Покрытие для трубных досок и охлаждающих труб теплообменных аппаратов и способ его получения

 

Изобретение предназначено для защиты от коррозии и обрастания теплообменных аппаратов, преимущественно трубных досок и охлаждающих труб, эксплуатируемых в морской воде, а также может быть использовано для защиты от коррозии других судовых металлических конструкций, испытывающих одновременное воздействие морской или речной воды, обрастателей и нефтепродуктов. Покрытие для трубных досок и охлаждающих труб теплообменных аппаратов состоит из двух или более слоев на основе отверждаемых смол с целевыми наполнителями. В качестве смол используют модифицированные природные смолы, являющиеся побочными продуктами переработки твердых и/или жидких горючих ископаемых, содержащие эпоксидные, гидроксильные, аминные, карбоксильные и карбонильные группы. В качестве побочных продуктов переработки горючих ископаемых может быть использована смола пиролиза углей и жидкий нефтяной шлам. Способ получения предлагаемого покрытия на поверхности трубных досок и отходящих от них охлаждающих труб теплообменников включает подготовку предназначенных для нанесения покрытия поверхностей, нанесение на поверхности нижнего грунтовочного слоя, нанесение последующих слоев после отверждения предыдущих, причем на трубные крышки, трубные доски, входы и выходы охлаждающих труб наносят не менее двух слоев, а на сварные швы в контактных местах наносят не менее трех слоев. Изобретение позволяет повысить долговечность покрытия. 2 с. и 22 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к защите от коррозии и обрастания теплообменных аппаратов, преимущественно трубных досок и охлаждающих труб, эксплуатируемых в морской воде, а также может быть использовано для защиты от коррозии других судовых металлических конструкций, испытывающих одновременное воздействие морской или речной воды, обрастателей и нефтепродуктов.

Известно необрастающее покрытие для защиты от обрастания, содержащее клеевую композицию, обеспечивающую необходимые механические свойства покрытия, и комплекс примесей, обеспечивающих подавление оседания расселительных стадий обрастателей, в состав которых входит мелкодисперсный порошок β-активного радионуклеида в количестве, достаточном для создания высоких мощностей доз радиации в непосредственной близости от покрытия и обеспечения за счет этого обездвижения обрастателей и прерывания процесса обрастания [1] . Известное необрастающее покрытие не защищает теплообменный аппарат от выхода из строя, т.к. обездвиженные обрастатели будут забивать входы и выходы охлаждающих труб и пространство между трубной доской и крышкой. Помимо этого, ремонтопригодность такого покрытия осложняется из-за экологических последствий применения радионуклеида в составе покрытия в закрытом пространстве и создания в течение длительного времени высоких мощностей доз радиации.

Известен способ комплексной защиты от коррозии и обрастания в морской воде судовых и других конструкций, включающий нанесение противокоррозионного покрытия и противообрастающего покрытия в виде сплошного электропроводящего слоя [2] . Известный способ не обеспечивает бесперебойной длительной работы теплообменного аппарата, т. к. не предотвращает и не учитывает образование собственных поляризационных токов и множества гальванических элементов за счет появления на защищаемых поверхностях отдельных участков с различными электродными потенциалами, искажающими катодную и анодную поляризацию электропроводящего слоя.

В качестве прототипа выбрано покрытие для трубных досок и охлаждающих труб теплообменников, в частности пароконденсаторов, состоящее из нескольких слоев, на основе отверждаемых синтетических смол с обычными добавками, а также с политетрафторэтиленом [3]. Способ получения покрытия включает в себя подготовку предназначенных для нанесения покрытия поверхностей, нанесение на поверхности нижнего грунтовочного слоя, нанесение последующих слоев на еще реактивную поверхность отвержденного предыдущего слоя. Однако, известное техническое решение не учитывает разность электродных потенциалов металлов трубной доски, отходящих труб и трубной крышки, а также отрицательное влияние обрастателей на эксплуатационные свойства теплообменного аппарата. Кроме того, известный способ получения покрытия недостаточно технологичен, т.к. содержит требования, взаимно исключающие надлежащее качество покрытия при его выполнении, например сохранение реактивных участков покрытия будет препятствовать его качественной механической обработке, а отсутствие реактивного состояния слоя покрытия обеспечит качество механической обработки, но будет препятствовать прочности сцепления (адгезионной прочности) последующего с предыдущим, что приведет к расслоению покрытия и его разрушению, т. о. покрытие будет недолговечным, что приведет к снижению эффективности работы теплообменного аппарата и в дальнейшем к необходимости его замены. Кроме того, покрытие на основе используемой в нем эпоксидной смолы с течением времени дает большую усадку, что приводит к появлению усадочных напряжений и, как следствие, трещинообразованию. К тому же эпоксидная смола, аминные отвердители и политетрафторэтилен являются дорогостоящими целевыми продуктами промышленного производства, технология нанесения покрытия дорогостояща, энергоемка и сложна.

Целями создания изобретения являются повышение долговечности и технологичности покрытия, снижение стоимости работ по защите от коррозии теплообменных аппаратов.

Указанные цели достигаются следующим образом.

Предлагаемое покрытие для трубных досок и охлаждающих труб теплообменных аппаратов состоит из двух или более слоев на основе отверждаемых смол с целевыми наполнителями. В качестве смол используют модифицированные природные смолы, являющиеся побочными продуктами переработки твердых и/или жидких горючих ископаемых, содержащие эпоксидные, гидроксильные, аминные, карбоксильные и карбонильные группы.

Содержание модифицированной смолы в нижнем слое может составлять до 70 мас.%, а в верхнем слое - до 50 мас.%.

Лучше, когда модифицированная смола содержит поверхностно-активные вещества в виде алифатических аминов с длинной углеводородной цепью.

Лучше, когда каждый слой содержит пигмент в эффективных количествах в зоне сварных швов.

Лучше, когда модифицированная смола нижнего слоя содержит преобразователи продуктов коррозии - пирогаллол, и/или ароматические амины, и/или гидрохинон, и/или пирокатехин, и/или производные хинолина и фенола, а смола верхнего слоя содержит биоциды - нафталин, и/или антрацен, и/или фенантрен, и/или нафтол.

Лучше, когда структура нижнего слоя после отверждения является дисперсной и когда он выполнен изотропным.

Лучше, когда структура верхнего и/или промежуточного слоев после отверждения является доменной, а сами слои выполнены анизотропными.

Лучше, когда толщина слоев увеличивается от нижнего слоя к верхнему, а толщина слоев составляет - нижнего 10-30 мкм, верхнего - 150-300 мкм.

В качестве целевого наполнителя могут быть использованы оксиды металлов в дисперсной форме, например, железный сурик и/или вермикулит и/или двуокись титана и/или цинковый порошок и/или алюминиевая пудра.

В качестве побочных продуктов переработки горючих ископаемых лучше использовать смолу пиролиза углей и жидкий нефтяной шлам с содержанием последнего в смоле до 30 мас.%. Лучше использовать смолу пиролиза углей с содержанием гидроксильных групп до 4,50 мг-экв/г, а карбонильных групп до 1,90 мг-экв/г и нефтяной шлам с удельной плотностью 0,88-0,90 г/см³ при 20^oС, условной вязкостью не более 1,5 с при температуре 50^oС и температурой застывания не выше -30^oС.

Способ получения предлагаемого покрытия на поверхности трубных досок и отходящих от них охлаждающих труб теплообменников включает подготовку предназначенных для нанесения покрытия поверхностей, нанесение на поверхности нижнего грунтовочного слоя, нанесение последующих слоев после отверждения предыдущих, причем на трубные крышки, трубные доски, входы и выходы охлаждающих труб наносят не менее двух слоев, а на сварные швы в контактных местах наносят не менее трех слоев.

Трубные крышки, трубные доски, входы и выходы охлаждающих труб лучше покрывать одним нижним слоем, а сварные швы в контактных местах - двумя.

Трубные крышки лучше покрывать одним верхним слоем; трубные доски, входы и выходы охлаждающих труб - одним промежуточным и одним верхним слоем, а сварные швы в контактных местах - двумя промежуточными и одним верхним слоем.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен план трубной доски с покрытием, на фиг.2 - фрагмент разреза теплообменного аппарата, на фиг. 3 - покрытие сварного шва в месте примыкания входа и выхода охлаждающих труб. Теплообменный аппарат 1, представленный на фиг.1-3, содержит трубную доску 2, вход 3 и выход 4 охлаждающих труб 5, трубную крышку 6 и сварные швы 7 в зоне примыкания труб 5 к доске 2. Покрытие 8 состоит из нижнего грунтовочного изотропного слоя 9 с дисперсной структурой после отверждения (дополнительный нижний слой 10 - в зоне сварного шва, отличающийся по цвету в целях контроля), последующего анизотропного слоя 11 с доменной структурой после отверждения (дополнительный последующий слой 12 - в зоне сварного шва, отличающийся по цвету в целях контроля) и верхнего анизотропного слоя 13 с доменной структурой после отверждения.

Изобретение поясняется на примере покрытия деталей конденсатора рефрижераторной установки транспортного рефрижератора.

1) Изготовление состава покрытия.

Используют смесь отходов производства: смолу пиролиза каменных углей и нефтяной шлам при соотношении компонентов 7-10:0-3 мас.ч. при следующем содержании гомологических и генетических рядов органических соединений в исходных природных смесях и следующего состава мас.%: фенолы и алкилфенолы - до 50; нейтральные соединения - до 95. В частности используют смолу пиролиза резинитовых углей с содержанием гидроксильных групп до 4,50 мг-экв/г, а карбонильных групп до 1,90 мг-экв/г, и нефтяной шлам, имеющий температуру застывания не выше - 30"С, плотность при температуре 20^oС не более 0,9 г/см³ и условную вязкость при температуре 50^oС не более 1,5 с. Смесь предварительно модифицируют путем термической обработки в присутствии до 1 мас.% аминного соединения, например гексаметилентетрамина. В состав полученной смеси после модификации, в частности, входят следующие соединения: а) антиоксиданты - оксибензол, гидрохинон, алкилфенолы, хинолин, ароматические амины, производные хинолина и фенола; б) антиозонанты - оксибензол, алкилфенолы, ароматические амины, производные хинолина и фенола, парафины; в) биоциды (фунгициды, бактерициды) - нафталин, антрацен, фенантрен, фенолы, β-нафтол, пирокатехин, алкилфенолы, ароматические амины; г) ингибиторы коррозии - пирогаллол, ароматические амины; д) гидрофобизираторы - парафины, карболовые кислоты, фенолоспирты, оксибензиламины; е) растворители - алифатические спирты, кетоны, ароматические углеводороды.

В состав для всех слоев вводят железный сурик - в слои 9 и 10 до 30 мас. %; в слои 11 и 13 до 50 мас.%; в слой 12 вводят железный сурик вместе с алюминевой пудрой до 50 мас.%.

2) Подготовка поверхности.

Очистку поверхности от непрочно держащихся продуктов коррозии, старой краски, окалины и сварочных брызг проводят стальными щетками, особенно тщательно в зоне сварных швов 7. Затем поверхности обезжиривают растворителем 646.

3) Нанесение покрытия.

Нанесение слоев покрытия осуществляется жесткими кистями непосредственно после обезжиривания. Нижний слой 9 наносят толщиной 15-25 мкм, последующий слой 11 толщиной 75-100 мкм наносят на неполностью отвержденную (до состояния отлила) поверхность слоя 9, то есть в его реактивном состоянии. Верхний слой 13 наносят толщиной 150-300 мкм также на неполностью отвержденный слой 11. Трубные доски 2, входы 3 и выходы 4 охлаждающих труб 5 покрывают тремя слоями, в т.ч. одним нижним слоем 9. Трубные крышки 6 покрывают двумя слоями, в т.ч. одним нижним слоем 9 и одним верхним слоем 13. Сварные швы 7 покрывают пятью слоями, в т.ч. двумя нижними слоями 9 и 10, двумя последующими слоями 11 и 12 и одним верхним слоем 13.

Источники информации 1. Заявка РФ 98101309/04, 1999.

2. Заявка РФ 95100070/02, 1996.

3. Патент РФ 2138752, 1999.

Формула изобретения

1. Покрытие для трубных досок и охлаждающих труб теплообменных аппаратов, состоящее из двух или более слоев, на основе отверждаемых смол с целевыми наполнителями, отличающееся тем, что в качестве смол использованы модифицированные природные смолы, являющиеся побочными продуктами переработки твердых и/или жидких горючих ископаемых, содержащие эпоксидные, гидроксильные, аминные, карбоксильные и карбонильные группы.

2. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что содержание модифицированной смолы в нижнем слое составляет до 70 мас. %.

3. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что содержание модифицированной смолы в верхнем слое составляет до 50 мас. %.

4. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что модифицированная смола содержит поверхностно-активные вещества в виде алифатических аминов с длинной углеводородной цепью.

5. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что в зоне сварных швов каждый слой содержит пигмент в эффективных количествах.

6. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что модифицированная смола нижнего слоя содержит преобразователи продуктов коррозии пирогаллол, и/или ароматические амины, и/или гидрохинон, и/или пирокатехин, и/или производные хинолина и фенола.

7. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что структура нижнего слоя после отверждения является дисперсной.

8. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что нижний слой выполнен изотропным.

9. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что модифицированная смола верхнего слоя содержит биоциды нафталин, и/или антрацен, и/или фенантрен, и/или нафтол.

10. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что структура верхнего и/или промежуточного слоев после отверждения является доменной.

11. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что верхний и/или промежуточный слои выполнены анизотропными.

12. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что толщина слоев увеличивается от нижнего слоя к верхнему.

13. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что в качестве целевого наполнителя используют оксиды металлов в дисперсной форме.

14. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что в качестве побочных продуктов переработки горючих ископаемых используют смолу пиролиза углей и жидкий нефтяной шлам с содержанием последнего в смоле до 30 мас. %.

15. Покрытие по п. 12, отличающееся тем, что толщина нижнего слоя составляет 10-30 мкм, верхнего 150-300 мкм.

16. Покрытие по п. 14, отличающееся тем, что используется смола пиролиза углей с содержанием гидроксильных групп до 4,50 мг-экв/г, а карбонильных групп до 1,90 мг-экв/г.

17. Покрытие по п. 14, отличающееся тем, что используется нефтяной шлам с удельной плотностью 0,88-0,90 г/см³ при 20^oС, условной вязкостью не более 1,5 с, при температуре 50^oС и температурой застывания не выше 30^oС.

18. Покрытие по п. 5 или 13, отличающееся тем, что в качестве наполнителя используют железный сурик, и/или вермикулит, и/или двуокись титана, и/или цинковый порошок, и/или алюминиевую пудру.

19. Способ получения многослойного покрытия по любому из пп. 1-18 на поверхности трубных досок и отходящих от них охлаждающих труб теплообменников, включающий в себя подготовку предназначенных для нанесения покрытия поверхностей, нанесение на поверхности нижнего грунтовочного слоя, нанесение последующих слоев после отверждения предыдущих, отличающийся тем, что на трубные крышки, трубные доски, входы и выходы охлаждающих труб наносят не менее двух слоев, а на сварные швы в контактных местах наносят не менее трех слоев.

20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что трубные крышки, трубные доски, входы и выходы охлаждающих труб покрывают одним нижним слоем.

21. Способ по п. 19, отличающийся тем, что сварные швы в контактных местах покрывают двумя нижними слоями.

22. Способ по п. 20, отличающийся тем, что трубные крышки покрывают одним верхним слоем.

23. Способ по п. 20, отличающийся тем, что трубные доски, входы и выходы охлаждающих труб покрывают одним промежуточным и одним верхним слоем.

24. Способ по п. 21, отличающийся тем, что сварные швы в контактных местах покрывают двумя промежуточными и одним верхним слоем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3