Промышленность: Теплоизоляционные антикоррозионные покрытия - 25-05-2015, 10:09

Александр Николаевич ТРОФИМОВ

генеральный директор ОАО «НПО Стеклопластик», к.т.н., член- корреспондент РИА

Алексей Федорович КОСОЛАПОВ
директор НПК «Композит» ОАО «НПО Стеклопластик», кандидат технических наук, почетный химик России

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ АНТИКОРРОЗИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ — АТП

Композиты на основе различных связующих и полых наполнителей, в отличие от известных теплоизоляционных материалов, прекрасно зарекомендовали себя как теплозащита конструкций. Способность теплоизоляционных антикоррозионных покрытий – АТП –работать при высоких температурах и хорошая адгезия к любым материалам делают его незаменимым для применения в качестве теплоизоляционного покрытия в теплоэнергетике. Кроме того, в отличие от традиционной теплоизоляции, АТП полностью блокирует доступ воды и кислорода к защищаемой поверхности (металл, бетон, кирпич и так далее), что полностью исключает процессы коррозии под слоем покрытия.

Изучались покрытия, предназначенные для антикоррозионной и теплоизоляционной защиты поверхностей трубопроводов, эксплуатируемых в котельных цехах промышленного и жилищно-коммунального хозяйства. До сих пор для теплоизоляции различных трубопроводов, емкостей для хранения всевозможных химикатов и дымовых труб используются такие материалы, как пенополиуретан, пеностирол, изовер, минеральная вата. Данный способ теплоизоляции не только загрязняет окружающую среду, но и опасен для здоровья людей. Кроме этого, гарантийный срок эксплуатации таких материалов не велик. Практически, через 1–2 года под воздействием атмосферных осадков и перепадов температур стандартные теплоизоляционные покрытия полностью теряют свои теплоизоляционные свойства – отслаиваются и осыпаются.

Теплоизоляционные антикоррозионные покрытия (АТП) представляют собой композиционный материал, включающий связующее и наполнитель. Структура покрытия АТП представлена на рисунке 1. В настоящей работе исследовались покрытия, предназначенные для использования в широком диапазоне температур от –60⁰С до +1200⁰С. В связи с этим, экспериментальным исследованиям подвер-гались соответствующие данным требованиям связующие и наполнители.

В качестве связующих использовались следующие материалы:

• акриловая эмульсия
• кремнийорганический компаунд
• сополимер бутадиен-стирольного каучука
• эпоксидные композиции
• мастика «Гекопрен»
• композиция «Галокор»
• композиция фосфатно-магниевая
• силикат натрия
• лак кремнийорганический

В качестве наполнителей использовались:

• полые стеклянные микросферы
• полые керамические микросферы
• полые фенольные микросферы
• перлитовый песок
• слюда

Объемное содержание наполнителей в указанных покрытиях составля ло 80–85% . Для снижения вязкости и обеспечения технологичности нанесения покрытий с высоким наполнением использовались различные разбавители (ацетон, толуол, бензин «Калоша», вода и тому подобные). В качестве отвердителя эпоксидных композиций использовался «Арамин» (ТУ 2415-164-05786904-02 с изм.). Основные свойства наполнителей приведены в таблице 1.

Температуры эксплуатации теплоизоляционных покрытий в зависимости от типа связующего приведены в таблице 2. Толщина покрытий на основе органических связующих составляла от 1 мм до 8 мм, а на основе неорганических связующих – от 4 мм до 6 мм. Технологический процесс нанесения покрытия АТП-1 на защищаемую поверхность включает следующие операции:

• зачистка поверхности
• обезжиривание
• нанесение грунтовочного слоя
• нанесение основных слоев
• нанесение лицевого слоя

Зачистка защищаемой поверхности производилась с использованием воздушной пескоструйной установки с последующим обезжириванием органическим растворителем. В качестве грунтов использовались составы: 50-процентные растворы связующих основного состава, ГЭК-1, Супер-1, Корника, вода и тому подобные. Основной состав АТП наносился на отвержденный до «отлипа» грунтовочный состав. Обычно компоненты для АТП покрытий поставляются в двух дозированных упаковках, которые смешиваются перед использованием с подбором вязкости. Вязкость материала АТП подбирается за счет введения разбавителей.

Для защиты АТП от внешних воздействий на отвержденное покрытие наносились защитные лицевые слои на основе материалов АП-1, АДП-1, ГЭК-1 и других, имеющих хорошую адгезию к отвержденному АТП. Лицевые слои наносились в 2-3 слоя общей толщиной от 0,3 мм до 0,35 мм. Проведены исследования влияния технологических параметров (скорость и время перемешивания компонентов) на водопоглощение покрытия АТП на основе:

• акриловой эмульсии (состав 1)
• кремнийорганического компаунда (состав 3)
• эпоксидной композиции (состав 5)

Вначале исследовалось влияние скорости перемешивания компонентов на водопоглощение покрытия АТП. Результаты испытаний представлены на рисунке 2. Как видно из рисунка 2, зависимость водопоглощения покрытия АТП от скорости перемешивания компонентов имеет точку перегиба. Это объясняется тем, что при скоростях перемешивания компонентов ниже 400 об/мин наполнитель в покрытии АТП комкуется и не успевает равномерно распределиться в связующем. Это влечет за собой образование усадочных трещин и раковин, которые увеличивают водопоглощение покрытия.

А при скоростях выше 400 об/мин происходит вовлечение воздушных пузырей в покрытие АТП, что также увеличивает его водопоглощение. Наименьшим водопоглощением обладают образцы покрытия АТП состава №5 (на основе эпоксидных композиций), полученные при скорости перемешивания компонентов 400 об/мин. Далее исследовалось влияние времени перемешивания компонентов на водопоглощение покрытий АТП (рисунок 3). Как видно из рисунка 3, зависимость водопоглощения покрытия АТП от времени перемешивания компонентов выходит на «прямую». Это объясняется тем, что увеличение времени перемешивания компонентов покрытий АТП с определенного значения не влияет на водопоглощение покрытия. При этом время перемешивания компонентов для каждого состава покрытий АТП имеет разные значения.

Наименьшим водопоглощением обладают образцы покрытий АТП состава №5, получаемые при перемешивании компонентов в течение 2,4 мин. По выбранной структуре покрытия и полученным технологическим параметрам наработаны опытные партии материалов АТП и проведены их испытания. Теплофизические характеристики выбранных вариантов теплоизоляционных покрытий, полученные при испытании плоских образцов на экспериментальной установке Э11550 (сертификат RU.Е.32.002.А № 12461), принадлежащей ракетно-космической корпорации «Энергия», приведены в таблице 3.

Результаты испытаний теплоизоляционных покрытий на основе фосфатно-магниевой композиции (ФМК) и керамических микросфер выполнялись на трубках диаметром 70 мм и длиной 100 мм и приведены в таблице 4. Физико-механические свойства теплоизоляционных покрытий представлены в таблице 5.

С 2009 года опытные партии покрытий АТП, изготовленные НПК «Композит», испытываются в промышленных условиях. Покрытия наносились методом напыления и кистями на наружную поверхность нагретых труб и других конструкций без остановки производства. Испытания проводятся на следующих объектах:

1. Стальная труба (внутри цеха) диаметром 80 мм, расположенная горизонтально и предназначенная для отвода горячей воды из теплообменника в диаэратор.
• толщина нанесенного покрытия – 4 мм

• температура на поверхности незащищенной стальной трубы + 103⁰С
• температура на наружной поверхности покрытия + 50⁰С

2. Стальной отвод под углом 900 диаметром 150 мм для подачи горячей воды в диаэратор, расположенный на открытом воздухе.
• толщина нанесенного покрытия – 2 мм
• температура на поверхности незащищенного стального отвода + 81⁰С
• температура на наружной поверхности покрытия + 48⁰С

3. Обвязка трубопроводов и вентилей диаметром от 60 мм  до 150 мм на диаэраторной площадке на открытом воздухе для передачи перегретого пара из конденсационного бака в сепаратор с тройниками и вентилями.
• толщина нанесенного покрытия – 4 мм
• температура на поверхности незащищенной стальной трубы + 1640С
• температура на наружной поверхности покрытия + 59⁰С

4. Вертикальная труба диаметром 150 мм для транспортировки горячей воды из бойлера в конденсационный бак.
• толщина нанесенного покрытия – от 2 мм до 8 мм
• температура на поверхности незащищенной стальной трубы + 127⁰С
• температура на наружной поверхности покрытия + 55⁰С

5. Трубопровод горизонтальный диаметром 70 мм на открытом воздухе для транспортировки горячей воды из котлов в барботер.
• толщина нанесенного покрытия – 3 мм
• температура на поверхности незащищенной стальной трубы + 61⁰С
• температура на наружной поверхности покрытия + 18⁰С

6. Участок трубопровода диаметром 350 мм для транспортировки обратной горячей воды из жилого поселка Андреевка в котельную.
• толщина нанесенного покрытия – 3 мм
• температура на поверхности незащищенной стальной трубы + 60⁰С
• температура на наружной поверхности покрытия + 10⁰С

7. Металлический корпус дымососа уходящих газов от котла в дымовую трубу котельной ЗАО «Баковский завод».
• толщина нанесенного покрытия – 2 мм
• температура на поверхности незащищенной стальной трубы + 95⁰С
• температура на наружной поверхности покрытия + 30⁰С

Процесс нанесения покрытия АТП на наружную поверхность, например, газохода, выполнен механизированным способом через пистолет-напылитель. Внешний вид газоходов после 6 лет эксплуатации представлен на рисунке 4. Покрытия АТП применены и эксплуатируются на следующих объектах:

• ОАО «АНПЗ ВНК», г. Ачинск, Красноярский край, 2007 год – футеровка дымовой трубы Н = 125 м, температура эксплуатации до 700⁰С.
• ОАО «НПО Стеклопластик», п. Андреевка, Солнечногорский район, Московская область, 2008 год – паропроводы и трубопроводы горячей воды.
• ЗАО «Баковский завод», г. Одинцово, Московская область, 2009 год – газоходы в котельной.
• ЗАО «Дом отдыха «Ершово», г. Звенигород, Московская область, 2011 год – футеровка дымовой трубы Н = 45 м, температура эксплуатации до 100⁰С.

В настоящее время покрытия АТП на всех приведенных объектах находятся в хорошем состоянии и полностью сохранили свои теплофизические и механические свойства. Процессы коррозии на защищенных объектах отсутствуют.

Межотраслевой альманах №48/2014 год