Введение к работе
Актуальность работы
Добыча и транспортирование нефтепродуктов для России, которая по разведанным запасам нефти находится на 6-м месте в мире, всегда были и остаются одними из важнейших составляющих экономики страны. Экономическая эффективность транспортирования нефтепродуктов во многом зависит от их свойств. Основная трудность - резкое снижение скорости и объемов перекачки при снижении температуры нефтепродуктов из-за возрастания их вязкости. В регионах с низкой температурой окружающей среды вязкость нефтепродуктов может достигнуть таких значений, что затраты на перекачку превышают стоимость добываемой нефти. Но около 70 % разведанных (балансовых) запасов нефти России находится в Томской и Тюменской областях Западной Сибири, где среднегодовая температура составляет всего 0-2 С. Это заставляет использовать методы прокачки «горячей» нефти для предотвращения ее загустевания в каналах путем нагрева ее иногда до 200 С. К тому же изоляция должна быть эффективной в условиях пожара при разливе нефти. Такие условия заставляют предъявлять к материалам для теплоизоляции трубопроводов требования не только по теплоизоляции, но и по термоустойчивости, огнестойкости и негорючести. А сложные условия монтажа и ремонта теплоизоляции предъявляют дополнительные требования по изготовлению элементов теплоизоляции максимальной заводской готовности, т.е в виде формованных изделий.
Номенклатура отечественных теплоизоляционных материалов, предназначенных для тепловой изоляции трубопроводов, не слишком разнообразна. Она представлена в основном традиционно применяемыми материалами и изделиями на основе минеральной, шлаковой или стеклянной ваты. К сожалению, отечественная промышленность теплоизоляционных материалов не выпускает в достаточном количестве высокотехнологичные формованные изделия, хотя известно, что формованные теплоизоляционные изделия максимальной заводской готовности позволяют не только резко сокращать сроки ввода трубопроводов в эксплуатацию, но и улучшают теплофизические параметры работы изоляции.
Среди теплоизоляционных материалов своей эффективностью выделяются пористые материалы и изделия, изготовленные на основе жидкого стекла. Отличительными их характеристиками являются: высокая пористость с преобладанием закрытых пор; высокая температура применения - до 800 С; негорючесть; биостойкость; доступность материалов для изготовления жидкого стекла.
В ходе предварительных работ с участием автора, было установлено, что на основе натриевого жидкого стекла возможно получение ряда эффективных компонентов для изготовления теплоизоляционных изделий равномерной мелкопористой структуры, а именно:
на основе модифицированного жидкого стекла возможно изготовление силикатнатриевого пористого заполнителя, выполняющего функцию макроструктурирующего компонента;
на основе товарного натриевого жидкого стекла возможно получение силикатного высокопористого мелкодисперсного наполнителя, выполняющего функцию микроструктурирующего компонента.
Использование для изготовления теплоизоляционных изделий, подвергающихся нагреву, минеральных компонентов близкого вещественного состава является также весьма актуальным, так как предопределяет высокую термическую стойкость и огнестойкость.
Цели и задачи
Целью работы явилась разработка технологии изготовления формостабильных (цилиндры, полуцилиндры, сегменты) минеральных теплоизоляционных огнестойких изделий с плотностью не выше 500 кг/м3 и с температурой применения до 600 С, пригодных для использования в качестве теплоизоляции нефтетрубопроводов.
Поставленная цель позволяет сформулировать следующие задачи настоящей работы:
-
Проанализировать эксплуатационные характеристики теплоизоляционных материалов и конструкций, в том числе применяемых для тепловой изоляции трубопроводов.
-
Разработать модель структуры и технологии изготовления теплоизоляционных формованных изделий, обеспечивающие достижение поставленной цели, определить влияние технологических факторов, вида и количества инертных наполнителей на физико-механические характеристики вспученных пористых гранул.
-
Установить возможность получения высокопористого материала (матрицы), обладающего высокой и равномерно распределенной пористостью, а также высокой адгезией к вспученным гранулам на основе модифицированного растворимого натриевого стекла, и установить основные технологические параметры получения такой «матрицы» с оптимальной структурой.
-
Установить основные технологические параметры получения готовых формованных поризованных изделий, изготовить опытные формованные поризованные изделия по разработанной технологии и провести их испытания, определить основные физико-механические и эксплутационные характеристики полученных формованных поризованных изделий.
5. Изучить возможности повышения водостойкости формованных
поризованных изделий на основе модифицированного жидкого натриевого
стекла.
6. Разработать технологический регламент на опытное производство
формостабильных изделий с высокоячеистой структурой на основе
модифицированного жидкого натриевого стекла.
Научная новизна
Разработана модель структуры, обеспечивающая наибольшую стабильность в условиях нестабильного нагрева.
Определено влияние технологических факторов, вида и количества инертных наполнителей на физико-механические характеристики пористых заполнителей, изготовленных на основе модифицированного жидкого натриевого стекла (МЖНС).
Впервые установлена возможность использования высокопористого наполнителя, полученного с помощью низкотемпературного вспучивания жидкого стекла, для получения высокопористого материала однородной мелкопористой структуры (матрицы).
Впервые исследована способность высокопористой матрицы к адгезии к поверхности пористых заполнителей (гранул), изготовленных на основе модифицированного жидкого натриевого стекла (МЖНС).
Впервые установлены основные технологические параметры изготовления теплоизоляционных формованных изделий, обеспечивающие получение формостабильных (цилиндры, полуцилиндры, сегменты) теплоизоляционных огнестойких изделий минерального состава с плотностью не выше 500 кг/м3 и с температурой применения до 600 С.
Определена возможность снижения водопоглощения и повышения водостойкости формованных поризованных изделий (ФПИ), изготовленных по разработанной технологии.
Определены основные физико-механические и эксплутационные характеристики формованных поризованных изделий (ФПИ), изготовленных по разработанной технологии.
Практическая значимость работы
Разработаны новый высокопористый структурированный теплоизоляционный материал на основе жидкого натриевого стекла и технология изготовления изделий из него.
На лабораторной действующей модели теплового аппарата барабанного типа определены технологические параметры получения пористого заполнителя с требуемыми физико-механическими характеристиками.
Установлены параметры получения формованных высокопористых изделий на основе пористого гранулированного материала и высокопористой матрицы, имеющих между собою высокую адгезионную способность.
Разработан технологический регламент на производство формостабильных изделий с равномерной высокопористой мелкоячеистой структурой на основе жидкого натриевого стекла.
Проведены опытно-промышленные испытания формованных поризованных изделий (ФПИ), изготовленных по разработанной технологии. Апробация работы
Основные результаты работы прошли апробацию на научных и научно-методических конференциях (64-я, 65-я, 66-я Всероссийские научно-технические конференции по итогам НИР СГАСУ за 2006 - 2008 гг.; III Международная научно-методическая конференция. СГАСУ. Самара. 2010; XV Академические чтения РААСН. Казань, 2010).
^
Разработанные технология и теплоизоляционные изделия, изготовленные по ней, прошли успешную производственную апробацию на предприятии Самарской области - Обособленное подразделение «Тепловые сети» Муниципального Унитарного Предприятия «ПО КХ г. Тольятти», где использовались для изготовления формованных изделий, предназначенных для теплоизоляции паропровода с температурой 100 С, и участка котлоагрегата типа ДКВР с рабочей температурой 600 С, что по условиям работы идентично работе нефтетрубопроводов с горячей системой перекачки нефтепродуктов.
Основные теоретические положения и практические результаты исследований используются в учебном процессе кафедрой «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» СГАСУ в курсах дисциплин «Технология пористых заполнителей» и «Технология теплоизоляционных материалов и изделий».
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК, получен патент на изобретение.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, 4 приложений и библиографического списка литературы, включающего 150 наименований. Работа имеет общий объем 136 страниц машинописного текста, содержит 24 таблицы, 27 рисунков.
