Меню Рубрики

Установки для газотермического напыления покрытий

Газотермическое напыление

В настоящее время наиболее широко в промышленности применяются три основных процесса:

  • металлизация из проволоки;
  • порошковое газопламенное напыление;
  • плазменное напыление порошкообразных материалов.

Металлизация из проволок

Необходимые материалы, как правило, металлы и сплавы, в виде проволоки подаются в ацетиленокислородное пламя или в электрическую дугу. Нагретый до пластического состояния (обычно до плавления) материал вводится в струю газа или сжатого воздуха, и с большой скоростью подается на подготовленную поверхность детали, где образует покрытие.

Порошковое газопламенное напыление

Возможности применения металлизации из проволоки ограничиваются выпускаемыми в промышленности проволочными материалами. Многие материалы просто невозможно получить в виде проволоки. Самофлюсующиеся, термореагирующие сплавы, керамические материалы , а также различные смеси порошков подаются в высокотемпературную зону ацетиленокислородного пламени, затем на поверхность, где образуют покрытие. Этот способ напыления наиболее часто применяется в монтажных условиях , когда деталь либо невозможно, либо нерационально напылять в стационарных условиях.

Плазменное напыление

Способ плазменного напыления был разработан для получения наиболее качественных покрытий практически из любых материалов — от баббитов с температурой около 300°С до самых тугоплавких соединений — оксидов, нитридов, карбидов, имеющих температуру свыше 3300°С.

Что из себя представляют покрытия нанесенные газотермическим напылением?

В момент столкновения разогретых частиц с чистой шероховатой поверхностью (которая получается в результате дробеструйной обработки) они почти одновременно заполняют все неровности поверхности и остывают. Напыление продолжается, очередные частицы соединяются с предыдущими и таким образом образуется покрытие.

Рис. Поверхность после дробеструйной обработки.

Рис. Поверхность после напыления.

В результате свойства покрытий до некоторой степени структурно сравнимы с литыми материалами и покрытия слегка пористые.

Области применения газотермического напыления

Газотермическое напыление относится к группе классических ресурсо- и энергосберегающих технологий. Зачастую масса нанесенного покрытия составляет лишь доли процента от массы всей восстановленной детали. Поскольку слой наносится с минимальными припусками под последующую обработку — ниже затраты на механическую обработку. Температура детали в процессе напыления ,как правило, не превышает 60. 80°С, что совершенно исключает коробление и деформации присущие способам наплавки.

Наиболее рациональные области применения покрытий:

  • Восстановление и упрочнение сопрягаемых поверхностей, работающих в условиях абразивного износа.
  • Сопротивление эрозии и кавитации.
  • Устойчивость против высоких температур и газовой коррозии.
  • Покрытия для защиты от коррозии в активных средах.

Такой широкий диапазон возможных областей применения заставляет находить технические решения только с привлечением специалистов имеющих значительный опыт в этой сфере.

Основные особенности способов нанесения покрытий газотермическим напылением

Универсальность. Никаким другим способом нельзя нанести покрытия таких различных материалов, как металлы, сплавы, окислы, карбиды, нитриды, бориды, пластмассы и комбинации материалов с температурой плавления от 300°С до 3500°С на основу из сталей, чугунов, цветных металлов без ограничений. Толщина слоя от 0,1 мм до 15,0 мм. Оптимально 0,5..3,0 мм.

Легкость управления процессом получения и составом покрытий. Энергетические характеристики изменяются в зависимости от требований технологии в процессе получения покрытий. Составом покрытия и его служебными свойствами (твердость, коррозионная стойкость, износоустойчивость и др.) можно управлять путем смешивания различных материалов. Твердость покрытия — величина управляемая в диапазоне 180 HВ..64 HRC.

Отсутствие термических деформаций и каких-либо структурных изменений материала детали при напылении ввиду незначительного нагрева. Температура детали при нанесении покрытия не превышает 100°С, что позволяет с уверенностью гарантировать отсутствие каких-либо структурных превращений не только в массиве детали, но даже и в поверхностных слоях.

Нанесение покрытия на детали без ограничения их веса и габаритов. Размеры и масса восстанавливаемых деталей определяются возможностями вращателя и грузоподъемных механизмов. При плазменном напылении в наших условиях вес деталей от 0,1..4500 кг, длина 10..3500 мм. В монтажных условиях при использовании способа газопламенного порошкового напыления вес деталей и габариты не ограничены.

Экономное использование материалов и энергоресурсов. Зачастую при износе поверхностей 0,1..1,5 мм вес покрытия составляет лишь доли процента от веса восстановленной детали. Припуски под последующую обработку минимальны и составляют 10-15% от толщины покрытия. За счет этого время простоев и затраты по обработке сведены к минимуму. Поверхности могут быть восстановлены неоднократно. Стоимость выполнения работ составляет от 5 до 50 % от стоимости нового изделия, при этом, ресурс работы детали, как правило, не менее новой или существенно выше.

Возможность замены дорогостоящих конструкционных материалов более дешевыми за счет нанесения специальных покрытий. За счет нанесения износоустойчивых, коррозионностойких, эрозионностойких, антифрикционных, жаростойких и других покрытий с управляемой твердостью от 150 НВ до 65 HRC и выше.

Газотермическое напыление как альтернатива «гальваники»

Повышение надежности изделий, снижение себестоимости их изготовления и обслуживания, продление ресурса эксплуатации, а также современные технологий реновации путем восстановления работоспособности узлов до уровня новых — наиболее приоритетные направления повышения конкурентоспособности продукции машиностроительных предприятий. Применение технологий нанесения защитных покрытий, среди которых наиболее перспективным представляется газотермическое напыление, является одним из таких путей. С использованием газотермического напыления стало возможным значительно снизить или исключить влияние на износ деталей таких факторов, как эрозия, коррозия (в том числе высокотемпературная), кавитация Газотермическое напыление может быть использовано для нанесения покрытий обладающих специальными свойствами, например: для создания термобарьерного слоя, обеспечения электроизоляционных свойств, поглощения излучения продуктов радиоактивного распада, обеспечения определенных оптических свойств, реализации селективного смачивания, создания биологически активных поверхностных свойств для различных искусственных органов и многого другого.

В промышленно развитых странах освоение техники газотермического напыления происходит путем вытеснения «грязных» гальванических технологий. Ситуация в России, сложившаяся в 80-90 гг. позволяет не реанимировать устаревшие технологии, а адаптируясь к новым условиям, вместо гальванических методов использовать новейшие технологии газотермического напыления.

Технологические возможности газотермического напыления

  • газотермическое напыление можно использовать на объектах любых размеров: мосты, суда, трубопроводы, строительные конструкции, котлы, коленчатые валы, лопатки турбин;
  • толщина покрытия может составлять от 0,01 до 10 и более мм; они могут иметь заданную пористость (от 0 до 30 и более процентов);
  • наносить можно любые материалы, имеющие точку плавления или интервал размягчения;
  • в качестве подложки можно использовать дерево, стекло, пластмассы, керамику, композиционные материалы, металлы;
  • нанесение покрытий может производиться в широком диапазоне состава покрытия, температуры и давления — в низком вакууме в специальной камере с контролируемой инертной атмосферой, в воздухе при нормальных условиях, под водой;
  • технология нанесения не вызывает значительного нагрева напыляемой поверхности, следовательно, обеспечивается сохранение геометрических размеров деталей.

Область применения газотермического напыления

Газотермическое напыление применяют при ремонте оборудования или упрочнении рабочих поверхностей новых деталей. В зависимости от назначения покрытия и условий его работы меняются требования к точности соблюдения основных параметров — его состава, толщины, плотности, прочности сцепления с подложкой. Основные технологические процессы, которые сегодня используются в мировой практике — это высокоскоростное напыление; плазменное напыление на воздухе с использованием таких плазмообразующих газов, как аргон, азот, гелий, воздух; детонационное или газопламенное напыление, а также электродуговая металлизация. По косвенной оценке (число продаваемого оборудования для газотермического напыления покрытий), насыщенность европейской промышленности выше насыщенности российских предприятий примерно в 350-400 раз.

За рубежом 75% запорной арматуры (шаровые краны большого диаметра) производится с газотермическим напылением карбида вольфрама на связке кобальт-хром, а остальная часть — с гальваническим нанесением хрома или никеля. У нас же 100% шаровых кранов такого же типоразмера имеют гальванические покрытия. Такое состояние дел можно объяснить большим количеством отрицательных результатов, полученных при использовании газотермических технологий в прежние годы. Анализ опыта внедрения технологии газотермического напыления в производство в прежние годы показывает, что получение отрицательных результатов было обусловленно низким качеством или несовершенством технологического оборудования и средств контроля, либо неправильным выбором технологических схем. В настоящее время отечественные предприятия, борющиеся за свое место на рынке, все чаще начинают внедрять современные методы газотермического нанесения покрытий для повышения качества выпускаемой продукции.

Рис. Газотермическое нанесение антифрикционного покрытия на ходовой винт.

Рис. Газотермическое упрочнение гофровала.

Рис. Детали насосного оборудования упрочненные газотермическим напылением

Суть процесса

Суть процесса газотермического напыления заключается в расплавлении материала покрытия (проволока или порошок) с последующим нанесением (напылением) его на основу в газовом потоке. В микрозоне удара частиц расплава о покрываемую поверхность они деформируются и растекаются, последовательно слипаясь друг с другом и затвердевая, они формируют плоский слой. Связь напылямых частиц с основой происходит за счет тепловой и кинетической энергии, которая определяется температурой и скоростью этих частиц. Связь покрытия с основой- адгезионная, она осуществляется за счет межмолекулярных сил и механического сцепления его с неровностями развитой шероховатой поверхности.

Немного о самих покрытиях

Износостоийкие

Изнашивание металлов — процесс разрушения поверностных слоев трущихся тел — характеризуется разнообразием условий их нагружения. В зависимости от этих условий следует выбирать те материалы, которые имеют большее сопротивление изнашиванию. В качестве износостойких в условиях пленочной жидкой смазки применяют антифрикционные материалы (баббиты, бронзы). При сухом трении до 500оС — сочетание твердых материалов с мягкой связкой (карбид вольфрама — кобальт или никель). При повышенных температурах (до 900оС) — карбид хрома — нихром. При высоких температурах — материалы, дающие устойчивые оксиды: алюминид никеля, нихром, или покрытия, содержащие твердые смазки ( графит, дисульфид молибдена, нитрид бора). При возможности абразивного изнашивания применяют твердые наплавочные материалы — самофлюсующиеся покрытия, содержащие бориды, карбиды. При эрозионном пылевом изнашивании помимо самофлюсующихся покрытий хорошо себя зарекомендовали плотные пленки на основе карбидов вольфрама или хрома, полученные при напылении высокоскоростным способом. Газотермические покрытия пористостью 5-15% при жидкостном трении обладают более высокой износостойкостью, чем новая деталь. Так, у нового стального вала двигателя внутреннего сгорания после прекращения подачи обычной моторной смазки через 2,5…3 ч происходит разрушение масляной пленки, а затем заедание в баббитовом подшипнике, что приводит к резкому увеличению коэффициента трения и разрушению подшипника. Заедание вала с напыленным стальным покрытием происходит через 22,5 ч после прекращения подачи смазки при постепенном повышении коэффициента трения. Если в качестве смазочного материала использовали графитизированное масло, то заедания вала с напыленным покрытием не наблюдалось после 190 ч с момента прекращения подачи смазки.

Читайте также:  Установка ворда с диска

Жаростойкие

Жаростойкие покрытия образуют плотную оксидную пленку, которая защищает подложку от окисления. Оксиды алюминия, хрома, кремния имеют плотное строение и высокую прочность сцепления. Жаростойкими являются сплавы в системах Ni-Al, Ni-Cr, Ni-Cr-Al, Ni-Co-Cr-Al-X, MoSi2, . Теплозащитные покрытия (ТЗП) должны иметь низкое значение коэффициента теплопроводности l и высокую температуру плавления.Наиболее подходящим материалом для ТЗП является оксид циркония. ТЗП лопаток турбины ГТД должно иметь l менее 2,5 Вт/(м•К). ТЗП из ZrO2 имеет пористость 15±5%, при которой l

источник

Учебные материалы

Рассмотрим три разновидности ГТН: электродуговую металлизацию, а также газопламенное и плазменное напыления.

Электродуговая металлизация (ЭДМ)

Принципиальная схема электродуговой металлизации показана на рисунке 1.11. Через два канала в горелке непрерывно подают две проволоки (диаметром 1,5-3,2 мм), между концами которых возбуждается дуга, за счет тепла которой и происходит расплавление проволоки.

Расплавленный металл подхватывается струёй сжатого воздуха, истекающего из центрального сопла электрометаллизатора, распыляется и в виде жидких капель переносится на поверхность напыляемой детали.

Схема электродуговой металлизации

Производительность процесса электродуговой металлизации (ЭДМ) чрезвычайно высока, например, можно напылять стальное покрытие с производительностью до 36 кг/ч, цинковое покрытие – до 1,2 кг/мин. При использовании в качестве электродов проволок из двух различных металлов можно получить покрытие из их сплава.

Такого рода сплавы называют псевдосплавами. Эксплуатационные расходы при электрометаллизации небольшие. Процесс дугового напыления хорошо поддаётся автоматизации.

Краткие характеристики покрытия:

  • Пористость покрытия, 5-20 %;
  • Прочность сцепления покрытия с основой (адгезия), 3,0–5,0 кг/ мм² ;
  • Толщина напыленного слоя, 0,5 –15 мм.

Газопламенное напыление

Газопламенное напыление в зависимости от состояния напыляемого материала может быть трех типов: напыление проволокой, прутком или порошком (рисунок 1.12).

Схема газопламенного напыления

Напыляемый материал, имеющий форму прутка или проволоки, подают через центральное отверстие горелки и расплавляют пламенем горючей смеси. Расплавленные частицы металла подхватываются струёй сжатого воздуха и в мелкораспыленном виде направляются на поверхность изделия. Проволока подаётся с заданной скоростью роликами, приводимыми в движение встроенной в горелку воздушной турбиной, работающей на сжатом воздухе, используемом при напылении, или электродвигателем через редуктор.

Для напыления обычно используют проволоку диаметром не более 3 мм, однако при напылении легкоплавкими металлами (алюминий, цинк и т. п.) в интересах повышения производительности процесса допускается использование проволоки диаметром 5-7 мм. В качестве горючего газа в большинстве случаев используют ацетилен, можно также применять пропан и водород, а в качестве окислителя – кислород.

При газопламенном способе напыление осуществляется в основном теми материалами, температура плавления которых ниже температуры пламени. После напыления иногда проводят оплавление покрытия, которому, в частности, подвергают покрытия, напыленные самофлюсующимися сплавами на никелевой и кобальтовой основе с добавлением в них в качестве флюсующих добавок бора и кремния.

Оплавление обеспечивает получение плотного покрытия, практически без пористости. Технология газопламенного напыления довольно проста, а стоимость оборудования и затраты на эксплуатацию низкие, в связи с этим данный способ находит широкое применение в практике. Процесс газопламенного напыления хорошо поддаётся автоматизации.

Краткие характеристики покрытия:

  • Пористость покрытия, 5–12%;
  • Прочность сцепления покрытия с основой (адгезия), 2,5 –5,0 кг/ мм 2 ;
  • Толщина напыленного слоя, 0,5 –10 мм.

Плазменное напыление

Между катодом и медным водоохлаждаемым соплом, служащим анодом, возникает дуга, нагревающая поступающий в сопло горелки рабочий газ, который истекает из сопла в виде плазменной струи. В качестве рабочего газа используют аргон или азот, к которым иногда добавляют водород.

Порошковый наплавочный материал подается в сопло струёй транспортирующего инертного газа, нагревается плазмой и с ускорением переносится на поверхность основного материала для образования покрытия. Средняя температура плазмы на выходе из сопла плазмотрона находится в пределах от нескольких тысяч градусов до десятков тысяч градусов Кельвина.

КПД плазменной горелки составляет 50—70%. Высокая температура плазмы позволяет проводить напыление тугоплавких материалов. Возможность регулирования температуры и скорости плазменной струи путем выбора формы и диаметра сопла и режима напыления расширяет диапазон напыляемых материалов (металлы, керамика и органические материалы).

Покрытия, полученные методом плазменного напыления, обладают высокой плотностью и хорошим сцеплением с основой. Процесс плазменного напыления хорошо поддаётся автоматизации. Схема плазменного напыления показана на рисунке 1.13.

Схема плазменного напыления

Краткие характеристики покрытия:

  • Пористость покрытия,% 4 – 8;
  • Прочность сцепления покрытия с основой (адгезия), 5,0–8,0 кг/ мм² ;
  • при напылении металлов и сплавов, 0,05 – 5,0 мм;
  • при напылении керамики, 0,05 – 0,5 мм.

Сравнение методов

Таблица 1.1 – Сравнительная характеристика методов газотермического напыления

источник

ОПЫТ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ В ГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ

«ОПЫТ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ В ГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ» Антонов В.Г. (ООО «Газпром ВНИИГАЗ»), Балдаев Л.Х. (ООО «Технологические системы защитных покрытий»), Гераськин В.В. (ООО «Технологические системы защитных покрытий»), Куделин Ю.И. (ООО «Газпром ВНИИГАЗ»), Ребров И.Ю. (ОАО «Газпром»)

В настоящее время ООО «Технологические системы защитных покрытий»успешно применяет методы газотермического напыления для восстановления и защиты оборудования на различных предприятиях ОАО «Газпром»:

  • ООО «Газпром Добыча Астрахань» — защита от парокапельной эрозии абсорберов сероочистки, защита от коррозии реакторов и емкостей «Сульфрин», защита шиберов и седел при ремонте фонтанной арматуры, импортное насосно-компрессорное оборудование,
  • ООО «Газпром Трансгаз Москва» — лопатки ТВД, ТНД и ВНА ГТК-25ИР,
  • ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» — абсорбер очистки газа, колонна А-18 НПЗ , емкостное оборудование, крышки аппаратов АВО, изготовление в рамках программы по импортозамещению плунжеров с защитным покрытием для насосов «Сигма», «Эсслинген», «Урака», «Воргтинтон».

Применение данных технологий уже позволило существенно увеличить ресурс работы оборудования, сэкономить сотни миллионов рублей, однако ресурс внедрения уже освоенных технологий в системе «Газпром» далеко не исчерпан.

Защита от коррозии аппаратов переработки газа и нефтехимии.


Рисунок 1: Колонна С01 Астраханского ГПЗ ООО «Газпром Добыча Астрахань»

ООО «Газпром Добыча Астрахань», крупнейшее газоперерабатывающее предприятие ОАО «Газпром»,s добывает и перерабатывает природный газ. Доля сероводорода в добываемом газе составляет 26-28%. В процессе эксплуатации основного технологического оборудования, возникла проблема коррозионного и эрозионного износа и язвенной коррозии внутренней поверхности корпусов колонн абсорбера (Рис.1) очистки природного газа от сероводорода, с содержанием последнего до 28%. Глубина язв достигала 0,5-5мм, их диаметр — 4-32мм, а плотность 1-35 язв/дм². (Рис.2). Диаметр обечайки корпуса колонн («Крезо Луар») 4000мм, толщина стенки из стали А48FPSS – 105/72мм. Условия эксплуатации Рраб.=65/64,5 кгм/см², Траб.=92/49°С, среда: вода, сероводород, природный газ, амин.

Работы по восстановлению ранее производились методами наплавки с демонтажом колонны. При этом основные затраты ООО «Газпром Добыча Астрахань» несло из-за простоя производственной нитки на период демонтажа/монтажа и ремонтных работ. В ходе исследований были испробованы различные методы защиты поверхности, включая металлизацию, полимерные покрытия, экранирование, однако ни один из них не дал эффекта. Для выполнения работ по восстановлению внутренней поверхности колонны без ее демонтажа ООО «Газпром Добыча Астрахань» в 2001 г. обратилось к ООО «Технологические системы защитных покрытий». На основании проведённых исследований и испытаний было решено применить установку высокоскоростного газопламенного напыления Технологические системы защитных покрытий-HVOF для нанесения защитных покрытий нержавеющим сплавом на основе железа.

В рамках контракта ООО «Технологические системы защитных покрытий» с ООО «Газпром добыча Астрахань», совместно с ООО «Газпром ВНИИГАЗ» в 2003 г. была разработана технология и изготовлено уникальное роботизированное оборудование для нанесения защитного покрытия методом высокоскоростного газопламенного напыления внутренних поверхностей колонн без их демонтажа. В ходе работ было разработано и аттестовано покрытие колонн абсорберов.

Оборудование позволяет производить высокоскоростное газопламенное напыление путем использования энергии сверхзвуковой газовой струи, образующейся в результате сгорания газообразного пропана в воздухе. В процессе напыления частицы порошка нагреваются ниже температуры плавления, а скорость их достигает 800 – 900м/сек, при этом обеспечивается адгезия более 50 МПа, пористость менее 1%, а поверхность не нагревается более 150 °С.

Рисунок 2. Фрагменты поверхности абсорбера без покрытия

Рисунок 3: Нанесение металлических защитных покрытий внутри колонны С01 на Астраханском ГПЗ ООО «Газпром Добыча Астрахань»

Для повышения эффективности защитных свойств покрытия на него наносился полиуретан методом воздушного распыления на предварительно обработанную адгезивом поверхность.

Читайте также:  Установка web интерфейса zabbix

В результате проведённых работ процесс коррозии остановлен. Данная технология включена как обязательная в регламент ежегодных планово-предупредительных ремонтов. Доказанный плановый интегральный экономический эффект от внедрения защитных покрытий колонн и емкостей за период с 2001 по 2007 год составил более пяти миллиардов рублей. Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору одобрила проведение работ.

ООО «Газпром Добыча Астрахань» решило защищать оборудование методами напыления самостоятельно, для чего приобрело оборудование, лицензию на использование технологии, с помощью ООО «Технологические системы защитных покрытий» смонтировало и запустило участок напыления. ООО «Технологические системы защитных покрытий» продолжает выполнять сложные работы и разрабатывает новые технологии для ОАО «Газпром».

Все затраты на НИОКР, приобретение и запуск оборудования и технологий окупились менее чем за шесть месяцев за счет сокращения простоев, продления срока жизни и межремонтных периодов оборудования.

Защита от коррозии емкостей для производств с менее агрессивной средой производится путем напыления алюминия с последующим покрытием пропитывающим слоем, что позволяет с минимальными затратами эффективно и надолго защитить поверхность.


Рисунок 4: Нанесение металлических защитных покрытий на детали металлоконструкций методом электродуговой металлизации

Перспектива применения газотермических покрытий в газовой отрасли.

Перспективы развития применения технологий газотермического напыления на предприятиях ОАО «Газпром» для ремонтного восстановления и антикоррозионной защиты достаточно велики. Прежде всего следует выделить следующие приоритетные направления:.

  • Защита емкостного и колонного оборудования.
  • Антикоррозионная защита буровых и добывающих платформ.
  • Антикоррозионная защита выхлопных шахт ГПА и других металлоконструкций.
  • Ремонт деталей импортной фонтанной арматуры.
  • Ремонт лопаток ТВД, ТНД, ВНА ГПА.
  • Изготовление с упрочнением и восстановление деталей НКО по программе импортозамещения.

Антикоррозионная защита выхлопных шахт ГПА.

Эффективно применение металлических покрытий при защите наружной и внутренней поверхностей металлических выхлопных труб шахт ГПА и дымовых газовых труб. Напыленный слой 200-250 мкм алюминия, покрытый сверху специальной пропиткой, при нагреве трубы до + 200°С диффундирует образует интерметаллидный алюмосилицированный слой, который не подвержен коррозии и сохраняет свои защитные свойства при температуре до + 700 °С.

В период с 2007 по 2009г. был проведен ряд опытно-промышленных испытаний покрытий в различных условиях, с целью применения для антикоррозионной защиты выхлопных шахт ГПА. Одним из первых, кто испытал в рабочих условиях газотермические покрытия, наносимые силами и по технологии ООО «Технологические системы защитных покрытий», стал ООО «Газпром Трансгаз Москва».


Рисунок 5: Выхлопная шахта ГПА

Рисунок 7: Выхлопная шахта ГПА, вид снаружи

Рисунок 6: Выхлопная шахта ГПА, вид снаружи

На фотографиях, представленных выше, отчетливо видны продукты коррозии, образовавшиеся в рабочих условиях выхлопных шахт компрессорных станций магистральных газопроводов ООО «Газпром Трансгаз Москва».


Рисунок 5: два образца-свидетеля с защитным покрытием после коррозионных испытаний, установлены внутри выхлопной шахты турбины № 22 ГТН-16М-1

На территории Давыдовской ГКС (г. Моршанск, Тамбовская обл.) были установлены четыре образца-свидетеля, установленных внутри двух выхлопных шахт турбин № 21 и № 22 ГТН-16М-1 (по два образца-свидетеля в каждую шахту) и пять образцов-свидетелей, установленных на наружных поверхностях двух выхлопных шахт турбин №21 и №. 22 ГТН-16М-1 и одной выхлопной шахты ГТК-25ИР ст. № 13

По окончанию в испытаний был произведен комиссионный разбор, в результате которого было установлено, что на нанесенном силами и по технологии ООО «Технологические системы защитных покрытий» покрытии на пластинах в условиях атмосферной и термохимической коррозии, т.е. в рабочих условиях выхлопных шахт компрессорных станций магистральных газопроводов ООО «Газпром Трансгаз Москва» следов коррозии не обнаружено, что подтверждает их пригодность для защиты выхлопных шахт и металлических дымовых труб от коррозии.

ОАО «Таганрогский завод «Красный котельщик» в ноябре 2007 г. провел испытания термостойкости покрытия. Испытание подтвердило стойкость покрытия к кратковременному нагреву до температур, приближающихся к температуры плавления алюминия без его разрушения и отслоения. ООО «Газпром трансгаз Москва» на территории Давыдковской ГКС, Моршанского УМГ с ноября 2007 г. по июль 2008 г. (всего 8,5 месяцев) провело испытания образцов с покрытиями внутри и снаружи выхлопных шахт турбин. Признаков коррозии не обнаружено. Испытания показали пригодность покрытия для защиты выхлопных шахт от коррозии.

Защита от коррозии металлоконструкций.

Современные требования к обеспечению надежности и экономичности эксплуатации металлоконструкций приводят к необходимости учитывать при выборе методов защиты металлоконструкций от коррозии не только стоимость однократного покрытия, но и риски, возникающие из повышенной коррозионной опасности и ответственности объекта, полную стоимость владения объектом.

Для оценки перспектив использования газотермических покрытий в т.ч. покрытий из алюминия с целью обеспечения долговременной защиты объектов из конструкционных сталей от коррозии можно обратиться к мировой практике. Американское Сварочное Общество проводило изучение антикоррозийной защиты, напыляя алюминиевые покрытия на углеродистую сталь. Исследования показали — алюминиевое покрытие толщиной 0.08-0.15 мм, обеспечивают полную антикоррозийную защиту металла-основы в течение 20 лет в морской воде и в жёсткой морской и промышленной атмосфере. Именно по этой причине метод напыления металлов применяется уже более 50 лет для напыления мостов, дымовых труб и деталей, более 20 лет для напыления прибрежных конструкций. В Северном море первым сооружением, которое было покрыто металлическим напылением, стало специализированное оборудование морских платформ, такое как балки сигнального факела, мостиковые перекрытия между платформами и запасные ступеньки, которое невозможно было безопасно заменять. Сейчас практически все детали и корпуса буровых платформ защищаются с помощью применения такого метода.

В 1986 и 1987 годах министерство транспорта Нью-Джерси применило 47 различных систем нанесения защитного покрытия к разным одиночным пролётам моста Mathis. Через мост Mathis восточного направления проходит Трасса 37, пролегающая через бухту Barnegat от реки Toms до Seaside Heights, Нью-Джерси. (Пролёт западного направления представляет собой отдельное, более новое, параллельно стоящее сооружение, на которое в этот раз не наносили защитное покрытие.) Каждая экспериментальная система была опробована на поверхности пролётов, каждый из которых содержит 317,6 кв.м стали. Экспериментальные системы нанесения защитного покрытия включали металлизацию, различные цинкосодержащие системы, разные уровни подготовки поверхности, несколько методик нанесения покрытия (например, покрытие алкидной смолой поверхности, очищенной с помощью вручную).

18 производителей предоставили покрытия для нанесения на 47 из 66 пролётов. Экспериментальные системы включали в себя неорганические и органические цинковые покрытия, эпоксидные смолы, алюминиевый эпоксидный уретан, винил, уретаны, масляные алкиды, металлизацию цинком, металлизацию алюминием, преобразователи ржавчины и другое. Эти системы представляли наиболее целесообразные к применению варианты ремонтных защитных покрытий для моста.

Особенно хорошие результаты демонстрируют две указанные системы металлизации, даже спустя 20 лет с начала их применения. В ходе проверки, осуществленной на 20 год применения систем, первые следы коррозии были обнаружены на пролётах, подвергшихся металлизации цинком и металлизации сплавом 85% цинка и 15% алюминия. При использовании обеих систем ржавчина была обнаружена на стыке опоры и полки продольных балок и на изолированной нижней полке. Оказалось, что сталь не подверглась коррозии ни в одном из тех мест, где были возможны качественная подготовка поверхности и нанесение покрытия.

В то время как технологии покрытия изменялись в течение 20 лет с того момента, как были применены испытательные покрытия, данные, полученные в результате экспертиз, представляют собой превосходную базу для принятия сопряжённых с определённой долей риска решений, касающихся технического обслуживания и ремонта мостовых покрытий.

По результатам испытаний были сделан следующие общие выводы (таблица №1):

  • Лучшими системами безоговорочно признаны системы металлизации. При использовании этих систем следы коррозии начинали появляться лишь после 20 лет применения системы. Несомненно, эти системы были значительно более дорогими в нанесении. В настоящее время наблюдается меньшая разница в затратах между металлизацией и полимерными покрытиями, чем в 1987 г., однако металлизация по-прежнему занимает первое место по затратам на нанесение .
  • Среди систем с использованием полимерных покрытий, лучшие результаты показали системы, в которых грунтовочный слой содержал органический или неорганический цинк. Хуже всего проявили себя эпоксидные системы и системы с применением мастики алюминиевой.
  • Эффективность систем покрытия, считающихся традиционными (то есть, не цинксодержащие покрытия барьерного типа), улучшалась при нанесении нескольких слоёв.

Металлизационные покрытия также широко используются в резервуарах и трубопроводах различного назначения, на железнодорожных мостах и переходах, на осветительных опорах и ограждениях автомобильных дорог, в судостроении, на гидросооружениях и т.п. Причин тому достаточно много. Перечислим самые основные.

  1. Металлизационные покрытия, по сравнению с лакокрасочными, имеют многократно более высокую (до 10 раз) коррозионную долговечность.
  2. Металлизационные покрытия, в отличие от лакокрасочных, не содержат органических компонентов, оказывающих негативное влияние на качество реагентов, хранимых в защищаемых емкостях, в частности, нефти и нефтепродуктов.
  3. Металлизационные покрытия имеют высокую адгезионную прочность – до 10 кгс/мм² на срез, что приблизительно в 100 раз больше адгезионной прочности традиционных лакокрасочных покрытий.
  4. Металлизационные покрытия пластичны и сжимаемы. Они выдерживают изгиб при радиусе гиба до двух толщин в зависимости от толщины покрытия, т.е. пластинку с покрытием можно несколько раз перегнуть без видимых повреждений. Такие высокие деформационные свойства важны в том случае, когда элементы защищаемой конструкции при эксплуатации испытывают значительные деформации, например, стенки и днища нефтяных резервуаров в процессе залива-опорожнения или из-за суточного колебания температур.
  5. Металлизационные покрытия не требуют какой-либо промежуточной или окончательной сушки и полимеризации, и «готовы» к эксплуатации сразу после нанесения, что крайне важно при ограниченных сроках строительства или ремонта.
  6. Физика взаимодействия металлизационных покрытий со стальной поверхностью такова, что при серьезных нарушениях технологии напыления уже перепад температур в 4-50°С приводит к отслоению покрытия. Таким образом, в отличие от лакокрасочных покрытий, брак в нанесении металлизационных покрытиях проявляет себя уже на следующий день в виде легко различимых пузырей или вздутий, что существенно облегчает контроль выполнения работ.
Читайте также:  Установка принтера canon pixma mg 2940

Все вышеперечисленное позволяет эффективно применять металлизационные покрытия для защиты оборудования, используемого в условиях атмосферной, газовой, пресноводной и морской коррозии.

Для повышения защиты возможно комплексное использование металлического покрытия с последующей пропиткой полимерной композицией. Металлическое покрытие обеспечивает защиту от коррозии и износа, полимер закрывает поры и обеспечивает дополнительную защиту поверхности покрытия. Комплексное покрытие обеспечивает 20-25 лет службы без коррозии.

В то время как технологии покрытия изменялись в течение 20 лет с того момента, как были применены испытательные покрытия, данные, полученные в результате экспертиз, представляют собой превосходную базу для принятия сопряжённых с определённой долей риска решений, касающихся технического обслуживания и ремонта мостовых покрытий.

По результатам испытаний были сделан следующие общие выводы:

  • Лучшими системами безоговорочно признаны системы металлизации. При использовании этих систем следы коррозии начинали появляться лишь после 20 лет применения системы. Несомненно, эти системы были значительно более дорогими в нанесении. В настоящее время наблюдается меньшая разница в затратах между металлизацией и полимерными покрытиями, чем в 1987 г., однако металлизация по-прежнему занимает первое место по затратам на нанесение.
  • Среди систем с использованием полимерных покрытий, лучшие результаты показали системы, в которых грунтовочный слой содержал органический или неорганический цинк. Хуже всего проявили себя эпоксидные системы и системы с применением мастики алюминиевой.
  • Эффективность систем покрытия, считающихся традиционными (то есть, не цинксодержащие покрытия барьерного типа), улучшалась при нанесении нескольких слоёв.

Металлизационные покрытия также широко используются в резервуарах и трубопроводах различного назначения, на железнодорожных мостах и переходах, на осветительных опорах и ограждениях автомобильных дорог, в судостроении, на гидросооружениях и т.п. Причин тому достаточно много. Перечислим самые основные.

  • Металлизационные покрытия, по сравнению с лакокрасочными, имеют многократно более высокую (до 10 раз) коррозионную долговечность.
  • Металлизационные покрытия, в отличие от лакокрасочных, не содержат органических компонентов, оказывающих негативное влияние на качество реагентов, хранимых в защищаемых емкостях, в частности, нефти и нефтепродуктов.
  • Металлизационные покрытия имеют высокую адгезионную прочность – до 10 кгс/мм2 на срез, что приблизительно в 100 раз больше адгезионной прочности традиционных лакокрасочных покрытий.
  • Металлизационные покрытия пластичны и сжимаемы. Они выдерживают изгиб при радиусе гиба до двух толщин в зависимости от толщины покрытия, т.е. пластинку с покрытием можно несколько раз перегнуть без видимых повреждений. Такие высокие деформационные свойства важны в том случае, когда элементы защищаемой конструкции при эксплуатации испытывают значительные деформации, например, стенки и днища нефтяных резервуаров в процессе залива-опорожнения или из-за суточного колебания температур.
  • Металлизационные покрытия не требуют какой-либо промежуточной или окончательной сушки и полимеризации, и «готовы» к эксплуатации сразу после нанесения, что крайне важно при ограниченных сроках строительства или ремонта.
  • Физика взаимодействия металлизационных покрытий со стальной поверхностью такова, что при серьезных нарушениях технологии напыления уже перепад температур в 4-50°С приводит к отслоению покрытия. Таким образом, в отличие от лакокрасочных покрытий, брак в нанесении металлизационных покрытиях проявляет себя уже на следующий день в виде легко различимых пузырей или вздутий, что существенно облегчает контроль выполнения работ.

Все вышеперечисленное позволяет эффективно применять металлизационные покрытия для защиты оборудования, используемого в условиях атмосферной, газовой, пресноводной и морской коррозии.

Для повышения защиты возможно комплексное использование металлического покрытия с последующей пропиткой полимерной композицией. Металлическое покрытие обеспечивает защиту от коррозии и износа, полимер закрывает поры и обеспечивает дополнительную защиту поверхности покрытия. Комплексное покрытие обеспечивает 20-25 лет службы без коррозии.

При повреждении покрытия (что достаточно сложно сделать) оно начинает выступать в качестве протекторной защиты, обеспечивая долговременность эксплуатации.

Защита от коррозионно-эрозионного износа деталей насосно-компрессорного оборудования и запорной арматуры.

Необходимо отметить высокую экономическую эффективность применяемых для ремонта насосно-компрессорной техники технологий газотермического напыления и наплавки, так как они позволяют быстро и экономно отремонтировать дорогостоящее оборудование, включая импортное, существенно повысить сроки службы оборудования, продлить межремонтные циклы, сократить простои, а значит – предотвратить аварии, существенно сократить ремонтные затраты.

В ходе напыления деталь нагревается не более чем до 150°С, покрытия характеризуются минимальной пористостью, высокой адгезией и когезией. Для большинства сред подобраны и прошли натурные испытания специальные покрытия.

Кроме восстановления, в рамках программы по импортозамещению, ООО «Технологические системы защитных покрытий» широко применяют производство новых изделий с покрытиями взамен изношенных. Это позволяет снизить зависимость от иностранных поставщиков и не простаивать в ожидании детали при ремонте, всегда имея в запасе новую деталь с гарантией, соответствующей гарантии производителя.

Восстановление посадочных мест валов методом газопламенного напыления позволяет экономить значительные средства предприятий на закупке и переточке новых деталей. Метод позволяет наносить покрытия, не снимая деталь с токарного станка, что особенно важно для крупногабаритных деталей.

Нанесение износостойкого антикоррозионного покрытия методом высокоскоростного газопламенного напыления взамен гальванического хромирования позволяет вернуть к жизни штоки и плунжера различного гидравлического и пневматического оборудования. В отличие от гальваники, возможно восстановление рабочей поверхности с износом до 1 мм на сторону.

Применение высокоскоростного газопламенного метода позволяет с высокой экономической эффективностью упрочнять новые шаровые, клиновые и шиберные задвижки.

Ассортимент деталей насосно-компрессорного оборудования, восстановление которых допускается методами напыления и наплавки, составляет десятки тысяч наименований. При этом большая часть восстановленных деталей не только восстанавливает ресурс, но и увеличивает его за счет применения более износо- и коррозионностойких материалов для покрытий.

Газотермические методы напыления

Высокоскоростное газопламенное напыление (HVOF)

В основе метода лежит нагрев порошковых частиц с одновременным ускорением их при нанесении до сверхзвуковых скоростей. Частицы порошка посредством газовой струи переносятся на деталь, обладая высокой кинетической энергией, которая при ударе о подложку превращается в тепловую. В качестве напыляемых материалов используются различные металлические и металлокерамические порошки.

Материал Прочность сцепления, МПа Пористость,% Микротвердость, HV
Нержавеющие сплавы на основе железа Более 80 Менее 1 500…830
Сплавы на основе никеля Более 80 Менее 1 До 830
Твердые сплавы Более 80 Менее 1 1030…1200

Плазменное напыление (ASP)

В качестве плазмообразующего газа используется аргон, а в качестве вторичного газа – водород, азот или гелий. Порошковый материал расплавляется при попадании в плазменную дугу и кристаллизуется на поверхности детали. Для напыления может использоваться практически любой порошковый материал – металлические сплавы, металлокерамика и керамика.

Материал Прочность сцепления, МПа Пористость,% Микротвердость, HV
Нержавеющие сплавы на основе железа 50…70 1…2 500…830
Сплавы на основе никеля 60…80 Менее 1 До 830
Керамические материалы 50…80 8…15 960…1100

Газопламенное напыление (Flame spray)

Проволока распыляется в потоке сгорающего в кислороде газа (ацетилена или пропана). Сжатым воздухом расплавленный материал переносится на деталь, где происходит кристаллизация и формирование покрытия. В качестве материалов используется любая проволока диаметром 3,00…3,17 мм.

Материал Прочность сцепления, МПа Пористость,% Микротвердость, HV
Углеродистые и низколегированные стали 15…30 2…8 250…640
Нержавеющие стали 15…30 1…2 290…330
Баббиты 30…40 Менее 1 25…27

Газопорошковая и плазменная наплавка (Powder welding, PTA)

Газопорошковая и плазменная наплавка износостойких и коррозионностойких сплавов на основе никеля – простой и эффективный способ реновации, который предполагает подачу наплавочного материала в виде порошкового сплава непосредственно через кислородное пламя на восстанавливаемую или упрочняемую поверхность.

Материал Прочность сцепления, МПа Пористость,% Микротвердость, HV
Сплавы на основе никеля На уровне сварки Менее 0,5 200…690

ООО «Технологические системы защитных покрытий» поставляет как роботизированные, так и управляемые вручную комплексы газопламенного напыления, плазменного напыления, электродуговой металлизации и наплавки.

ООО «Газпром ВНИИГАЗ» и ООО «Технологические системы защитных покрытий» активно взаимодействуют с предприятиями ОАО «Газпром» для внедрения защитных покрытий на наиболее важных направлениях. Проводятся также совместные исследования с ГК «Роснанотех» по разработке технологии применения наноструктурированных покрытий.

  1. Газотермическое напыление: учеб. пособие/кол. авторов; под общей ред. Л.Х. Балдаева. — М.: Маркет ДС, 2007. — 344 с.
  2. Журнал «Очистка, окраска», №4, 2009 год. «Защита мостов. Зарубежный опыт.»
  3. Балдаев Л.Х. «Реновация и упрочнение деталей машин методами газотермического напыления». М.: Издательство «КХТ». — 2004. — 134 с.
  4. Журнал «Территория Нефтегаз» № 3(11) 2008. В.Г. Антонов, С.А. Соловьев, Ю.С. Рябец ООО «Газпром ВНИИГАЗ. «Оценки применимости противокоррозионных защитных покрытий технологического оборудования и наземных металлоконструкций ОАО «Газпром».

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector