CC BY
6УДК 62 Мехманов Ш.А., Керимова А.Г.
Мехманов Ш.А.
магистрант кафедры транспортировки и хранения нефти и газа Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности (г. Баку, Азербайджан)
Керимова А.Г.
доцент кафедры транспортировки и хранения нефти и газа Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности (г. Баку, Азербайджан)
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ МОРСКИХ НЕФТЕГАЗОВЫХ СООРУЖЕНИЙ
Аннотация: в данной статье описывается актуальность использования композитных материалов для морских нефтегазовых сооружений и их перспективность. Также в статье рассматриваются ограничения этих материалов, проблемы, возникающие при их применении и перспективные методы их решения.
Ключевые слова: морские сооружения, композитные материалы, надежность, нефтегазовая промышленность, проектирование.
Материалы, используемые для строительства и ремонта морских нефтегазовых сооружений (МНГС), существенно влияют на их надежность и эксплуатационную эффективность. Анализ композитных материалов способствует развитию целого спектра направлений для дальнейшего их применения на морских объектах. В настоящее время существует множество разновидностей данного материала, которое нашло свое применение почти во
всех сферах промышленности, включая нефтегазовую [1]. Такие характеристики как коррозионная стойкость, меньший по сравнению с металлами вес, большой строк эксплуатации и гибкость делают их перспективными для применения в морской нефтегазовой отрасли (Рис. 1).
Направления применения композитов для МНГС
Рис. 1 Использование композитов для различных морских сооружений
Композитный материал (КМ) представляет с собой материальную систему, которая состоит из двух или более компонентов с разными физическими и химическими свойствами. Распределение и объемные доли компонентов сильно влияют на его характеристики. Основными составляющими композита являются матрица и наполнитель. Под наполнителем понимается элемент, выполняющий функцию армирования и улучшающий свойства материала. Она должна быть правильно распределена в целях недопущения неоднородности материала и ухудшения прочностных качеств, вызванных местными ослаблениями. Основой композита служит матрица, являющееся его фундаментом, которая обеспечивает размещение на нем остальных компонентов [2].
Проблемы, ограничивающие применение композитов.
Исследование опыта применения композитных материалов для МНГС выявило ряд таких технологических проблем как определенные сложности при проектировании и изготовлении композитных конструкций, их монтаж, а также стандартизация и сертификация изделий из данного типа материалов.
Проектирования конструкций из композитных материалов невозможно осуществить без необходимого объема данных о свойствах материалов и о влиянии морской среды на эти свойства. Волокна придают композитам высокий разбросом прочности по сравнению с обычными материалами. Причиной тому служат локальные концентрации напряжений вокруг волокон.
Провести анализ композитных материалов относительно сложнее из-за их неоднородности. Несмотря на то что композиты обладают преимущественным свойством как коррозионная стойкость, что очень важна в морских условиях, их свойства также подвержены изменениям под воздействиями внешней среды. Ультрафиолетовые лучи способны привести к разрыву молекулярных цепей полимера. С течением времени, под действием погодных условий, в большей степени меняются такие свойства данных материалов как прочность на изгиб и жесткость [3].
Методы улучшения характеристик композитных материалов.
Для решения перечисленных ранее проблем с применением КМ, необходимо уделить внимание методам улучшения их характеристик. С этой целью перечислены несколько подходов:
1. Разработка новых материалов: Создание новых типов композитных материалов с улучшенными свойствами может помочь решить определенные проблемы. Например, добавление специальных компонентов может повысить огнестойкость, однако это будет сказываться и на остальных прочностных свойствах, что накладывает определенные ограничения на объемные доли этих добавок.
2. Методы формовки и соединения: Модернизация существующих и разработка новых методов формовки и соединения композитных деталей
позволит улучшить качество конструкций. Сюда можно включить и новые технологии связывания волокон и матрицы.
3. Контроль и стандартизация: Важно разрабатывать методы контроля качества композитных изделий. Контроль за качеством является важным не только во время производства, но и при дальнейшем его эксплуатации. Это поможет обеспечить их надежность и долговечность в морских условиях.
4. Необходимо повысить автоматизацию в процессах связанных с производством этих материалов, что положительно скажется на экономических показателях.
Композитные материалы не требуют частого обслуживания и ремонта, что очень важно для морских сооружений, где надежность и безопасность играют основную роль. Этот фактор также снижает затраты при их эксплуатации. За счет использование некоторых смол и различных видов армирующих материалов, можно получить стеклопластик, обладающий прочностными свойствами превосходящие некоторые сплавы цветных металлов и стали. При незначительной массе КМ обладают высокой прочностью. Например, стеклопластик широко используемый в нефтяной промышленности обладает удельным весом от 1,4 до 2,1г/см3, в то время как это значение для одного из наиболее легкого сплава, используемого в технике равно 2,8 г/3 [4]. Это весьма важно для плавучих платформ и подводных сооружений, что также улучшает эффективность транспортировки и монтажа.
Композиты, обладающие высокой амортизацией, способны поглощать вибрации, снижая их воздействие на конструкцию. Данное преимущество особо значимо для морских буровых установок, с учетом того что можно минимизировать передачу вибраций с технологических бурильных оборудований к основной конструкции [5]. Широкое распространение получило использование композитных покрытий, для ремонта различных повреждений стальных труб, а также узлов ферменных сооружений.
Исходя из существующих тенденций применения КМ на морских объектах, возникают рекомендации по продолжению исследований в области
данных материалов, разработке новых вариантов с улучшенными свойствами, стандартизации и сертификации изделий, обучению специалистов правильному проектированию, монтажу и обслуживанию конструкций из композитов. Выводы:
На основе исследования физических и механический свойств КМ, а также их преимуществ над традиционными видами материалов в морских условиях, были выявлены направления для их потенциального усовершенствования. Применение композитных материалов для морских нефтегазовых сооружений обладает высоким потенциалом. Однако необходимо продолжить дальнейшие исследования, с учетом технологических ограничений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Современные полимерные композиционные материалы и их применение / А. С. Колосова, М. К. Сокольская, И. А. Виткалова, А. С. Торлова, Е. С. Пикалов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2018. № 5. С. 245-256;
2. Алсаид Мазен. Исследование прочностных характеристик полимерных композиционных материалов при растяжении/М.Алсаид, А. Саламех// Морские интеллектуальные технологии. -2019. - № 45. Т. 3. - С. 18-27;
3. Баженов С. Л., Берлин А. А., Кульков А. А., Ошмян В. Г. Полимерные композиционные материалы. Долгопрудный: Интеллект, 2010. 352 с;
4. https://www.poliuretan.ru/stekloplastik/;
5. Маикин С. И., Дориомедов М. С., Кучеровский А. И. Полимерные композиционные материалы в судостроении // Новости материаловедения. Наука и техника. 2017. № 1 (25). С. 60-69
Mehmanov Sh.A., Kerimova A.
Azerbaijan State
G.
Mehmanov Sh.A.
University of Petroleum and Industry (Baku, Azerbaijan)
Kerimova A.G.
Azerbaijan State University of Petroleum and Industry (Baku, Azerbaijan)
PROSPECTS FOR USE OF COMPOSITE MATERIALS FOR OFFSHORE OIL AND GAS FACILITIES
Abstract: this article describes the relevance of the use of composite materials for offshore oil and gas facilities and their prospects. The article also discusses the limitations of these materials, the problems that arise when using them and promising methods of solving them.
Keywords: offshore structures, composite materials, reliability, oil gas industry, design.
