CC BY
56
УДК 620.197.5
В. Н. Зенцов (д.т.н., проф.)1, А. Ф. Ахметов (д.т.н., проф., зав. каф.)2, Р. У. Рабаев (асп.)1, Р. Р. Исламов (асп.)1, Д. В. Ивушкина (магистрант)2
Использование отходов нефтехимических производств для повышения эффективности электрохимзащиты трубопроводных систем
Уфимский государственный нефтяной технический университет, 1 кафедра водоснабжения и водоотведения 450080, г. Уфа, ул. Менделеева, 197; тел. (347) 2284900, e-mail: rabaev.r@mail.ru 2кафедра технологии нефти и газа 450062, г.Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347) 2431535
V. N. Zentsov1, A. F. Ahmetov2, R. U. Rabaev1, R. R. Islamov1, D. V. Ivushkina2
The use of petrochemical industries waste to improve electrochemical protection pipeline systems
1 Ufa State Petroleum Technological University 197, Mendeleeva Str, 450080, Ufa, Russia; ph. (347) 2284900, e-mail: rabaev.r@mail.ru 2Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str., 450062, Ufa, Russia; ph. (347) 2431535
Исследованы новые композиционные составы для оболочек анодных заземлителей полученные из отходов нефтехимических производств. Приведены характеристики наполнителя и связующего анодной массы. Оптимизирован гранулометрический состав наполнителя. Приведены результаты эксперимента. Построены графические зависимости полученных результатов от состава анодной массы.
Ключевые слова: анодный заземлитель; битум; прокаленная коксовая мелочь; пек; поли-стиролбетон; электролиз.
Анализ зарубежной и отечественной литературы по проблеме анодных заземлителей в установках катодной защиты показал, что одним из путей улучшения экономических характеристик анодных заземлителей является повышение срока его службы, а это, в свою очередь, может быть реализовано только путем применения новых материалов. Так, например, решение проблемы долговечности анодных заземлителей при стекании с них постоянного тока шло по единственному пути — замена стали иными материалами (графитом, платиной и так далее). Одним из многообещающих направлений является применение композиционных материалов в качестве наполнителя для оболочки анодных заземлителей 1.
Известно, что электропроводность проводящих композиционных материалов определяется электрическими и физическими свойствами проводящей фазы, а также ее взаимодействием со связующим.
Дата поступления 02.02.11
Were explored new compositional formulations for shells anodic earthing which had been obtained from waste of petrochemical industries. Were given the characteristics of the filler and binder anodic earthing. Were optimized size composition of the filler. Were given the results of the experiment. Were made a graphical dependence of the results obtained from the composition of shells anodic earthing.
Key words: an anodic earthing; bitumen; a calcined coke breeze; a pitch; a polystyrene concrete; a an electrolysis.
Так как большую роль играет оболочка анодного заземлителя, в слое которой размещен электрод, то материал оболочки (композиционная анодная масса) должен обладать минимальной растворимостью и высокой химической стойкостью в эксплуатационных условиях. Композиционная анодная масса должна быть в достаточной мере прочной и иметь небольшую величину удельного электросопротивления.
Исследуемый анодный заземлитель состоит из токоввода, в качестве которого используется стальной стержень, и оболочки из композиционной анодной массы. Для получения анодной массы необходимо при соответствующих условиях смешать в определенных пропорциях наполнитель и связующее 2.
В процессе проведения лабораторных экспериментов было изготовлено 50 лабораторных образцов анодных заземлителей из трех составов с различными композиционными материалами.
При изготовлении первого состава анодной массы в качестве наполнителя использовали прокаленную коксовую мелочь 70% мас., а в качестве связующего — каменноугольный пек 30% мас.
Содержание влаги в прокаленной коксовой мелочи не превышает 0.5%. Влагоемкость кокса зависит от размера и формы частиц, которые обусловливают различную величину внешней поверхности, от пористости, зависящей, в свою очередь, от способа коксования, и может в сотни раз превысить суммарное удержание в нем связанной влаги. Содержание влаги в прокаленной коксовой мелочи определяли выдержкой ее в воде в течение двух суток с последующим отстаиванием в закрытом приборе, в течение суток — для стекания избыточной воды. Содержание влаги в коксе больше 0.5% обусловливает его плохие адгезионные свойства '.
Проведение предварительного прокаливания кокса необходимо для снижения удельного электрического сопротивления частиц с 105 до 300 Ом-мм/м. Из прокаленной нефтяной коксовой мелочи составляли наполнитель для анодной массы. В качестве связующего выбран каменноугольный пек. Характеристики связующих веществ приведены в табл. 1.
Таблица 1 Характеристика связующих
Показатели Пиролизный пек Каменноугольный пек
Плотность, г/см3 1.20 1.18
Температура размягчения, оС 69.00 69.00
Выход летучих веществ, % мас. 57.20 59.40
Содержание серы1, % мас. 0.13 0.01
Коксуемость, % мас. 42.80 40.60
Зольность, % мас. 0.40 0.01
Из табл. 1 видно, что в качестве связующего можно использовать и пиролизный пек, хотя содержание серы в нем выше в 10 раз, чем у каменноугольного пека. Для приготовления анодной массы содержание серы не играет большой роли.
При изготовлении второго состава анодной массы в качестве наполнителя использовали прокаленную коксовую мелочь 70% мас., а полистирол бетон 30% мас. в качестве связующего.
В состав полистирол бетона входят: портландцемент марки II/A-Ш 32,5Б (ГОСТ 31108-2003 и ГОСТ 30515-97), полистирол вспенивающийся в гранулах марок: FMS, FSA,FSB,ES,ESD,EDA,EDB («Loyal Group, King Pearl», Китай), смола древесная омыленная SDO-L (ТУ 2453-006-31235731-07), вода для затворения бетона (ГОСТ 23732-79).
В качестве наполнителя третьего состава был использован графитированный коксовый орех 70% мас., а в качестве связующего битум 30% мас.
Нами был использован нефтяной строительный битум — это полутвердые или твердые в обычном состоянии продукты, представляющие коллоидную смесь асфальтенов, смол и масла. Сырьем для их получения служат гуд-роны первичной перегонки нефти и другие продукты вторичных процессов переработки нефтяных остатков (экстракты масляного производства, крекинг-остаток), в которых концентрируются высокомолекулярные ароматические соединения, смолы и асфальтены 3. Нормируемые физико-химические показатели которого приведены в табл. 2.
Таблица 2
Физико-химические показатели битума
Наименование показателя Норма для битума марки БН 90/10
1. Глубина проникания иглы, 0.1 мм: при 25 °С 5-20
2. Температура размягчения по кольцу и шару, °С, не ниже 90-105
3. Растяжимость, см, не менее: при 25 °С 1.0
4. Растворимость, %, не менее 99.50
5. Изменение массы после прогрева, %, не более 0.50
6. Температура вспышки °С, не ниже 240
7. Массовая доля воды следы
Разработанный состав содержит графи-тированный коксовый орех 70% мас., битум 30% мас. в качестве связующего. При этом размер частиц наполнителя 2 мм — 15% мас., 1.2 мм — 15% мас., 0.7 мм - 10% мас., 0.4 мм - 10% мас.,< <0.4 мм — 50% мас. Состав подобран опытным путем и соответствует максимальной упаковке частиц полидисперсных материалов, которая позволяет достичь минимального удельного электрического сопротивления и повысить механическую прочность.
Таким образом, «песчаная» часть графи-тированного коксового ореха, характеризуется хорошим гранулометрическим составом, и обеспечивает получение плотной упаковки гранул, высокую прочность анодной массы при сравнительно небольшом расходе связующего.
Первый и третий состав подвергали нагреванию при Т=180 0С в течение 30 мин, затем нагретую композиционную анодную массу перекладывали в пресс-форму, где прессовали при Р=30—35 МПа.
Таблица 3
Результаты эксперимента
Состав анодной массы потеря массы, г Суммарное время электролиза, ч напряжение цепи, В сила тока, А электрохимический эквивалент, кг/А-год
Состав №1 прокаленная коксовая мелочь 70% мас., каменноугольный пек 30% мас. 5.28 53 8.2 1 1.0
Состав №2 прокаленная коксовая мелочь 70% мас., полистирол бетон 30 % мас. 7.12 18 16 1 4.3
Состав №3 графитированный коксовый орех 70 % мас., битум 30 % мас. 0.94 140 8.8 1 0.13
Второй состав заливали в пресс-форму, избегая предварительного нагревания, так как полистирол бетон приготавливается при комнатной температуре.
Процесс электролиза производился в специализированной лаборатории ГОУ ВПО УГНТУ. Для определения качества лабораторных образцов анодных заземлителей в ходе процесса электролиза были зафиксированы сила тока, напряжение цепи, суммарное время электролиза. Потеря массы образца и электрохимический эквивалент определялись после снятия образцов с испытательного стенда и предварительного высушивания.
Рис. 3. Зависимость напряжения цепи от состава анодной массы
ирпкаленмля кокашя прокален шч : <V графл гирпклнныП
мимчь / ийпочь полнсщнд кокслпыП прек У Й1гсум
каменноугольный пек бетон
Рис. 1. Зависимость потери массы от состава анодной массы
Рис. 2. Зависимость суммарного времени электролиза от состава анодной массы
Рис. 4. Зависимость электрохимического эквивалента от состава анодной массы
Результаты эксперимента отражены в табл. 3. На рис. 1—4 отражены зависимости зафиксированных показателей от состава анодной массы.
Литература
1. Рахманкулов Д. Л., Зенцов В. Н., Кузнецов М. В. Современная техника и технология защиты от коррозии.— М.: Интер, 2005.— 408 с.
2. А. с. №831867 СССР /Н. Д. Волошин, Т. С. Ча-нышев, М. В. Кузнецов и др. // Б. И.- 1981.— №19.
3. Мановян А. К. Технология первичной переработки нефти и природного газа.— М.: Химия, 2001.— 568 с.
