Эффективный союз стеклопластика и корунда
В статье представлено решение проблемы абразивного износа технологических трубопроводов карналлитовых и сильвинитовых обогатительных фабрик — стеклопластиковые детали трубопроводов с внутренним покрытием из алюмооксидной керамики, изготовленной из корунда.
В 2016 году ООО «ТрубопроводСпецСтрой» (ООО «ТСС») заключило договор с ООО «Еврохим-Усольский калийный комбинат» на поставку труб и соединительных деталей для сооружения технологических трубопроводов вновь возводимой флотационной обогатительной фабрики по производству калийных удобрений.
Процесс производства калийных удобрений заключается в многоступенчатом помоле и обогащении добытой руды — сильвинита, и сопровождается транспортированием пульпы — смеси рассола с рудой различного фракционного состава — из одного технологического оборудования в другое. А обеспечивающие бесперебойную подачу данных сред трубопроводы являются неотъемлемой и очень важной частью производственного процесса, и к их качеству, а, следовательно, и к возможности безаварийно работать в условиях интенсивного абразивного износа, предъявляются высокие требования.
ООО «ТСС» изготавливает стеклопластиковые трубы и соединительные детали с 1992 года. Особой специализацией компании является изготовление стеклокомпозитных элементов с внутренним покрытием из различных материалов, перечень которых очень разнообразен и зависит от того, для транспортирования каких сред предназначены трубопроводы.
В изделиях производства ООО «ТСС» стеклопластик выполняет в первую очередь конструкционную функцию — обеспечивает прочность и жесткость деталей, а с транспортируемой по трубопроводу средой контактирует внутреннее покрытие. Выбор материала внутреннего покрытия зависит от химического и фракционного состава транспортируемой среды и осуществляется таким образом, чтобы коррозия и износ трубопровода отсутствовали, или скорость этого износа была значительно ниже, по сравнению с традиционно применяемыми материалами.
ООО «ТСС» применяет для внутреннего покрытия стеклопластиковых труб и деталей резину различных марок, в том числе кислото-, щелоче-, маслобензостойкую, фторопласт ПВДФ, полиэтилен, сшитый полиэтилен ( PEX A ), полипропилен, поливинилхлорид, полиуретан различных марок.
ООО «ТСС» (первоначальное название — ООО «НПП ПЛАСТ») было создано по инициативе АО «Уралкалий» на базе одного из подразделений Уральского научно-исследовательского института композиционных материалов для решения проблемы интенсивного, неуправляемого износа технологических трубопроводов обогатительных фабрик. Была проведена огромная работа, в результате которой найдены материалы и разработаны конструкции химически- и абразивостойких стеклопластиковых труб с внутренним покрытием из резины, полиуретана и ПВХ. Разработанная продукция стала решением проблемы массовой, поглощающей неимоверное количество материальных и трудовых ресурсов, коррозии стальных трубопроводов на флотационных обогатительных фабриках АО «Уралкалий».
Многолетний успешный опыт применения продукции ООО «ТСС» на обогатительных фабриках лег в основу решения вопроса выбора материалов для строительства трубопроводов фабрики ООО «Еврохим-УКК». На основании проектной информации о транспортируемых по трубопроводам средах было принято решение о применение стеклопластиковых труб и деталей с внутренним покрытием из резины типа EPDM толщиной от 3 до 8 мм в зависимости от фракции руды в пульпе.
Фабрика, в том числе и трубопроводы, были построены и введены в эксплуатацию в 2018 году. Основная часть трубопроводов работают безотказно, но на трубопроводах некоторых стадий технологического процесса через 3-6 месяцев эксплуатации стали выходить из строя отводы и тройники на углах поворота по причине появления сквозных отверстий от абразивного износа.
Износу подверглись трубопроводы обвязки пульподелителя, дуговых сит и стержневых мельниц на стадии предварительной классификации и измельчения. На этой стадии происходит отделение и направление на дополнительный помол руды крупной фракции, поступившей из дробильного отделения.
В соответствии с проектом максимальная крупность поступающей руды не должна превышать 10 мм. На данных трубопроводах были установлены детали с внутренним покрытием из резины толщиной 8 мм. Выход первых элементов из строя начал происходить через три месяца эксплуатации.
Также интенсивному износу подверглись отводы трубопроводов, по которым транспортируется пульпа с нерастворенной рудой после флотации. В соответствии с проектом крупность твёрдой фракции на этой стадии не превышает 1,4 мм, а содержание твёрдой фракции не превышает 22%. На данных трубопроводах были установлены детали с внутренним покрытием из резины толщиной 3 мм. Выход первых элементов из строя начал происходить через шесть месяцев эксплуатации.
С целью определения причин выхода из строя была сформирована рабочая группа из специалистов ООО «ТСС» и службы главного механика ООО «Еврохим- УКК». Анализ показал, что причинами износа стало отклонение фактических параметров транспортируемых сред от проектных значений, а именно: увеличение процентного содержания твёрдой фракции в нижней части потока по причине оседания руды на участках трубопроводов с небольшим уклоном, что в совокупности с высокими скоростями движения пульпы, которые она развивает на вертикальных участках, приводит к точечному износу - появлению сквозных отверстий небольшой площади (по сравнению с условным диаметром) в углах поворота трубопроводов. Причём на линейных участках трубопроводов износ резинового покрытия практически отсутствует.
В частности, протяженность вертикальных участков трубопроводов слива с флотомашин составляет 11 м. На этих участках поток, в том числе часть потока с повышенной концентрацией твёрдых частиц руды, развивает скорость до 13 м/с и, буквально, прорезает отводы, расположенные внизу этих участков.
С учётом выявленных обстоятельств применение резины в углах поворота указанных трубопроводов стало нецелесообразным.
ООО «ТСС» взяло на себя обязательства решить эту проблему и предложить заказчику конструктив, работоспособный в описанных условиях. Было выбрано и проанализировано несколько направлений увеличения абразивостойкости внутреннего покрытия: применение износостойких марок резины, предназначенных, в том числе, для футеровки мельничного оборудования и транспортных желобов; применение различных марок полиуретана; применение эпоксидных компаундов, наполненных абразивостойкими, твёрдыми материалами; применение алюмооксидной керамики, изготовленной из корунда. Были изготовлены изделия из стеклопластика — отводы и тройники с подобранными материалами. Изделия были установлены на опытную эксплуатацию на те участки трубопроводов, где происходил износ. Опытная эксплуатация в частности показала, что применение резины абразивостойких марок приводит к увеличению срока эксплуатации в 1,5–2 раза, что является незначительным.
Основные надежды возлагались на керамику, которая в силу своих превосходных характеристик (твёрдость и прочность) применяется в качестве облицовочного материала металлических ёмкостей и трубопроводов, применяемых для транспортирования особо абразивных материалов и смесей на различных предприятиях добывающей и металлургической промышленностей. Однако изделий из стеклопластика с внутренним покрытием из корунда пока не существовало.
ООО "ТСС" разработало технологию одноэтапного изготовления стеклопластиковых труб и деталей с керамикой. Внедрены материалы, обеспечивающие адгезию керамики к стеклопластику, а так же подобран инструмент и отработаны режимы резки трубных заготовок с керамикой.
Полученные изделия совместили в себе все плюсы применённых материалов: прочность и химическую стойкость стеклопластика и абразивную стойкость корунда. Изделия не подвергаются коррозии ни изнутри, ни снаружи, что является важным фактором в условиях применения оборудования в химически агрессивных, влажных средах. Изделия имеют меньшую массу по сравнению со стальными в силу того, что плотность стеклопластика в четыре раза ниже плотности стали, что, безусловно, нельзя не учитывать при определении нагрузок от трубопровода на строительные конструкции и затрат на СМР.
При опытно-промышленной эксплуатации изделия из керамики показали отличные результаты. При осмотрах через 6, 9, 12, 18 месяцев эксплуатации элементов, установленных в трубопроводы обвязки оборудования предварительной классификации и измельчения износ зафиксировать не удалось. На сегодняшний день срок эксплуатации по сравнению с резиной превышен уже в шесть раз. Износ отсутствует. Аналогичные результаты зафиксированы на трубопроводах слива с флотомашин.
Результатом проделанной работы стала первая закупка ООО «ЕвроХим-УКК» комплекта деталей с внутренним покрытием из керамики для сооружения трубопровода, к безаварийности которого предъявляются особенные требования. Изделия изготовлены и поставлены в адрес заказчика. Трубопровод смонтирован без нареканий и введён в эксплуатацию. Достигнуты предварительные договоренности на поставку этой уникальной продукции для замены трубопроводов предварительной классификации и измельчения, слива с флотомашин и других трубопроводов, в которых присутствует интенсивный абразивный износ.
Перспектива применения изобретения очень разнообразна. На сегодняшний день ООО «ТСС» изготавливает различные модификации изделий с покрытием из корунда, в том числе и те, где между стеклопластиком и корундом присутствует слой из резины или ПВХ. Данный слой создаёт демпфирующий эффект, который гасит энергию удара крупных, твёрдых частиц руды, тем самым повышая надёжность конструкции в целом. ООО «ТСС» также освоило технологию восстановления изношенной поверхности корундовыми плитами. Данная технология даёт вторую жизнь изношенным деталям, причём продолжительность этой жизни на данный момент нет возможности спрогнозировать, так как износ внутренней поверхности изделий, находящихся на опытно-промышленной эксплуатации, отсутствует.
Освоение керамической футеровки расширяет линейку производимой продукции ООО «ТСС» и ее применение позволяет комплексно и полностью решить проблемы абразивного износа трубопроводов на всех стадияхтехнологического процесса обогатительных фабрик.
Автор статьиЗакревский Яков Александрович,
Начальник проектно-конструкторского отдела
ООО «ТрубопроводСпецСтрой»
Данная статья опубликована в журнале "Композитный мир" No5 (92) 2020г..
www.kompomir.ru
