней поверхности, существенно снижая пропускную способность труб, что сопряжено с дополнительными затратами энергии на передачу транспортируемой среды. Довольно широкое применение получили полимерные трубы, прежде всего из термопластичных материалов (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид). Однако термопласты значительно уступают стали в прочности и жесткости, непригодны к работе при высокой температуре, и не применимы при прокладке на опорах [1].

При эксплуатации систем из полимерных трубопроводов возникли проблемы, которых не было у стальных труб. Из-за макромолекулярного строения искусственные материалы являются диффузионно проницаемыми [2], т. е. газы (в особенности кислород), через стенки трубы могут в бесконечном порядке проникать внутрь и насыщать протекающую в трубе воду. Трубы из ПВХ и ПЭВП выходят из строя под воздействием растягивающего напряжения в течение периода времени, обратно пропорционального интенсивности напряжения. Уязвимость полиэтиленовых трубопроводов также в склонности к ломкоподобному растрескиванию, что в сочетании с интенсификацией напряжений от внешних воздействий (осадка грунта, чрезмерный изгиб трубы, перепады давления, гидравлические удары, повышение температуры эксплуатации и т.п.) приводит к аварийным разрушениям. По мере старения и разрушения структуры полимера, продукты распада взаимодействуют с транспортируемой жидкостью и частично уносятся ею к потребителю, а частично откладываются на стенках трубы, приводя к ее «зарастанию».

Из существующих видов покрытий металлических изделий с целью защиты от коррозии наиболее надежными и универсальными являются силикатно-эмалевые покрытия, сочетающие прочностные свойства металла с высокой химической устойчивостью силикатных эмалей.

Силикатно-эмалевое покрытие отличается высокой химической, термической, коррозионной и абразивной стойкостью, не допускает отложений на стенках труб, надежно работает при температурах от -50 до +350 °С, обеспечивая защиту трубопроводов от внутренней коррозии при транспортировке агрессивных продуктов (включая кислоту и щелочь при соответствующем составе эмали), а также уменьшает гидравлическое сопротивление трубопроводов, увеличивая их пропускную способность.

Защитные силикатно-эмалевые покрытия отнесены к усиленному типу и обеспечивают противокоррозионную защиту трубопроводов не менее 50 лет.

Трубы, покрытые силикатными эмалями, позволяют уменьшить потери давления и энергетические затраты в 1,55 раза ниже соответствующей величины для новых стальных труб, а с учетом «зарастания» стальных труб по мере эксплуатации -- это соотношение возрастает. Эмалированные трубы высоко гигиеничны, т.к. практически не взаимодействуют с транспортируемой жидкостью и не растворяются в ней. Пропускная способность эмалированного трубопровода возрастает в 1,29 раза, что эквивалентно снижению диаметра трубопровода на 10-12%. Применение труб с силикатно-эмалевыми покрытиями позволит снизить суммарную стоимость сети не менее чем на 58% (с учетом разных сроков эксплуатации этих труб) [1].

В настоящее время, когда конкурентоспособность продукции является определяющим фактором производства, снижение себестоимости и энергозатрат на производство продукции приобретает всё большее значение. Исходя из этого, применение природного сырья для технического эмалирования, где важно качество покрытия, а не его эстетический эффект, становится особенно актуальной задачей, поскольку минеральное сырье местных месторождений значительно дешевле.

К одной из перспективных разновидностей минерального сырья для варки технических эмалей относятся диатомитовые породы карьеров Ирбитского и Камышловского заводов Свердловской области. Усредненный состав исследованных пород по результатам химического анализа (табл.1) свидетельствует, что данные породы могут использоваться в качестве алюмосиликатного сырья при варке стеклоэмалей. Проведенный рентгенофазовый анализ показал высокую степень аморфизации основных составляющих диатомитовых пород.

Таблица 1

В данной работе ставилась цель исследовать возможности применения минерала диатомита вместо кварцевого песка при производстве грунтовых эмалей для эмалирования стальных труб. Для исследования были взяты три состава (табл.2), из которых в качестве образца сравнения была взята эмаль марки Ф-1, в составе №1 SiO₂ введен в шихту Ирбитским диатомитом, в составе №2 - Камышловским.

Таблица 2

Для этих составов эмалевых фритт были измерены физические и технологические характеристики, а также определены температурно-временные режимы обжига шликера из сваренных эмалей (табл.3).

Таблица 3

Температурный коэффициент линейного расширения эмалей (б) исследовали на кварцевом дилатометре. ТКЛР полученных фритт входят в интервал, предусмотренный ГОСТом 24405-80 для грунтовых эмалей. Как видно из табл.3, для эмалей, полученных с использованием диатомита он несколько выше, чем у эталонной эмали Ф-1, что можно объяснить несколько большим содержанием в них оксидов железа, калия и магния, которых нет в составе эталонной эмали. Из результатов изучения термического расширения фритт видно, что температура трансформации (t_t) и дилатометрическая температура размягчения (t_w) для составов с диатомитом почти на 70°С ниже, чем для эталонного. Это позволяет сделать вывод о значительном влиянии структуры силикатного сырья на легкоплавкость эмали.

Как показали авторы [3], частичная или полная замена кварцевого песка аморфными разновидностями кремнезема позволяет при варке стекла сократить продолжительность стадии силикато- и стеклообразования в 8-10 раз, а общую продолжительность варки снизить в 3-4 раза, что значительно интенсифицирует процесс стекловарения и снижает энергозатраты. Полученные нами результаты позволяют утверждать, что наличие в диатомите аморфной формы кремнезема не только интенсифицирует процесс плавки эмалевой фритты из-за высокой химической активности диатомита, обусловленной адсорбцией гидратных образований карбонатов щелочных и щелочноземельных металлов на развитой аморфизированной поверхности минеральных фаз диатомита, но и снижает температуру размягчения готовой эмалевой фритты.

Для изучения температурно-временного режима обжига полученных эмалевых фритт шликер состава: (%по массе) 100- фритты; 20 кварцевого песка; 5,0 часовярской глины; 0,1 буры; 0,1 поташа; 50,0 воды - размалывали в фарфоровых барабанах с уралитовыми шарами в течение 30-40 минут до тонкости помола по сосуду Лисенко 10-15 единиц. После старения в течение двух суток, эмалевый шликер наносили на стальные образцы методом окунания, излишки удаляли кистью, шликер 10-15 минут сушили при температуре 200-250°С. Обжиг проводили при температурах 750-800°С в течение 2-4 минут. Шликер всех исследованных составов дал ровное, гладкое эмалевое покрытие с достаточной прочностью сцепления за 4 минуты при 750°С и за 2 минуты при 800 °С.

Проведенные исследования позволяют утверждать, что использование ирбитского и камышловского диатомита в качестве силикатного сырья при варке эмалевых фритт для технического эмалирования является перспективным направлением в технологии эмалирования. Свойства фритт, полученных на основе диатомитового сырья, сходны со свойствами эталонной легкоплавкой фритты Ф-1, имеют несколько более низкие температуры варки и размягчения, а их технологические характеристики находятся в пределах, регламентированных ГОСТом 24405-80 для грунтовых эмалей на стали.

металлический коррозия эмаль труба

Список литературы

1. Казак К.В., Казак А.К., Диденко В.В. Силикатно-эмалевые покрытия труб// Энергетика региона. - 2004. - Т.67. - №2. - С.31-33.

2. Казак К.В. Преимущества силикатно-эмалевого покрытия // Жилищно-коммунальный комплекс Урала. - 2004. - №2. - С.21.

3. Синевич И.С. Использование синтетического аморфного кремнезема для варки силикатных стекол // Стекло и керамика. - 1981. - №10. - С.27-28.

Размещено на Allbest.ru