CC BY
48
«СибВПКнефтегаз-2000» - этап реализации
УДК 622.692.4.053
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ НЕФТЕПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ СТАНЦИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ
Ю.К. Машков, A.A. Гладенко, З.Н. Овчар
Рассматриваются принципы построения, стратегия и особенности инновационной составляющей конверсионного нефтегазового машиностроения на примере межрегиональной сибирской программы «СибВПКнефтегаз-2000».
Эффективность технологии транспортировки нефти по магистральным нефтепроводам во многом зависит от надежности работы нефтеперекачивающих станций, и в первую очередь - от надежности и ресурса магистральных насосных агрегатов (МНА). Надежность МНА в условиях эксплуатации в настоящее время остается недостаточной вследствие досрочного выхода из строя торцовых уплотнений в центробежных насосах. Средняя наработка насосов до выхода из строя торцовых уплотнений составляет около 1000ч при установленном ресурсе 8000ч.
Анализ конструкции и условий работы контактных колец уплотнений показал, что применяемые материалы пары трения (металлокерамика, силицированный графит) в условиях высоких скоростей скольжения (до 22 м/с) и граничной смазки сырой нефтью обладают либо недостаточной износостойкостью, либо прочностью (повышенной хрупкостью). При повышении температуры в зоне трения, ухудшения смазки и наложении неизбежных вибраций наблюдается значительный износ, растрескивание и выкрашивание поверхностей трения. Названные недостатки возможно исключить и существенно повысить износостойкость и срок службы контактных колец, применив металлополимерную пару трения, одновременно понизив контактное давление при сохранении заданной герметичности.
Для решения названной задачи были разработаны и исследованы новые полимерные композиционные материалы (ПКМ) на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ), обладающего высокими триботехническими свойствами. В качестве наполнителей использовали измельченное углеродное волокно, порошки бронзы, молибдена, дисульфида молибдена. Оценочные испытания образцов ПКМ в условиях сухого трения при контактном давлении 3 МПа и скорости скольжения 1 м/с показали, что некоторые марки разрабатываемых материалов в 1,5-2,4 раза превосходят по износостойкости такие известные ПКМ на основе ПТФЭ, как Ф4К20 и НАМИ-ФБМ. Прочность разработанных ПКМ также оказалась выше на 1520 %. Повышение характеристик механических и трибо-технических свойств ПКМ можно объяснить тем, что в новых ПКМ использовали комбинированные наполнители, содержащие как дисперсные частицы, так и частицы углеродных волокон, в то время как Ф4К20 и НАМИ-ФБМ содержат только дисперсные наполнители (порошки бронзы, кокса, дисульфида молибдена). Каждый вид наполнителя выполняет определенную функцию, изменяя свойства полимерной матрицы. Углеродное волокно армирует матрицу, повышая ее прочность и жесткость. Дисульфид молибдена выполняет роль сухой смазки и сохраняет высокие антифрикционные свойства ПТФЭ. Бронза и молибден повышают прочность и теплопроводность композиционного материала, что способствует снижению температуры в зоне трения и повышению износостойкости ПКМ.
С целью изучения механизма влияния наполнителей и фрикционного взаимодействия на структуру и свойства ПКМ методом рентгеноструктурного анализа исследовали образцы ПКМ и чистого ПТФЭ. Анализ получен-
ных рентгенограмм позволяет сделать следующие выводы о физико-химических процессах при технологической переработке ПТФЭ и фрикционном взаимодействии ПКМ:
-введение дисперсных и волокнистых наполнителей оказывает существенное влияние на формирование надмолекулярной структуры полимерной матрицы ПКМ, изменяя степень кристалличности, параметр элементарной ячейки кристаллической фазы и межслоевое расстояние аморфной фазы, при этом наибольшее влияние на параметры надмолекулярной структуры оказывает дисперсный молибден;
-влияние углеродного волокна наиболее сильно проявляется в формировании надмолекулярной структуры аморфных областей ПТФЭ, значительно увеличивая межслоевое расстояние в аморфных областях полимера;
-в результате фрикционного взаимодействия в поверхностном слое композитов развиваются трибохими-ческие реакции разложения бронзы и синтеза фторидов меди и свинца, аморфизация меди и полимерной матрицы с рекристаллизацией аморфных областей ПТФЭ.
Аналогичные процессы наблюдались при сухом трении с металлами ПКМ на основе ПТФЭ другого состава [1].
Установлено, что названные изменения надмолекулярной структуры полимерной матрицы прямо влияют на механические и триботехнические свойства ПКМ. Это подтверждается тем, что наибольшие изменения параметров надмолекулярной структуры наблюдаются при введении комплексных наполнителей (углеродное волокно - порошок молибдена - порошок бронзы - дисульфид молибдена ), которые вызывают наибольшее увеличение степени кристалличности - на 8-9 % и межслоевого расстояния - на 13,0-13,5 %. Композиционные материалы с такими наполнителями имеют более высокую прочность и износостойкость ( в 1,5-3,0 раза). По результатам испытаний образцов на трение и износ и структурных исследований определен оптимальный состав ПКМ, имеющий наименьшую скорость изнашивания при трении по стали.
С целью улучшения условий трения полимерного кольца и повышения износостойкости металлополимер-ной пары трения стальное кольцо-контртело подвергали поверхностному упрочнению методом ионной имплантации. Имплантируемый материал - медь и режимы имплантации выбирали, руководствуясь результатами ранее выполненных исследований [2 ]. Методом рентгеноструктурного анализа было установлено, что под влиянием энергии имплантируемых ионов происходит изменение параметров тонкой структуры закаленной стали: параметра элементарной ячейки, размера блоков мозаики, микродеформаций кристаллической решетки, плотности дислокаций и тангенциальных напряжений в приповерхностных слоях. При этом остаточные напряжения сжатия в сталях 40Х и 45 увеличиваются до 6-7 раз. Эти данные объясняют физические причины обнаруженного значительного увеличения микротвердости стальных колец в результате ионной имплантации. Ис-
«СибВПКнефтегаз-2000» - этап реализации
пытания полимерных контактных колец в паре с имплантированными стальными кольцами показали, что скорость изнашивания полимерных колец снижается на 20-35 %.
На основе анализа конструкции и условий эксплуатации торцовых уплотнений и с использованием результатов приведенных выше разработок и исследований была разработана усовершенствованная конструкция металлополимерного торцового уплотнения нефтеперекачивающего насоса. В этой конструкции одно кольцо выполняется из разработанного ПКМ, другое - из закаленной стали (СТ.40Х или ст.45) с имплантацией поверхности трения ионами меди. Кроме того, увеличена степень гидравлической разгрузки за счет изменения соотношения размеров внутреннего и наружного диаметров полимерного кольца, а также снижено давление от силы регулировочной пружины с учетом меньшей жесткости полимерного кольца. Испытанием таких контактных колец на стенде-имитаторе при нагрузках, соответствующих условиям эксплуатации новой конструкции уплотнения, получены оценки средней скорости изнашивания пары трения. Они позволяют прогнозировать увеличение наработки уплотнения до отказа в 5-7 раз вследствие недопустимого износа полимерного кольца по сравнению с наработкой применяемых уплотнений. Соответ-
ствующее увеличение межремонтного ресурса насосов МНА существенно повысит экономическую эффективность эксплуатации нефтеперекачивающих станций.
Литература
1. Машков Ю.К. Трибофизика и свойства наполненного фторопласта: науч. Издание. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 1997,-192 с.
2. Машков Ю.К., Грязное Б.Т., Чечуков Н.Т. Влияние ионной имплантации на триботехнические характеристики металлополимерных пар трения // Трение и из-нос.-Т.7, №6.- С.1079-1085.
29.03.99 г.
МАШКОВ Юрий Константинович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Металловедение и технология конструкционных материалов» Омского государственного технического университета.
ГЛАДЕНКО Алексей Анатольевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Физика» Омского государственного технического университета.
ОВЧАР Зиновий Николаевич - кандидат технических наук, начальник Тобольского нефтепроводного управления.
УДК 628.516
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ДЕТОКСИКАЦИИ ПОЧВ, ГРУНТОВ И НЕФТЕШЛАМОВ
ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ
В.И. Трушляков, В.В. Шалай, В.П. Доронин, B.C. Сальников, В.Н.Блинов, H.A. Карнаухов
В статье изложена новая технология детоксикации почв, грунтов и нефтошламов от нефтепродуктов на основе процесса пировой термодесорбции углеводородов.
Одной из актуальных задач снижения экологического воздействия на предприятиях добычи, транспортировки и переработки нефти является разработка технологии удаления нефти и нефтепродуктов из почв, фунтов и нефтешламов.
По данным мировой статистики, при добыче, транспортировке и подготовке нефти неизбежные потери составляют 2% от общего объема добычи. Объемы нарушенных земель от разлива нефти в России за 1992 год составили 427 тыс. га.
В настоящее время только в Западной Сибири в амбарах находится более 2 млн. тонн нефтешламов и ежегодно добавляется не менее 0,25 млн. тонн. К этим цифрам необходимо добавить проливы от аварий на развитой сети нефтепроводов, нефтешламы зачистки резервуаров хранилищ. Так, по данным Транссибнефти (г. Омск), нефтяные остатки от зачистки резервуарного парка в год составляют 5000м3, а загрязнение фунтов от аварийных розливов до 1000 тонн в год.
В биогеохимическом воздействии нефти на экосистемы участвуют не только углеводородные компоненты, но и неорганические примеси, такие как минеральные соли и микроэлементы. Токсикологические действия одних компонентов могут быть нейтрализованы присутствием других, поэтому токсичность нефти не определяется токсичностью отдельных соединений, входящих в ее состав. Необходимо оценивать последствия влияния комплекса соединений в целом. При нефтяном
зафязнении тесно взаимодействуют три группы экологических факторов:
• сложность, уникальная поликомпонентность состава нефти, находящегося в процессе постоянного изменения;
• сложность, гетерогенность состава и структуры любой экосистемы, находящейся в процессе постоянного развития и изменения;
• многообразие и изменчивость внешних факторов, под воздействием которых находится экосистема: температура, давление, влажность, состояние атмосферы, гидросферы и т.д.
Вполне очевидно, что оценивать последствия загрязнения экосистем нефтью и намечать пути ликвидации этих последствий необходимо с учетом конкретного сочетания этих трех фупп факторов.
В первые недели и месяцы после загрязнения происходят в основном абиотические процессы изменения нефти в почве. Идет стабилизация потока, частичное рассеяние, понижение концентрации.
Содержание нефти в почве резко снижается в первые месяцы после загрязнения - на 40 - 50% за счет испарения легких фракций: бензиновой, легроиновой и частично керосиновой. В дальнейшем это снижение идет очень медленно. Меняются диагностические признаки остаточной нефти. Увеличивается доля веществ, не извлекаемых из почвы органическими растворителями.
