Проект мобильной установки по нанесению покрытий на внутреннюю поверхность резервуаров

Одной из важных проблем нефтехимии и нефтепереработки является коррозия емкостного оборудования (сепараторы, резервуары и т. п.), изготовленного из обычной низкоуглеродистой стали, не обладающей стойкостью к коррозионно-активным средам.

Известно, что ущерб, причиняемый коррозией народному хозяйству, не ограничивается невозвратимой потерей металла. Эффективная защита от коррозии таких больших поверхностей представляет собой важнейшую научно-техническую проблему, решение которой определяется общим уровнем развития химической, электротехнической и других отраслей промышленности. Нормативный срок службы резервуаров составляет 20 лет, но срок их эксплуатации при антикоррозионной защите может достигать многих десятков лет. Приведем пример основных способов защиты металлов.

Под неметаллическими покрытиями подразумеваются покрытия металлов, дерева, штукатурки и других материалов тонкими слоями неметаллических веществ, обеспечивающих защиту от действия окружающей среды, а также декоративный эффект. Неметаллические покрытия могут быть разделены на две основные группы:

— органические покрытия;

— неорганические покрытия.

Непрерывной средой органических покрытий является органическое вещество, в лаках и красках — органический пленкообразователь, в защитных смазках — минеральные масла, а при гумировании — листы резины или пластические массы.

Неорганические неметаллические покрытия представляют собою либо полученные на поверхности металлов неорганические соединения — фосфаты, окислы и т. д., либо покрытия на основе силикатных эмалей и цемента. Наиболее широкое промышленное значение имеют органические лакокрасочные покрытия.

Основой лакокрасочного покрытия являются органическое пленкообразующее вещество и пигмент. В тех случаях, когда в покрытии присутствуют пигменты, они оказывают существенное влияние на свойства покрытия.

Пигментированные пленки сильно отличаются от непигментированных.

Неметаллические покрытия являются основным практическим средством защиты черных металлов от коррозии. Ежегодно на производстве разрушаются около 1…2% общего количества черных металлов, находящихся в эксплуатации.

В последнее время значительно усилена борьба с коррозией, однако и теперь огромное количество металла теряется вследствие недостаточно эффективной защиты, в частности из-за неправильного его окрашивания. Лакокрасочные покрытия имеют существенные преимущества перед другими видами защитных покрытий. Они в большинстве случаев наиболее удобны по методу нанесения, выгодны по стоимости работ и часто более долговечны, чем металлические или другие виды защитных покрытий.

Защитные свойства любого покрытия обуславливаются двумя важнейшими факторами:

— механическими и химическими свойствами самой пленки;

— сцеплением — связью между пленкой и покрываемой поверхностью.

Первый фактор не зависит от покрываемой поверхности и всецело определяется свойствами пленкообразователя и других компонентов пленки.

Второй фактор определяется как физическими и химическими свойствами покрываемой поверхности, так и силами взаимодействия этой поверхности с материалом, которым ее покрывают. Этот фактор в технологии покрытий играет существенную роль.

Применение для металлических покрытий новых, более эффективных лаков, красок и других материалов, не содержащих пищевых масел, механизация и автоматизация техники окраски, увеличение срока службы покрытий — основные средства для решения поставленных задач.

1. Литературный обзор

1.1 Способы защиты резервуаров от коррозии

Поскольку коррозия металлов является вредным процессом, приносящие большие экономические убытки, то разработке эффективных способов защиты металлических изделии уделяется много внимания. Приведем пример основных способов защиты металлов.

Изоляция поверхности металла от агрессивной среды с помощью лаков, красок, эмалей, пластических масс, пассивирующих и металлических пленок и др. При использовании металлических покрытии учитывают электрохимические свойства металлов покрытия и основы. По характеру антикоррозионного действия различают анодные и катодные покрытия. Анодные обладают в данной среде более отрицательным электродным потенциалом, чем защищаемый металл. Нарушений целостности покрытия в присутствии электролита на поверхности изделия образуется локальный гальванический элемент, в котором анодом растворимым электродом — будет металл покрытия, металл основы — катодом коррозии подвергаться не будет.

Одним из наиболее надежных способов защиты металла от коррозии является создание на его основе сплава с другими металлами, обладающего высокой склонностью к образованию пассивных защитных пленок (легирования).

Обработка коррозионной среды, снижает её агрессивность. В первую очередь это связано с уменьшением содержания в агрессивной среде кислорода, который, как показано выше, стимулирует коррозионный процесс. Например, в паровой энергетике вода подвергается обработке, направленной на снижение в ней содержания растворённого кислорода. В некоторых случаях в агрессивную среду вводятся дополнительные вещества — ингибиторы (замедлители) коррозии. Эти вещества, главным образом высокомолекулярные органические соединения, адсорбируясь на границе раствор — металл, способствует росту электродной поляризации на катодных участках локальных гальванических элементов. Это, согласно основным положениям электрохимической теории коррозии, уменьшает коррозионный ток и ослабляет коррозию металла. Особенно эффективно действие ингибиторов при коррозии с выделением водорода.

Поддержание такого энергетического состояния металла, при котором процесс его растворения термодинамически невозможен или протекает с очень малой скоростью. К этой группе относится способ защиты металла, находящегося в растворе электролита с достаточно высокой электрической проводимостью. Защищаемый металл от внешнего источника тока поляризуется катодно, причём ему сообщается такой потенциал, при котором его растворение исключается или значительно ослабляется. Анодом в этой системе служит дополнительный брусок металла, находящийся в данных условиях в пассивном состоянии.

Метод протекторной защиты заключается в том, что создаётся система, в которой к защищаемой конструкции присоединён металл (протектор), обладающий более отрицательным потенциалом (например, цилиндр, при защите стального изделия). Таким образом, создаётся гальванический элемент, растворимый электродом, анодом которого является протектор. Защищаемый металл в этой системе работает как катод и коррозии не подвергается.

Оба последних метода эффективны для защиты крупных, стационарных металлических сооружений.

1.2 Виды покрытий применяемых при окраске резервуаров

Для окраски большинства резервуаров применяют эмали типа ХВ₁₂₅, ХВ₇₈₅, НЦ₁₃₂, ХВ₁ 120, ЭП₇₇₃, лак ПФ₁₇₁ с алюминиевой пудрой, лак каменноугольный, лак ГФ₉₅ с алюминиевой пудрой, некоторые другие лакокрасочные материалы специального назначения.

В зависимости от состава пигментов и пленкообразующей основы лакокрасочные покрытия играют роль барьера, пассиватора и протектора, и их защитные действия обуславливаются двумя основными факторами: механической изоляцией защищаемой поверхности от внешней среды; химическим или электрохимическим взаимодействием покрытия с защищаемой поверхностью.

Для обеспечения падежной механической изоляций защищаемой металлической поверхности необходимо получить сплошное, химически стойкое, хорошо сцепленное с поверхностью лакокрасочное покрытие требуемой толщины.

В зависимости от способа обработки поверхности для каждого вида лакокрасочного покрытия установлена минимальная толщина для шероховатых поверхностей, полученных в результате дробеструйной обработки, минимально допустимая толщина покрытия должна быть в 2…3 раза больше, чем по гладкой поверхности, однако адгезия лакокрасочных покрытии, нанесенных на шероховатую поверхность, значительно лучше.

Срок службы лакокрасочных покрытий по металлу при эксплуатации в агрессивных средах в основном пропорционален толщине покрытия. Но так как значительное увеличение толщины слоя приводит к ухудшению адгезии и прочности, необходимо при выполнении лакокрасочных работ обеспечивать толщину в заданных пределах.

Химическое и электрохимическое взаимодействие покрытия с поверхностью металла обусловлено введением компонентов, содержащих фосфорную кислоту (фосфатирующие грунтовки), которая при нанесении на стальную поверхность образует покрытия с высокими адгезионными и пассивирующими свойствами. Пассивирующими свойствами обладают также лакокрасочные покрытия, в которых пигментами являются свинцовые сурик, хромат цинка, бария, стронция, калия и некоторых другие пигменты.

В качестве пленкообразователей применяют материалы, образующие прочные не набухающие пленки на основе полиэтилена, полистирола, хлоркаучука, поливиниловых смол, полиакрилов, алкидных и фенольных смол, а также пластификаторы.

Важным фактором, влияющим на долговечность лакокрасочного покрытия, является качество подготовки поверхности под окраску.

1.3 Подготовка поверхности перед нанесением покрытия

Выбор способа подготовки поверхности Детали или изделия непосредственно перед нанесением защитных покрытий подвергаются механической, термической, химической и электрохимической обработке.

Механическая обработка предпринимается для удаления окалины, ржавчины, шлаковых включений, старой краски, устранения царапин, неровностей и других дефектов.

Термическая обработка применяется для удаления окалины, ржавчины и старой краски.

К химическим и электрохимическим видам обработки относятся:

— травление и декапирование с целью удаления окалины и продуктов коррозии;

— обработка в щелочных растворах и в органических растворителях для удаления жировых и масляных загрязнении.

Выбор того или другого способа подготовки поверхности должен производится в зависимости от характера и количества загрязнении, природы покрываемого металла, чистоты поступающих на отделку изделии и, наконец, от назначения наносимого покрытия.

Механическая обработка поверхности Применяются следующие виды механической обработки:

— пескоструйная, дробеструйная или дробеметная очистка;

— крацевание;

— шлифовка и очистка ручным инструментом.

Пескоструйная очистка является одним из эффективных методов подготовки поверхности. Она особенно пригодна для удаления окалины, ржавчины и старых покрытий.

Сущность процесса пескоструйной очистки состоит в том, что струя просеянного и просушенного кварцевого песка направляется сжатым воздухом через специальное сопло на поверхности изделия. Песок, ударяясь о поверхность изделий, очищает ее; поверхность становится серой, матовой, приобретая при этом равномерную шероховатость, обеспечивающую хорошую прилипаемость покрытия.

Крацевание является разновидностью механической обработки поверхности и заключается в обработке изделий с помощью быстро вращающихся дисковых проволочных щеток.

При крацевании с поверхности изделий удаляется заусеницы, окалины, окисные пленки, продукты коррозии, травильный шлак, а также очень тонкий слой металла.

Шлифование производится для придания изделиям ровной и гладкой поверхности, а также для удаления окисных пленок. Эта операция широко применяется при подготовке поверхности к окрашиванию и оксидированию.

Процесс шлифования осуществляется на станках или ручным способом при помощи абразивных дисков ил кругов, шлифовочными шкурками, а также порошкообразными абразивными материалами. При шлифовании острыми режущими гранями мелких зерен абразивных материалов снимается тонкий поверхностный слой металла.

Очистка ручным инструментом является простым, но трудоемким процессом. Для механического удаления окалины, ржавчины, различных загрязнений, старой краски применяется металлические скребки, шпатели, проволочные щетки и т. д.

Термическая обработка поверхности Удаление окалины, ржавчины, старой краски, масел и т. д., можно производить при помощи пламени, например кислородно-ацетиленовой или керосиново-кислородной горелкой. При термической обработке окалина, имеющая не большой коэффициент теплового расширения, легко растрескивается и отслаивается. Ржавчина при этой обработке разрыхляется. Термический способ очистки экономичен и отличается большой производительностью.

Химическая и электрохимическая обработка Травлением называется обработка металлических изделий в растворах кислот, кислых солей или щелочей с целью удаления окислов с поверхности металла. Технология травления сводится к погружению изделия в соответствующие растворы, реагирующие с окислами данного металла.

Декапирование. Для быстрого удаления легкого налета окислов, образующихся на поверхности очищенных изделий, главным образом при транспортировке и хранении, применяется обработка в слабых растворах кислот. Этот процесс носит название и предпринимается непосредственно перед нанесением защитных покрытий.

Обезжиривание Удаление с поверхности изделия жировых и масляных загрязнений производят при помощи веществ, которые растворяют жиры и масла или эмульгируют их.

Для обезжиривания применяются:

— органические растворители;

— щелочные растворы.

Обезжиривание органическими растворителями При обезжиривании органическими растворителями обычно применяют бензин, лаковый керосин, скипидар, дихлорэтан, трихлорэтан, тетрохлорэтилен, четыреххлористый углерод. Существенными недостатками органических растворителей является ядовитость их паров и сравнительно высокая стоимость.

Обезжиривание щелочными растворителями Растворы едких щелочей применяются для обезжиривания металлов, трудно или совсем не растворяющихся в щелочах, как: железо, стали чугуна, никеля, меди и др. Нельзя обезжиривать в растворах, содержащих только едкие щелочи, изделия из олова, свинца, цинка, алюминия, а также изделии из черных металлов, имеющих оловянную пайку.

В этом случае употребляют растворы щелочных солей, например углекислый натрий, фосфорнокислый натрий, носит название и предпринимается непосредственно перед нанесением защитных покрытий.

Обезжиривание Удаление с поверхности изделия жировых и масляных загрязнений производят при помощи веществ, которые растворяют жиры и масла или эмульгируют их.

Для обезжиривания применяются:

— органические растворители;

— щелочные растворы.

Обезжиривание органическими растворителями При обезжиривании органическими растворителями обычно применяют бензин, лаковый керосин, скипидар, дихлорэтан, трихлорэтан, тетрохлорэтилен, четыреххлористый углерод. Существенными недостатками органических растворителей является ядовитость их паров и сравнительно высокая стоимость.

В этом случае употребляют растворы щелочных солей, например углекислый натрий, фосфорнокислый натрий, углекислый калий, растворимое стекло, мыло и др.

Электрохимическое обезжиривание При электрохимическом обезжиривании применяются растворы такого же состава, как при химическом обезжиривании. Производится как анодная, так и катодная обработка; чаще применяют катодное обезжиривание или комбинированную обработку, — сначала на катоде, а затем на аноде.

Применение ультразвуковых колебаний для очистки металлических изделий Ультразвуковые колебания нашли широкое применение в технике для интенсификации различных технологических процессов, в частности для ускорения процессов обезжиривания и травления металлических поверхностей. Наиболее эффективным является применение ультразвуковых колебаний для очистки мелких деталей, а также сложной конфигураций, когда обычные способы очистки связаны со значительной продолжительностью процесса и низким качеством очистки труднодоступных участков. В настоящее время ультразвуковые колебания применяются также при очистке среднеи крупногабаритных изделий.

1.4 Способы нанесения покрытий на поверхность резервуаров

Лакокрасочные покрытия наносят на поверхности резервуаров, пневматическим или безвоздушным распылением, а также кистью или валиком.

В связи с тем, что методы нанесения покрытия и сушки, а также выбором оборудования, используемого для выполнения этих операций, зависят от размеров, конструктивных и технологических особенностей изделий.

Преимуществами метода пневматического распыления является простота и надежность в обслуживании окрасочных установок, а также возможность применения в различных производственных условиях при окраске средних, крупных и крупногабаритных резервуаров. Недостатки метода пневматического распыления — значительные потери лакокрасочного материала (от 25 до 50%), ухудшение санитарно-гигиенических условий труда, что обусловлено образованием тумана, и повышенный расход растворителей. Для снижения потерь лакокрасочных материалов и растворителей, а также улучшения условий труда разработаны краскораспылители с ограничителем давления КРП₃ и КРП₄ с усовершенствованным устройством изменения формы факела. Все большее распространения получает метод безвоздушного распыления под высоким давлением. Окраску этим методом можно производить как в производственных помещениях, так и в окрасочных камерах. В этом случай значительно уменьшается (20%) расход растворителей и улучшаются условия труда, поскольку применяют более вязкие материалы, и уменьшается туманнообразование. Однако указанные преимущества могут быть обеспечены только при окраске поверхностей простой конфигурации.

Для выполнения лакокрасочных работ в производственных помещениях, где производят сборку крупногабаритных изделий наиболее приемлемы малогабаритные переносные установки типа «Факел₃», «Радуга 0,63П» и «2600Н» производства ВНР и Вильнюсского завода строительно-отделочных машин по лицензии фирмы «Вагнер» (Швейцария). Установка «Радуга 0,6ЗП' предназначена для безвоздушного распыления лакокрасочных материалов как одним, так и двумя краскораспылителями с исходной вязкостью до 50 с (по ВЗ₄) при давлении до 20 МПа.

В НПО «Лакокраскопокрытие» разработана установка для безвоздушного распыления КИП_1654 с одним краскораспылителем в обычном исполнении и другим краскораспылителем КРБ₁, снабженным поворотной головкой с удлинителем. Краскораспылителем КРБ₁ можно наносить лакокрасочные материалы на труднодоступные участки изделий. Для окраски крупногабаритных изделий, имеющих значительные размеры (например, колонная, емкостная аппаратура), можно использовать краскораспылители КСД₁ со встроенным в него насосом высокого давления.

Преимущество этого краскораспылителя состоит в том, что он снабжен верхним стаканом для краски, т. е. отпадает необходимость в применении шлангов большой длины для подачи лакокрасочного материала в распылительное устройство и исключается их промывка после окончания работ.

Прогрессивным методом окраски является электростатическое распыление краски. Сущность этого метода заключается в том, что частицы краски, попадая в зону электрического поля высокого потенциала, приобретают электрический заряд и осаждаются на подлежащей окраске заземленной поверхности, имеющий противоположный заряд. Метод позволяет значительно (от 30 до 50% по сравнению c пневматическими) сократить расход лакокрасочного материала и создает возможность механизации процесса. Ручные электростатические распылители можно использовать для окраски изделий сложной формы и различных размеров.

Для окраски изделий в электростатическом поле предназначены установки «УЭРЦ₄», «УЭРЦ₅ изготовленные в нашей стране, а также установки «Хандепрей II» и «Хандепрей III», «Констат ХГ₂», «Наfe» изготовленные в ВНР.

При окраске изделии в электростатическом поле применяются разбавители марок РЭ (ГОСТ 18 187) которые представляют собой смеси сложных эфиров, кетонов, спиртов и ароматических углеводородов.

В условиях единичного и мелкосерийного производства при коротких перерывах, чтобы исключить высыхание краски при применении быстросохнущих материалов, необходимо освободить шланг от краски, а краскораспылитель не разбирая, опустить форсункой вниз в сосуд с растворителем. Если перерыв в работе более 10 часов, краскораспылитель необходимо тщательно промыть растворителем.

1.5 Виды распыляющих устройств

Способ распыления зависит от конструкции распыляющего устройства.

Каждый из распылителей имеет свои преимущества и недостатки, связанные с особенностями дробления подводимой струи жидкости, с учётом которых можно выбрать наиболее целесообразную конструкцию распыления для конкретных условий его работы.

По конструктивному выполнению основных элементов эти устройства можно разделить на следующие классы:

Струйные форсунки являются наиболее простыми в конструктивном оформлении и представляют собой цилиндрическую трубку, из которой под давлением вытекает струя жидкости, распадающаяся на капли и образующая факел с малым углом при вершине.

Центробежные форсунки. В таких форсунках движущаяся под давлением жидкость закручивается в завихрителе с тангенциально расположенными каналами (ось каналов перпендикулярно размещена под углом к оси форсунки, но не пересекается с ней). И за счет создаваемого интенсивного вращательного движения в камере поступает в сопло, на выходе из которого распадается на мелкие капли, приобретая форму полого конуса. Для образования такого факела жидкость в форсунку подводятся под большим давлением от 300 до 1000 кПа. Диапазон изменения давления зависят главным образом от требуемой дисперсности распыла, физических свойств жидкости и размеров дозирующих элементов. Вследствии высокого давления жидкости на выходе в центробежную форсунку размеры ее сопла и тангенциальных каналов обычно находится в пределах от 0,5 до 3 мм. Форсунки широко применяются для распыления однородных маловязких жидкостей. Схема центробежной форсунки представлена на рисунке 1.

Разновидностью центробежных форсунок являются шнековые форсунки. Отличительный признак этих форсунок состоит в том, что закручивание жидкости производится с помощью завихрителя, выполненного в форме шнека, на поверхности которого расположены винтовые каналы.

Пневматические форсунки. Эти форсунки отличаются тем, что жидкость в них дробится под воздействием подаваемого под давлением воздуха или газа. Схема пневматической форсунки представлена на рисунке 2.

1 — сопло с камерой закручивания; 2 — шайба; 3 — корпус; 4 — гайка;

5 — завихритель Рисунок 1 — Конструктивная схема центробежной форсунки

1 — диск с тангенциальными каналами; 2 — сопло Рисунок 2 — Конструктивная схема пневматической форсунки Эти форсунки условно можно разделить на две группы — низкого и высоко го давления. К первой группе относятся форсунки с избыточным давлением распиливающего агента до 10 кПа, ко второй — от 10 до 1000 кПа и более.

Пневматические форсунки широко используются для распыления вязких жидкостей и растворов. Их применение особенно целесообразно, если в растворе твердые частицы. Большие размеры проходных сечений каналов форсунки значительно снижают возможность их засорения.

Ультразвуковые форсунки. В форсунках этого типа струя или пленка из щели, дробится под воздействием ультразвуковых колебании воздуха, создаваемых генератором, или под действием быстрых вертикальных перемещений пластинки, происходящих с ультразвуковой частотой.

Форсунки имеют хорошую дисперсность распыления жидкости, достигающую в некоторых конструкциях от 10 до 15 мкм. Однако эти форсунки, как правило, используются в технологических процессах с небольшими расходами распыляющей жидкости (от 40 до 80 кг/ч).

Центробежно-распылительные механизмы. В этих механизмах пленка жидкости, создаваемая при вращении диска, стекает с его кромок и, становясь неустойчивой, распадается на капли. В настоящее время определились конструктивные основные схемы механизмов, для которых четко просматривается тенденция использования больших частот вращения диска (от 200 до 300 с при окружных скоростях диска от 90 до 150 м/с. Схема распылительного механизма представлена на рисунке 3.

1 — распылительный диск; 2 — вал; 3 — нижний подшипник; 4 — уплотнение;

5 — верхний подшипник; 6 — опорный фланец; 7 — корпус; 8 — смотровой глазок; 9 — косозубая передача; 10 — электродвигатель Рисунок 3 — Конструктивная схема распылительного механизма

2. Обоснование темы дипломного проекта

Металлические вертикальные цилиндрические резервуары нефтепереработки и нефтехимии работают в тяжелых эксплуатационных условиях, а именно, при быстроменяющихся температурных режимах, повышенном избыточном давлении, вакууме, вибрации, неравномерных осадках, коррозии, быстроразвивающихся дефектах сварных швов.

Резервуарное оборудование, находящееся в эксплуатации в данный момент на территории Башкортостана, более чем на 90% выработало свой ресурс. Для реконструкции или ввода в эксплуатацию нового резервуара требуются значительные капиталовложения.

Статистика отказов показывает, что основной причиной выхода из эксплуатационного режима резервуаров нефтепереработки и нефтехимии (порядка 70%) является коррозионный износ поверхности, вступающей в контакт с агрессивной средой. Для устранения данного недостатка нашли применение ряд методов, среди которых — применение коррозионностойких материалов, использование ингибиторов коррозии, пассивирование поверхности, нанесение коррозионно-стойких покрытий и т. д. Использование коррозионностойких материалов экономически неэффективно и связано с трудностями, возникающими при монтаже резервуара. Применение ингибиторов требует дополнительных затрат на их последующее извлечение. Широко известен положительный опыт применения лакокрасочных покрытий. Опыт эксплуатации стальных резервуаров, защищенных покрытиями на основе эпоксидных смол и эпоксидной шпатлевки ЭП₀₀_I0 показал, что при нанесении их на металлическую поверхность, очищенную вручную металлическими щетками, в отдельных случаях наблюдается целостность покрытия на участках общей площадью до 1 м через 7 лет эксплуатации, а при подготовке механическим способом — от 10 до 12 лет. Это свидетельствует в пользу разработки покрытий на основе эпоксидных смол.

Резервуар является крупногабаритным изделием, и производить его внутреннюю окраску весьма затруднительно.

Проблема заключается в том, что для покраски внутренней поверхности резервуара необходимо сооружать дополнительные конструкции (леса и т. п.) которые не всегда можно установить внутри резервуара.

В настоящее время существует множество установок для нанесения лакокрасочных покрытий, но их устройство требует постоянного присутствия человека.

В дипломном проекте предлагается механизировать покрасочные работы внутренней поверхности резервуара.

Для этого предлагается проект автоматизированной мобильной установки, которая позволит снизить до минимума участие человека при нанесений лакокрасочных покрытий на поверхность резервуара и уменьшить влияние токсичных веществ, выделяемых при окраске, на человека.

3. Технологическая часть

3.1 Описание технологической схемы резервуарного парка площадки «Б» ТСЦ

Технологическая схема резервуарного парка площадки «Б» ТСЦ представлена на чертеже ОПНН_170 500−01.00.000.

Компоненты бензинов А₇₆, Нормаль₈₀ из цехов № 8, 10, 11, 33, 27, 58, до площадки «Б» поступают по трубопроводу 59, подходящему со стороны площадки «В» в резервуары Р_43ч45, 55ч58, 65ч68.

Бензин из цехов № 8, 10, 11, 33, 27, 58 поступает по трубопроводу 157, идущему по восточному ряду в резервуары Р_43ч45, 55ч58, 65ч68.

Оба потока бензина, перекачиваемых по 157,59 линиям на площадке «Б», по необходимости, можно соединить в один поток; с линии 59 в линию 157 переход производится через задвижку № 93 и поступает в резервуары Р_43ч45, 55ч58, 65ч68. С линии 157 в линию 59 переход производится через задвижку № 119 с поступлением в те же резервуары.

Бензин из цеха № 10 в резервуары площадки «Б» может поступать по 13 линии площадки «В» с выходом в коллекторной насосной 712 площадки «В» в трубопроводы № 4, 204, затем с площадки. «В» по линии 204 поступает на площадку «Б», где через перемычку с задвижкой № 89 из линии 204 в линию 157, а также через коллектор насосной площадки «Б» в линию 157 и в линию 158, а затем в резервуары Р_43ч45, 55ч58, 65ч68.

В резервуарах Р_43ч45, 55ч58, 65ч68 производится циркуляция бензина; для циркуляции установлены смесительные сопла.

Порядок циркуляции бензина в резервуарах на площадке «Б» следующий: резервуар закачивается компонентами бензина до замера уровня не выше норм технологической карты, затем производится циркуляция в течение двух часов для лучшего смешения и получения однородной смеси.

Циркуляция бензина в резервуарах может производиться насосом Н₇ или насосами Н₄ (5), причем бензин на насосы Н₇ и Н₄ (5) может поступать по линии 158, или по линии основного всаса, или по линии нового всаса и выбрасываться в линию бензин-сопло.

Далее бензин поступает в резервуары по линии бензин-сопло.

Откачка товарного бензина из резервуаров парка может производиться насосами Н₄ (5), Н₆ (8) и Н₇ по линиям 201 и 205:

— по линии 201 — на ЛПДС, на эстакаду 704 площадки «В» для налива в вагоноцистерны и на установку налива светлых нефтепродуктов в автоцистерны (АСН) поочерёдно;

— по линии 205 — на ЛПДС и на установку АСН поочерёдно.

Из резервуаров Р_43ч45, 55ч58 бензин по основному всасу поступает на приём к насосу Н₄, к насосу Н₅ и выбрасывается на насосы Н₄, 5 и в 201 коллектор.

Из резервуаров Р_65ч68 бензин поступает по новому всасу на насосы Н₆, 8 и выбрасывается в 205 коллектор.

Коллекторы 201,205 на территории площадки «Б» разветвляются на ЛПДС, на наливную эстакаду в вагоноцистерны и на установку АСН.

Бензин из резервуаров Р_43ч45, 55ч58, 65ч68 можно откачивать на ЛПДС, на налив в вагоноцистерны и на установку АСН по 201, 205 линиям насосом Н₇ по схемам:

Бензин из резервуаров парка площадки «Б» Р_43ч45, 55ч58, 65ч68 можно откачивать на Яр-Бишкадакское хранилище насосами Н₄ (5), Н₆ (8) и Н₇ по трём разным трубопроводам: Ш 150 мм, Ш 250 мм и по линии № 59 на приём насосов площадки «Д» и далее насосами площадки «Д» по бензинопроводу Ш 200 мм на Яр-Бишкадакское хранилище:

а) при откачке насосами Н₄, 5 из резервуаров Р_43ч45, 55ч58 бензин поступает по основному всасу через насосы Н₄, 5 или по линии 158 из резервуаров Р_43ч45, 55ч58, 65ч68 на приём насоса Н₅, затем на приём насоса Н₄, а с насосов Н₄, 5 поступает в нагнетательный коллектор этих насосов, из которого может откачиваться на Яр-Бишкадак по двум направлениям: в линию Ш 150 мм и в линию 59 на площадку «Д».

б) из резервуаров Р_65ч68 на приём берётся по всасу и по 158 линии выбрасывается по той же схеме. Задвижка № 92 служит разделяющей, когда на Яр-Бишкадакское хранилище закачиваются два разных нефтепродукта.

Для приёма бензина с Яр-Бишкадакского хранилища по трубопроводу Ш 150 мм или Ш 250 мм сделана обвязка указанного трубопровода в линию 157 в линию 158, а также в 59 линию с трубопровода Ш 250 мм и с трубопровода Ш 150 мм.

Бензин, перекачиваемый на площадку «Б» по 157, 59 линиям можно непосредственно с установок направлять на Яр-Бишкадакское хранилище:

а) по 157 линии в трубопровод Ш 250 мм и в трубопровод Ш 150 мм.

б) по 59 линии в трубопровод Ш 150 мм и в трубопровод Ш 250 мм.

Яр-Бишкадаские трубопроводы Ш 150 мм и Ш 250 мм между собой закольцованы.

Приём дизельного топлива непосредственно с установок цехов № 9, 10, 14 и из резервуаров производится по линии 159 в резервуары Р_39ч42. Для товарных операций 159 линия связана с насосами Н₁, 2, 3.

В резервуары Р_47ч54 дизельное топливо закачивается по 159 линии с переходом на нагнетание через задвижку № 73.

Приём дизельного топлива из цеха № 9 может также производиться по дизельному трубопроводу 376 Ш 370 мм и резервному Ш 200 мм. По трубопроводу 376 в резервуары Р_39ч42 и в резервуары Р_47ч54.

Из № 9, 10 цехов приём дизельного топлива осуществляется с 26 линии в резервную линию в резервуары.

Резервуары Р_39ч42, 47ч54 для большей оперативности обвязаны дополнительным всасом Ш 300 мм, подходящему к насосу Н₁, что даёт возможность производить три операции с тремя резервуарами одновременно: заполнение, циркуляция, откачка на налив в вагоноцистерны или на ЛПДС.

Для случая раздельной закачки дизельного топлива в резервуары Р_39ч42, 47ч54 с трубопровода 376 Ш 370 мм на новый всас существует перемычка с задвижкой 62.

Приём дизельного топлива по трубопроводу 376 с переходом на новый всас в резервуары Р_39ч42.

Дизельное топливо, перекачиваемое по резервной линии с установок, по необходимости можно направлять в линию 159 и в линию нового всаса. Дизельное топливо на приём берётся по линии всаса.

Дизельные насосы Н₁, 2, 3 обвязаны двумя основными всасами и двумя выкидами, возможен одновременно налив дизельного топлива в вагоноцистерны с выкидом на наливной коллектор 202, а откачка на ЛПДС в коллектор 203.

Дизельное топливо из резервуаров Р_39ч42, 46, 47ч54 можно насосом Н₂ откачивать на Яр-Бишкадакское хранилище:

а) берётся на всас от резервуаров Р_39ч42;

б) берётся на всас от резервуаров Р_47ч54.

Имеется возможность откачки дизельного топлива на Яр-Бишкадакское хранилище непосредственно с установок по трубопроводу 376 в трубопровод Ш 150 мм и в трубопровод Ш 250 мм.

Имеется возможность откачки дизельного топлива на Яр-Бишкадакское хранилище непосредственно с цеха № 9 по резервному трубопроводу в трубопровод Ш 150 мм и в трубопровод Ш 250 мм.

Яр-Бишкадакские трубопроводы Ш 150 мм и Ш 250 мм закольцованы между собой задвижкой № 61.

Для освобождения бензиновых резервуаров до замера «0» есть линия отсоса. Для освобождения резервуаров с дизельным топливом до замера «0» есть линия отсоса.

Имеются отсекающие задвижки, на линии всаса — № 98, на линии «сопло» — № 99, на линии поступления со 157 линии — № 100, на линии всаса — № 101.

Через задвижку № 93а соединяются две линии поступления 157 и 59; через задвижку № 102 соединяются две линии 158 и 59.

Через задвижку № 105 соединяются 158 линия с линией «сопло» к резервуарам Р_65ч68 (не работает — отглушена).

Через задвижку № 104 соединяются 157 линия с линией «сопло» к резервуарам Р_65ч68 (не работает — отглушена).

Через задвижку № 103 соединяются линия «сопло» резервуаров Р_43ч45, 55ч58, 65ч68 с линией 157 через задвижку № 106 (данный участок линии не работает — отглушен).

Через задвижку № 35 соединяются линия откачки на ЛПДС с 159 линией (отглушена), № 58, 59 задвижки отсекающие задвижки на трубопроводе Ш 150 мм на Яр-Бишкадак.

Через задвижку № 66 соединяются линия «сопло» Р_65ч68 резервуаров с линией всаса Р_65ч68 резервуаров (отглушена).

Через задвижку № 86 (отглушена) есть возможность направить дизельное топливо на Яр-Бишкадак по трубопроводу Ш 250 мм через задвижку № 61 и задвижки № 92, 56, 57.

Через задвижку № 67 соединяются линии Яр-Бишкадакского трубопровода Ш 150 мм с 202 линией через задвижки № 71, 77.

Через задвижку № 64 соединяется линия дизельного топлива «новый всас» со всасом бензина (линия отглушена).

Задвижка № 16 отсекающая на насосе Н₄ в 157 линию.

Через задвижку № 14 соединяются дизельное топливо «всас» Р_47ч54 резервуаров с Н₄ на приём (отглушена).

Через задвижку № 50 соединяются дизельное топливо «всас» Р_47ч54 резервуаров со всасом бензиновых резервуаров Р_65ч68 (отглушена).

Через задвижку № 70 соединяются 205 линия с 202 линией через задвижку № 71, 77; с Яр-Бишкадакским трубопроводом Ш 150 мм через задвижку № 67.

Через задвижку № 87 соединяются выкид насоса Н₄ через задвижку

№ 18, выкид насоса Н₅ через задвижку № 19 с 205 линией.

Задвижка № 76 отсекающая (конечная) на 205 линии (отглушена).

Через задвижку № 9 соединяется всас дизельного топлива с приёмом Н₃.

Через задвижку № 79 на Н₃ соединяется всас с выкидом.

Через задвижку № 74 соединяется всас дизельного топлива Р_47ч54 резервуаров с всасом дизельного топлива Р_39ч42 резервуаров.

Через задвижку № 48 соединяется 205 линия с линией дизельного топлива «сопло» резервуаров (отглушена).

Через задвижку № 49 соединяется 205 линия с линией дизельного топлива нагнетание Р_47ч54 резервуаров (отглушена).

Имеется возможность откачки Карачаганакского конденсата с «Оренбурггазпрома» через цех № 13 в 202 линию, на Яр-Бишкадак по трубопроводу Ш 150 мм через задвижки № 77, 71, 67, 56, 57 и обратно с Яр-Бишкадака в цех № 13; при этом задвижки № 44, 37 закрыты.

Линия 158 является всасом из бензиновых резервуаров при циркуляции, поэтому задвижки № 41, 47 всегда закрыты, а соединение 158 линии с 201 линией через задвижку № 45 (отглушена).

При циркуляции бензинов выкид с насосов в линию «сопло» задвижка № 43 является отсекающей (закрыта).

3.2 Описание технологической схемы блока перемешивания

Лакокрасочная композиция с емкости Е₁ подается в перемешивающее устройство М. С емкости Е₂ в перемешивающее устройство, подается отвердитель (полиэтиленамин). После перемешивающего устройства лакокрасочная композиция подается на блок нанесения покрытия. Технологическая схема блока перемешивания представлена на чертеже ОПНН_170 500−02.00.000.

3.3 Описание технологической схемы мобильной установки

Краска с блока перемешивания подается в емкость Е₁. Далее с емкости Е₁ через насос Н, краска подается в смеситель СМ, туда же с компрессора К подается сжатый воздух. После перемешивания в смесителе газожидкостная смесь подается на форсунку. Затем происходит распыление лакокрасочного покрытия на окрашиваемую поверхность. Технологическая схема блока нанесения покрытия представлена на чертеже ОПНН_170 500−03.00.000.

4. Экспериментальная часть

4.1 Получение покрытия

Экспериментальная часть включает в себя приготовление покрытия и определения ее механических свойств. В состав покрытия входят следующие компоненты: кокс (фракции менее 0,005 мм) (наполнитель); двуокись титана не модифицированная (пигмент); эпоксидная смола ЭД₂₀ (пленкообразователь); ацетон (растворитель); пластификатор; отвердитель (полиэтиленполиамин); толуол. В таблице 4.1 приведены пропорции компонентов для получения покрытия.

Таблица 4.1 — Пропорции компонентов покрытия

Приготовление покрытия происходит следующим образом. Эпоксидную смолу растворяем в растворе ацетона и толуола. Взвешиваем коке и двуокись титана, тщательно перемешиваем и не большими порциями добавляем в раствор с эпоксидной смолой. Через определенное время добавляем пластификатор и отвердитель, все перемешивается в течений нескольких минут, до получения однородной композиции. Подробный ход операций описан в таблице 4.2.

Таблица 4.2 — Методика приготовления покрытия

4.2 Определение вязкости лакокрасочной композиций

Определение вязкости осуществляем с помощью вискозиметра по ГОСТ 8420–57. Готовую лакокрасочную композицию в количестве 90 мл помещаем в вискозиметр. Открываем заслонку в нижней части вискозиметра, и засекаем время полного истечения лакокрасочной композиций. Для обеспечения чистоты эксперимент повторяем три раза и определяем среднее значение. Результаты исследования зависимости вязкости композиций от концентраций ацетона, приведены в таблице 4.3. Схема экспериментальной установки показана на рисунке 4.1.

4.3 Обработка экспериментальных данных

Производим определение кинематической вязкости лакокрасочной композиций по формуле

(4.1)

где н_в — кинематическая вязкость воды =1,005· 10^-6 м²/с;

t_к — время истечения лакокрасочной композиций из вискозиметра, с;

t_в — время истечения воды из вискозиметра.

Следовательно кинематическая вязкость композиции для первого случая равна

1 — вискозиметр по ГОСТ 8420–57; 2 — штатив; 3 — стакан; 4 — заслонка Рисунок 4.1 — Схема лабораторной установки Производим расчет плотности композиции по формуле

(4.2)

где m — масса композиции, кг;

V — объем композиции, м³/ч.

Тогда плотность композиции для первого случая равна Остальные результаты обработки данных приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4 — Результаты обработки данных

По этим данным строим графики зависимости: плотности лакокрасочной композиций от концентрации растворителя (рисунок 4.2); вязкости лакокрасочной композиций от концентрации растворителя (рисунок 4.3); плотности лакокрасочной композиций от вязкости лакокрасочной композиций (рисунок 4.4).

В ходе проведенных экспериментальных работ определили вязкость композиций, которая в дальнейшем понадобится для расчета форсунки и подбора насоса. При проведений экспериментальных работ была рассмотрена композиция с минимальной концентрацией растворителя 16,5%, это связано с тем, что композиция с меньшей концентрацией растворителя приводит к большому расходу лакокрасочной композиций, засорению, к ухудшению механических свойств покрытия и малому диаметру факела.

Принимаем расчетное значение вязкости н=1,738 сСт.

Рисунок 4.2 — График зависимости плотности лакокрасочной композиций от концентрации растворителя Рисунок 4.3 — График зависимости вязкости лакокрасочной композиций от концентрации растворителя Рисунок 4.4 — График зависимости плотности лакокрасочной композиций от вязкости лакокрасочной композиций

5. Расчетная часть

5.1 Расчет форсунки [5]

Цель расчета: Рассчитать форсунку с периферийной подачей жидкости Исходные данные:

Абсолютное давление на выходе из форсунки, Р^*_вх=4,905 кПа;

Абсолютное давление воздуха на выходе из форсунки, Р^*_вых=2,943 кПа;

Температура торможения воздуха на входе в форсунку, Т^*_вх=300 К;

Перепад давления жидкости в выходном сопле форсунки, Р_ж=7,848 кПа;

Относительный расход жидкости, б=0,77;

Температура поступающей в форсунку жидкости, Т_ж=293 К;

Диаметр сопла форсунки, D=5 мм;

Площадь сопла форсунки, F=0,196 мм²;

Плотность жидкости, с_ж=1093 кг/м³;

Угол между осью форсунки у входа в газовый поток и прямой, параллельной оси выходного канала форсунки, и=90^о;

Число каналов для подачи жидкости, n=4.

Расчетная схема форсунки представлена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 — Расчетная схема форсунки

Определяем газодинамические параметры движения воздуха в форсунке по формуле

(5.1.1)

Режим движения воздуха в сопле форсунки критический, поэтому принимаем: приведенную скорость газа, л=1; газодинамическую функцию, е₁(л)=0,634; газодинамическую функцию приведенной плотности потока масс, q (л)=1.

Определяем радиальную составляющую начальной скорости жидкости по формуле

(5.1.2)

где ц_ск — коэффициент скорости, ц_ск=0,8.

Определяем время движения жидкости до оси форсунки по формуле

(5.1.3)

Определяем скорость воздуха в форсунке

(5.1.4)

Определяем плотность воздуха в форсунку по формуле

(5.1.5)

где К_сж — коэффициент сжимаемости газа, К_сж=0,99.

Определяем секундный массовый расход воздуха через форсунку без подачи в нее жидкости по формуле

(5.1.6)

где m_г. ж. — расход газа при совместном движений с жидкостью, кг/м;

е_з — коэффициент уменьшения расхода газа, е_з=0,5 [5];

м_ж — коэффициент расхода жидкости;

R — газовая постоянная для воздуха, R=29,3 кгм/(кг•град) [5];

m_кр — критический расход газа, кг/с.

Критический расход газа можно определить по формуле

(5.1.7)

Обозначим

(5.1.8)

Тогда

(5.1.9)

где м_г — коэффициент расхода, м_г=0,95 [5];

m_г — расход газа, кг/с.

Для принятого относительного расхода можно ожидать е_з=0,5, тогда

m_г. ж.=0,5•2,125•10^-5=1,0625•10^-5 кг/с.

Определяем приближенное значение расхода жидкости по формуле

(5.1.10)

Определяем коэффициент сжимаемости по формуле

(5.1.11)

где ш — коэффициент сопротивления капли, ш=0,43 [5];

d_м — медианный диаметр капли, d_м=25•10^-6 м.

Определяем соотношение скорости капли и воздуха с учетом того, что начальная скорость осевой скорости капли щ₀=0 по формуле

(5.1.12)

где щ_к — скорость, которую капля жидкости в потоке газа имеет в конце периода t, м/с;

щ_г.н — начальная скорость газа, м/с.

Определяем коэффициент b₁ по формуле

(5.1.13)

Определяем величину, А по формуле

(5.1.14)

Величина С определяется из графика на рисунке 42. Для б=0,77, С=2

По найденной величине, А из графика на рисунке 44 определяем е_з=0,571.

Тогда расход воздуха через форсунку определим по формуле

(5.1.15)

Определим коэффициент расхода форсунки относительно воздуха и жидкости по формуле

(5.1.16)

Определим расход через форсунку по формуле

(5.1.17)

Определяем соотношение напоров жидкости и воздуха в выходном канале форсунки по формуле

(5.1.18)

Из графика на рисунке 46 по найденному значению в определяем коэффициент расхода м_ж=0,57.

Определяем площадь поперечного сечения канала для подачи жидкости по формуле

(5.1.19)

Определяем диаметр канала подачи жидкости

(5.1.20)

Принимаем диаметр канала для подачи жидкости d=3 мм.

5.2 Расчет насоса

Цель расчета: Рассчитать и подобрать насос для перекачки лакокрасочной композиций.

Исходные данные:

Давление в емкости, Р₁=0,1 МПа;

Температура перекачки, Т_п=20 ^оС;

Длина трубопровода на линии всасывания, l_вс=5 м;

Длина трубопровода на линии нагнетания, l_наг=25 м;

Число вентилей на всасывающей линии, n=1;

Расход лакокрасочной композиций, Q=0,001 м³/с;

Давление в краскораспылителе, Р₂=7,848 кПа.

Определяем диаметр трубопровода по формуле

(5.2.1)

где — скорость течения лакокрасочной композиций, м/с.

Для всасывающего трубопровода принимаем, и определяем диаметр трубопровода Для нагнетательного трубопровода принимаем, и определяем диаметр трубопровода Принимаем стандартный диаметр трубопровода всасывающего трубопровода изготовленного из резины, d_вс=0,04 м с толщиной стенки S_вс=0,002 м.

Для нагнетательного трубопровода принимаем стандартный диаметр трубопровода изготовленного из резины, d_наг=0,05 с толщиной стенки S_наг=0,002 м.

Определяем истинную скорость движения лакокрасочной композиции по трубопроводу по формуле

(5.2.2)

Для всасывающего трубопровода Для нагнетательного трубопровода Определяем число Рейнольдса по формуле

(5.2.3)

где с — плотность лакокрасочной композиции, с=1093 кг/м³;

м — вязкость лакокрасочной композиции, м=1,899•10^-3 Па/с.

Для всасывающего трубопровода То есть режим турбулентный.

Для нагнетательного трубопровода То есть режим турбулентный.

Определяем относительную шероховатость трубопровода по формуле

(5.2.4)

где Д — абсолютная шероховатость трубопровода.

Для всасывающего трубопровода Принимаем Д=1,5•10^-6 м.

Для нагнетательного трубопровода Принимаем Д=1,5•10^-6 м.

Определяем коэффициент трения Для всасывающего трубопровода проверяем следующее условие

(5.2.5)

Условие выполняется, тогда коэффициент трения определяется по формуле

(5.2.6)

Для нагнетательного трубопровода проверяем условие

(5.2.7)

Условие выполняется, тогда коэффициент трения находим по формуле 5.2.6

Определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений Для всасывающего трубопровода:

— при входе в трубу: о₁=0,5 [6];

— для вентиля: о₂=3,5.

Следовательно сумма коэффициентов местных сопротивлений определяется по формуле

(5.2.8)

Для нагнетательного трубопровода:

— на выходе из трубы: о₁=1 [6];

— в форсунку: о₂=0,1 [6];

— в диафрагме: о₃=0,3.

Следовательно, сумма коэффициентов местных сопротивлений определяется по формуле

(5.2.9)

Определим потери напора по формуле

(5.2.10)

где g — ускорение свободного падения, g=9,81 м/с².

Для всасывающего трубопровода Для нагнетательного трубопровода Общие потери напора определяем по формуле

(5.2.11)

Определяем напор насоса по формуле

(5.2.12)

Определяем полезную мощность насоса по формуле

(5.2.13)

По каталогу насосов выбираем шестеренчатый насос марки ШФ 5−25. Технические характеристики насоса представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 — Технические характеристики насоса ШФ 5−25

5.3 Подбор компрессора для подачи воздуха в форсунку

По каталогу производим подбор компрессора марки 24. J1047А.

Технические характеристики компрессора представлены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 — Технические характеристики компрессора марки 24. J1047А

5.4 Расчет диаметров ботов для крепления насосного агрегата к раме

Цель расчета: Проверить болты на прочность под действием растягивающей силы.

Расчетная схема крепления насосного агрегата к раме представлена на рисунке 5.4

Определим момент сил:

а) относительно точки А

(5.4.1)

где Q₁ — сила действующая на точку, А на расстояний L, Q₁=183,44 Н;

L — расстояние от точки приложения силы Q₁ до точки А, L=361 мм;

l — расстояние между болтами, l=150 мм;

l₁ — расстояние от точки, А до места приложения силы Q₂, l₁=75 мм;

l₂ — расстояние от места приложения силы Q₂ до места приложения силы R₂, l₂=75 мм;

Q₂ — сила действующая на точку, А на расстояний l, Н;

R₂ — реакция действующая в точке А, Н;

преобразовав формулу 5.4.1, получим

(5.4.2)

1 — электродвигатель; 2 — муфта; 3 — насос; 4 — рама Рисунок 5.4 — Расчетная схема крепления насосного агрегата к раме б) относительно точки D

(5.4.3)

где l₃ — расстояние от места приложения силы Q₁ до точки В, l₃=286 мм;

R₁ — реакция действующая в точке В, Н.

Преобразовав формулу 5.4.3, получим

(5.4.4)

Расчет ведем по наиболее нагруженным болтам, поэтому из полученных двух значений R₁ и R₂ выбираем максимальное