Введение
С каждым годом при ремонте оборудования все шире развивается применение полимерных материалов. Возрастающий интерес к использованию полимерных материалов при восстановлении деталей объясняется хорошими физико-механическими свойствами, а также высокой адгезией с металлами.
Наиболее популярные эпоксидные композиции обладают обширным сочетанием свойств: низкая вязкость, малая усадка, высокая адгезия, высокие механические свойства, скорость отверждения и универсальность. Благодаря своим свойствам, эпоксидные составы применяются для склеивания, заделки трещин, нанесения защитных покрытий и восстановления поверхностей.
Применение композитных материалов
Одним из основных направлений деятельности ЦБПО БНО является ремонт и восстановление бурового и нефтепромыслового оборудования, а также изготовление к нему запасных частей структурным подразделениям ПАО «Сургутнефтегаз».
Основным и универсальным способом восстановления деталей в условиях ЦБПО БНО является наплавка с последующей механической обработкой. У данного метода восстановления имеются технологические ограничения, такие как термическое влияние (возможное изменение характеристик восстанавливаемых изделий и деформация, вызванная высокой погонной энергией), сложность восстановления тонкостенных деталей и сложной геометрической формы, невозможность восстановления трудносвариваемых материалов и специальных сплавов. В то же время на базе ЦБПО БНО по программе повышения межремонтного цикла ведутся опытные работы по испытаниям современных композитных материалов. Для конкуренции и предложения решения узких задач по восстановлению и защите деталей на рынок мировой промышленности вышли полимерные материалы, обладающие специальными свойствами.
С 2021 г. специалистами ЦБПО БНО для оценки возможности применения полимерных материалов проводились опытные работы по двум направлениям – восстановительный ремонт и повышение износостойкости поверхностей, работающих в тяжелых условиях под воздействием значительной эрозии, кавитации, в результате химического воздействия или абразивного износа.
В сравнении с традиционными формами ремонта металлических поверхностей (газоплазменное напыление, наплавка металла), обработка эпоксидно-фенольными покрытиями выигрывает за счет:
– простоты и экономичности;
– отсутствия ограничений по площади ремонтируемых поверхностей;
– эффективности и долговечности;
– простоты технологии без применения специального оборудования.
Двухкомпонентные защитные покрытия
Для проведения опытных работ по применению защитных покрытий и оценки их эксплуатационных характеристик специалистами ЦБПО БНО были подобраны:
– двухкомпонентное эпоксидное покрытие с керамическим наполнителем, обеспечивающее долговременную защиту металлов от эрозии и коррозии;
– двухкомпонентный эпоксидный композит, содержащий сверхтвердый абразивостойкий керамический наполнитель для ремонта и защиты металлического оборудования от эрозии, вызванной абразивным воздействием тонкодисперсных систем.
Были проведены опытные работы по нанесению покрытий на корпус спирального шламового насоса производства ЦБПО БНО. Согласно инструкции на композитные полимеры завода-изготовителя, выполнены работы по предварительной подготовке под нанесение покрытия, обезжиривание, подготовка состава и его нанесение (рис. 1).
После первого применения был сделан вывод, что в пастообразном состоянии полимеры легко наносятся на любые поверхности, возможна механическая обработка. Насосы собраны с обработанными защитными покрытиями корпусами спиральными и переданы в эксплуатацию. При поступлении на капитальный ремонт, после окончания межремонтного периода, произведена разборка насосов и выявлено, что в местах интенсивного воздействия агрессивной среды покрытие полностью промыто, но отсутствовал критический износ основного материала корпуса насоса (рис. 2). Это означает, что покрытие не обеспечивает гарантируемую защиту от износа, а всего лишь временно препятствует ему. Исходя из этого, применение данных материалов в агрессивной среде возможно только для аварийного восстановительного ремонта, т.е. для обеспечения работоспособности оборудования до его замены или капитального ремонта.
Также были рассмотрены эпоксидные составы другого мирового производителя ремонтных композитов. При подборе рассматривались составы для восстановления изношенных поверхностей. Подобраны для испытаний двухкомпонентный эпоксидный клей с алюминиевым наполнителем и эпоксидный состав, наполненный ферросиликоном.
Двухкомпонентный эпоксидный клей с алюминиевым наполнителем идеально подходит для ремонта и восстановления изношенного и поврежденного оборудования. Основные области применения включают ремонт изношенных деталей, таких как валы, корпуса, шпоночные пазы и фланцевые соединения, а также ремонт сломанных либо поврежденных деталей (трубы, литые и штампованные детали). Продукт может применяться для заполнения пустот, восстановления геометрических форм деталей оборудования, ремонта пластин из литой стали, создания форм для литья, в качестве защитного покрытия или для герметизации протечек трубопровода.
Двухкомпонентный эпоксидный состав, наполненный ферросиликоном, обладает превосходной коррозийной и химостойкостью, а также стойкостью к абразивному износу при рабочих температурах от минус 30 до плюс 120 °C. Предназначен для восстановления изношенных деталей. Основные области применения – восстановление изношенных валов, гнезд подшипников, ремонт шпоночных пазов и поврежденных корпусов, заделка трещин в оборудовании.
Для оценки эксплуатационных характеристик выбранных составов подобрана номенклатура и выполнен восстановительный ремонт. Перечень деталей для восстановления подбирался с учетом уникальности применения за счет сложности восстановления имеющимися универсальными технологиями ремонта (напыление, наплавка и т.д.). Проведены работы по восстановлению промывов в деталях импортных телеметрических систем (рис. 3). Основной критерий подбора деталей – сложность восстановления криволинейных поверхностей малых размеров. Также учитывались условия эксплуатации оборудования.
Все восстановленные детали переданы в эксплуатацию. По результатам эксплуатации отмечено, что данные двухкомпонентные составы имеют хорошую адгезию к металлу и позволяют восстановить и защитить нагруженные поверхности, тем самым продлить срок эксплуатации оборудования. Но данные материалы пригодны только при незначительном ремонте (без критического износа).
В целях продления срока эксплуатации дорогостоящего оборудования проведены экспериментальные работы по восстановительному ремонту эпоксидным составом мест под подшипники крышки винтового компрессора. В связи с минимальным износом посадочного места и особенностями материала крышки восстановление наплавкой в условиях ЦБПО БНО было невозможно, так как при таком методе повышаются риски возникновения трещин, что недопустимо. Также технологии применения наплавки чугуна труднореализуемы в связи со сложностью подготовки и проведения наплавки.
Специалистами ЦБПО БНО согласно рекомендациям производителя эпоксидного состава были выполнены работы – подготовка изношенной поверхности, защита сопрягающихся поверхностей, подготовка восстанавливающей пасты, нанесение на изношенные поверхности с обеспечением припуска под механическую обработку, механическая обработка в чистовой размер (рис. 4). Выполнение данных работ позволило восстановить посадочные поверхности под подшипники и снизить вибрацию при работе, влияющую на длительность эксплуатации до следующего ремонта.
Перспективы применения композиционных материалов
Проведенные работы позволили оценить возможности применения эпоксидных материалов мировых брендов и опыт их использования специалистами ЦБПО БНО, ранее данные материалы не использовались.
Минусом данных материалов являлось их иностранное производство и возможные сложности с их поставкой при внедрении использования на постоянной основе, а проверенных аналогов на рынке нет. Исходя из этого, специалистами ЦБПО БНО были рассмотрены отечественные эпоксидные составы, а также опыт изготовления композитных составов на основе эпоксидных клеев.
Изучив техническую информацию, в 2023 г. провели опытные работы по получению состава из отечественных материалов.
В процессе эксплуатации блока батарейного телесистемы контроля параметров бурения происходит промыв буровым раствором места соединения с ответной деталью, что влияет на герметичность модуля и его работоспособность. Маленький диаметр и требуемые свойства оборудования ограничивают восстановление традиционными методами. ЦБПО БНО был освоен восстановительный ремонт порошковой краской, он зарекомендовал себя как быстрый и простой вариант восстановления, но требовалось повышение износостойкости изнашиваемых поверхностей. При экспериментальных работах по восстановлению изношенных поверхностей блока батарейного композитными материалами было выявлено, что после эксплуатации в местах перетоков жидкости материал выкрашивался и растрескивался, т.е. не выдерживал растягивающих нагрузок.
Инженерно-техническими специалистами ЦБПО БНО предложен вариант восстановления изношенных поверхностей эпоксидным составом с армирующим материалом для сопротивления растягивающим нагрузкам.
Композиционный материал – это неоднородный сплошной материал, состоящий из двух и более компонентов, среди которых можно выделить армирующие элементы (наполнитель), обеспечивающие необходимые механические характеристики материала, и матрицу (связующее), обеспечивающую совместную работу армирующих элементов.
В качестве армирующего материала применили измельченное базальтовое волокно. Введение базальтового волокна позволило снизить склонность к выкрашиванию, обеспечить прочность материала, так как базальтовые волокна обладают высокой прочностью и отменной химической стойкостью. В качестве связующего компонента использовался эпоксидный двухкомпонентный клей.
Восстановление изношенных поверхностей выполнялось в несколько технологических этапов.
1. Подготовка поверхности – расточка отверстия с нарезанием «рваной резьбы» с целью обеспечения высокой прочности сцепления с наносимым составом.
2. Получение состава. Измельчение базальтового волокна для получения базальтовой фибры. Подготовка эпоксидного состава за счет смешения компонентов (адгезид и отвердитель) до получения однородной по цвету композиции. При равномерном перемешивании в полученный состав добавлялась базальтовая фибра. Для исключения запирания воздуха, образовавшегося во время перемешивания, в полученном составе применяется вакуумирование (рис. 5, рис. 6).
3. Нанесение состава на изношенные поверхности до получения требуемого размера с припуском под механическую обработку.
4. Чистовая механическая обработка поверхности.
Согласно данной технологии, была восстановлена опытная партия деталей и передана в эксплуатацию. По результатам применения достигнуто увеличение срока эксплуатации блока батарейного по промыву восстановленных поверхностей более чем в два раза, по сравнению с восстановлением порошковой краской. Применение данной технологии позволило увеличить срок эксплуатации оборудования для следующего ремонта, и тем самым сократить затраты (рис. 7).
Заключение
Развитие современных методов применения двухкомпонентных композиционных материалов для повышения срока эксплуатации оборудования, восстановления и дополнительной защиты от износа широко и быстрыми темпами внедряется в производственный процесс ремонтных предприятий. Проведенные ЦБПО БНО работы позволили изучить новые технологии и материалы, приобрести новые компетенции работникам, повысив конкурентоспособность компании.
