Статьи

В журнале ГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ № 11 | 873 | 2024 г. вышел научный отчет РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ДЛЯ ЗАЩИТЫ КОРПУСА ЛЕДОСТОЙКОЙ СТАЦИОНАРНОЙ ПЛАТФОРМЫ «КАМЕННОМЫССКАЯ» ОТ КОРРОЗИИ соавтором которого является наш коллега Смольский Ю. П. (ООО «ТСЗП»). 

ООО «ТСЗП» — один из ведущих отечественных производителей высокотехнологичного оборудования для газотерми­ческого напыления, лазерной наплавки покрытий и аддитивного производства. Предприятие также предлагает эффек­тивные технические решения по ремонту деталей турбин, выпущенных за рубежом. При разработке нестандартных проектов в различных отраслях промышленности ТСЗП тесно сотрудничает с основными профильными институтами и отраслевыми вузами страны. Наличие производства полного технологического цикла позволяет комплексно и сво­евременно выполнять необходимые работы. О новых направлениях развития и перспективных проектах компании рассказал первый заместитель генерального директора по производству Сергей Югай.

Продление ресурса отработанных деталей и элементов ГТУ стало актуальным и важным направлением работ. В первую очередь это связано с необходимостью развития отечественных компетенций ремонтных технологий и нанесения высокотехнологических видов защитных покрытий, а также с ограничением импорта и прекращением General Electric и Siemens хозяйственной деятельности на территории РФ. Вторая причина – возможность восстановления деталей и элементов, выработавших назначенный ресурс, с целью минимизации операционных затрат на закупку новых деталей для регламентного обслуживания газотурбинных установок. Именно с такими задачами в 2023 г. успешно справилось ООО «ТСЗП» при ремонте рабочих лопаток турбины высокого давления

Разработаны перспективные технологии ремонта рабочих и направляющих лопаток компрессора и турбины ГТУ:
-Лазерная наплавка износостойких покрытий на контактные площадки лопаток КНД;
-Восстановление реборды лопаток турбин;
-Восстановление шеек валов.

Применение надежных антикоррозионных покрытий на территории РФ, в том числе в Арктике, является задачей государственного уровня, для решения которой требуются объединенные усилия и единый методический подход.
Металлизация заложена во всех ключевых отраслевых стандартах по антикоррозионной защите стран Северной Америки, Японии и является базовым решением для применения на объектах с длительным сроком службы либо агрессивной внешней средой. Лучшими системами безоговорочно признаны системы металлизации.

Сегодня ТСЗП предлагает технологии восстановления и упрочнения покрытиями, в том числе импортного оборудования:

• Лазерная наплавка;
• Лазерная закалка;
• Высокоскоростное напыление;
• Газопламенное напыление.

Благодаря полной автоматизации процесса производства, даже при мелкосерийном производстве, незначительно превышая по стоимости, наши технологии придают значительное увеличение ресурса изделий. Проводим реверс-инжиниринг деталей с покрытиями «под ключ»

ООО «ТСЗП» — научно-исследовательский, инжиниринговый центр по разработке и внедрению технологий наплавки и напыления многофункциональных защитных покрытий, а также аддитивных технологий для восстановления геометрии и выращивания деталей. За годы работы предприятие создало более тысячи собственных технических решений,
получивших положительные отзывы в энергетической, добывающей, нефтеперерабатывающей, газовой отраслях, в авиастроении, строительстве и т. д. Они позволяют восстановить детали, добиться их упрочнения, защитить от износа, агрессивного воздействия среды. О принципах работы компании и оказываемых услугах рассказал генеральный директор ООО «ТСЗП» Лев Балдаев.

Металлизационные газотермические покрытия (МП) на корпусах погружных электродвигателей являются наиболее эффективным способом защиты от коррозии и износа в силу своих высоких физических, механических и химических свойств. Защита поверхности компонентов УЭЦН с помощью высокоскоростного напыления твердосплавов (карбида вольфрама, карбида хрома), легированных материалов на основе железа, монель позволяет не только защитить корпус от коррозии, но и предотвратить эрозионный износ. Металлизационное защитное покрытие наносится по технологии газотермического напыления, выбор метода и материала покрытия рассчитывается на основе химического состава, используемых материалов и свойств готового покрытия.

Газотермическое напыление металлических покрытий — это расплавление и нанесение металла на подложку. Как применяемые методы нанесения, так и сами металлы, могут быть разными, главное, что в результате на поверхности остается тонкое, более устойчивое к коррозии и эрозии, чем основной металл, покрытие.  Многолетний опыт применения металлических покрытий и тестирование с применением внешнего воздействия на поверхность доказывают, что данный метод является более эффективным в длительной антикоррозионной защите стали, чем защита краской или полимерными композициями.

ООО «ТСЗП» — научно-исследовательский, инжиниринговый центр по разработке и внедрению технологий наплавки и напыления многофункциональных защитных покрытий, а также аддитивных технологий для восстановления геометрии и выращивания деталей. За годы работы предприятие создало более тысячи собственных технических решений,
получивших положительные отзывы в энергетической, добывающей, нефтеперерабатывающей, газовой отраслях, в авиастроении, строительстве и т. д. Они позволяют восстановить детали, добиться их упрочнения, защитить от износа, агрессивного воздействия среды. О принципах работы компании и оказываемых услугах рассказал генеральный директор ООО «ТСЗП» Лев Балдаев.

Ремонт роторов ВЗД методом высокоскоростного напыления твердосплавного покрытия ТСЗП позволяет значительно (до 10 раз, со 100 до 1000 часов ) увеличить срок службы по сравнению с гальваническим хромированием (по опыту российских и зарубежных производителей, пользователей буровой техники).

АННОТАЦИЯ. Развитие современных энергетических газовых турбин предполагает увеличение мощности, уменьшение расхода топлива, увеличение общей надежности функционирования турбины и, как следствие, увеличение ресурса. В связи с этим возникает потребность в инновационных подходах к совершенствованию и разработке нового поколения металлических и керамических материалов для деталей и покрытий различного функционального назначения, обладающих повышенной стойкостью к разрушению в условиях воздействия циклических термомеханических напряжений и агрессивных сред.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: газотермическое напыление, термобарьерные покрытия, теплозащитные покрытия, газотурбинные установки, рабочие лопатки, сопловые лопатки.

При ремонте эффективно использование газотермических методов нанесения защитных покрытий:
Насосно-компрессорное и турбинное оборудование:
• посадочные места роторов; лопатки и диски паровых, газовых турбин и компрессоров; уплотнительные поверхности на роторе и статоре; подшипники скольжения; посадочные места подшипников и уплотнительных поверхностей статора; рабочие поверхности колес и лопастей; штоки и плунжеры; элементы торцовых уплотнений.
• теплообменное оборудование: ремонт и упрочнение (защита от коррозии и эрозии) поверхностей теплообменников, подвергающихся коррозии и золовой эрозии.
• детали паровых и газовых турбин: посадочные места шеек роторов, защита от парокапельной и газоабразивной эрозии лопаток, баббитовые подшипники.
• дымососы, роторы и лопасти, валы электродвигателей, посадочные места в чугунных корпусных элементах.
• защита от коррозии металлоконструкций и др.; защита от коррозионного и эрозионного изнашивания корпусного оборудования.

Спектр покрытий деталей и элементов ГТД разнообразен: это антифреттинговые и износостойкие покрытия элементов лопаточного аппарата, валов, дисков, подшипников; теплозащитные покрытия лопаточного аппарата турбины,
деталей камеры сгорания, эрозионностойкие покрытия лопаточного аппарата компрессора; система уплотнительных покрытий

На основе структурного анализа компоновки и функционального назначения технологических установок можно выделить основные детали и узлы эксплуатируемого оборудования, для которых при ремонте эффективно использование газотермических методов нанесения защитных покрытий. В газовой, нефтяной и нефтехимической промышленностях − насосно-компрессорное и турбинное оборудование: посадочные места роторов; лопатки и диски паровых, газовых турбин и компрессоров; уплотнительные поверхности на роторе и статоре; подшипники скольжения; посадочные места подшипников и уплотнительных поверхностей статора; рабочие поверхности колёс и лопастей; штоки и плунжеры; элементы торцевых уплотнений; трубопроводная арматура: уплотнительные поверхности клиновых, шаровых и шиберных задвижек; уплотнительные поверхности приводных элементов; поверхности гидро- и пневмоприводов; электродвигатели: роторы; посадочные места корпусных элементов.

Преимущество технологии ЛН по сравнению с технологией ПН заключается: в автоматизации процесса ЛН функционального покрытия (рабочая зона ограничена лишь размерами планшайбы и рабочим пространством робота); отсутствии деформации клина задвижки; равномерности получаемой структуры наплавки, малой зоне термического влияния (до 0,5 мм), отсутствии внутренних и внешних макродефектов, вызванных процессом ЛН; соблюдении геометрических форм и размеров детали, что минимизирует последующую механическую обработку наплавленной поверхности.

Применение новых методов газотермического напыления и наплавки, апроббированных под контролем ВНИИГАЗ, позволяет повысить энергоэффективность производства, ускорить реализацию программ импортозамещения и ресурсосбережения в добыче, переработке и транспорте газаза счет обеспечения эффективной защиты металлоконструкций от коррозии. Группа компаний «Технологические системы защитных покрытий» созданная на базе одного из ведущих научно-исследовательских институтов России — НПО ЦНИИТМАШ, успешно применяет новые интенсивные технологии на объектах ОАО «Газпром» в добыче, в переработке и транспорте газа.

Отчет, в основной части, базируется на оценке и анализе современных термобарьерных покрытий, полученных при применении методов газотермического напыления, в частности метода плазменного напыления и метода HVOF.

Например, для скважинного и газопромыслового оборудования применяются покрытия на полимерной основе. Такие покрытия осуществляют противокоррозионную защиту, снижают сопротивление при контакте газоконденсатной смеси с внутренней поверхностью насосно-компрессорных труб и улучшают гидравлические характеристики потока.

Одной из наиболее актуальных и окончательно не решённых проблем Астраханского ГПЗ остаётся значительный коррозионно-эрозионный износ металла кубовых частей дорогостоящих абсорберов установок аминовой очистки газа У-172/272.

Из-за коррозии и износа ежегодно теряется около 20% произведенного в мире оборудования. Как правило, оба эти фактора действуют только на определенные зоны поверхности деталей. Одним из самых эффективных решений этой проблемы является создание износостойких нанопокрытий.

Газотермическое напыление металлических покрытий — это расплавление и нанесение металла на подложку. Как применяемые методы нанесения, так и сами металлы могут быть разными, главное, что в результате на поверхности остается тонкое, более устойчивое к коррозии и эрозии чем основной металл, покрытие.

Прежде чем рассматривать классификацию условий окружающей среды в зависимости от её коррозионной активности, уточним само понятие «коррозия». Под коррозией понимают самопроизвольное разрушение металлов вследствие их химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. Наиболее распространённым, а следовательно, и наиболее интересующим нас в свете условий эксплуатации металлоконструкций видом коррозии является электрохимическая коррозия.

Суперфиниш – это низкотемпературный процесс снятия наружного слоя покрытия, который улучшает геометрию изделия, одновременно шлифуя поверхность, убирая дефекты предыдущих операций. Этот процесс широко применяется в производстве подшипников и автомобильной промышленности для повышения точности покрытий. В настоящее время растет популярность его применения в областях с высокими требованиями к точности покрытий.

Восстановление деталей методами газотермического напыления и наплавки не является новой для структур «РЖД» технологией. Ведущие вагоноремонтные предприятия давно и с успехом используют согласованные с ВНИИЖТ технологии газопламенного проволочного и шнурового напыления, газопорошковой наплавки для восстановления ресурса деталей. Все эти технологии обеспечивают восстановление изношенным деталям их первоначальных свойств, позволяют несколько раз возвращать деталь в строй.

Дефекты осей в местах прессовой посадки различных элементов колесных пар вызываются как влиянием коррозионных факторов (фреттинг-коррозия и, как следствие, фреттинг-износ), так и возникновением местных очагов схватывания контактирующих поверхностей с последующим вырывом металла поверхности оси при демонтаже соединений, появлением рисок, задиров.

В настоящее время, согласно статистике отказов, в 20…50 случаях из 100 выбраковка цилиндровых втулок средне- и высокооборотных дизелей (СОД и ВОД) производится из-за эрозионных повреждений на боковой поверхности и посадочных поясах. При этом наработка втулок составляет всего 30…50% от расчётного ресурса по износу внутренней поверхности. Примерно столько же втулок выбраковывают по трещинам в галтели под посадочным буртом.

Штоки и плунжеры работают в условиях трения скольжения, под воздействием среды, часто агрессивной, в условиях повышенной запыленности. При этом их конструкционные нагрузки не так велики, чтобы оправдать изготовление их целиком из сталей высокой твердости и коррозионной стойкости. За годы эксплуатации данных деталей было предложено много решений задачи упрочнения и защиты от коррозии поверхности — закалка, азотирование, цементация, гальванические покрытия, наплавка. Однако каждое из этих решений имеет свои ограничения — по стойкости, применимым средам, экологической чистоте процесса или стоимости и расходу материалов.

Процесс нанесения защиты от коррозии ТСЗП— антикор методами газотермического напыления
В Европе и США уже много лет используется защита поверхностей от коррозии и износа с помощью газотермического напыления. При этом проведённый мониторинг на протяжении 30 лет показал техническую и экономическую эффективность применения данных технологий, в том числе в высоко-агрессивных средах (морская и речная вода, атмосфера с повышенным содержанием сернистых выбросов, резервуары с нефтью и нефтепродуктами и т.д.) В качестве материала покрытия используется алюминий или цинк. На поверхности конструкций из черного металла газопламенным напылением или электродуговой металлизацией создается тонкое – 150-200 мкм покрытие из металла с необходимыми свойствами – кислотостойкого, термостойкого, декоративного…

Развитие технологических процессов ремонта не стоит на месте, и на данный момент существуют методы защиты новых и восстановления изношенных деталей, позволяющих эффективно решать ряд проблем — износ трущихся деталей, снижение коэффициента трения, гидроабразивный износ, коррозию и др. Ведущие западные фирмы давно используют покрытия различного функционального назначения в своей продукции. Клапана двигателей внутреннего сгорания в процессе эксплуатации изнашиваются, что приводит к уменьшению их срока службы и необходимости дорогостоящего ремонта двигателя внутреннего сгорания.
Для их упрочнения, как правило, наносят защитный слой покрытия различными методами. Из существующих способов плазменной наплавки наибольшее распространение получила плазменно-порошковая наплавка как наиболее универсальный метод.

Безотказность машин определяется стабильностью ресурсов восстановленных деталей, которая зависит от правильного выбора способа восстановления и строгого соблюдения технологического процесса.Из-за удорожания техники и запасных частей к ней и резкого снижения покупательной способности сельских товаропроизводителей АПК республики, восстановление изношенных деталей является самым доступным способом поддержания парка машин в работоспособном состоянии. В представленных ниже материалах приведен перечень рекомендуемых для восстановления деталей тракторов и сельхозмашин в условиях МТС, способы восстановления и перечень необходимого оборудования и материалов.

Наиболее нагруженными элементами конструкции скважинных штанговых насосов (СШН), определяющими долговечность их работы, являются цилиндр и плунжер. Проблемы с упрочнением плунжера в настоящее время решаются напылением на его поверхность твердого сплава обладающего высокой химической и механической износостойкостью.

Характерной особенностью плазменных методов нанесения покрытий является возможность получения покрытий из простых веществ, сплавов, безкислородных соединений, оксидов, композиционных материалов и др., в качестве основного материала (подложки) использовать металлы, стекло, керамику, пластмассы. Композиционные порошки по строению делят на плакированные и конгломератные. Плакированная частица представляет собой ядро одного материала, покрытого одним или несколькими слоями других материалов. Конгломератные частицы сформированы из множества исходных частиц.

Нечасто встречаются технологии, которые позволяют повысить эффективность производства, и одновременно сохранить окружающую среду. Одна из таких технологий – газотермическое напыление, переживающее бурный рост последние 15-20 лет. Напыление позволяет существенно продлить жизненный цикл деталей за счет создания на их поверхности слоя с заданными свойствами: твердостью, электропроводностью, коррозионной стойкостью. С помощью напыления на поверхности детали можно создать покрытия из металлов, металлокерамики, керамики толщиной от 0,1 до десятков миллиметров. При напылении не происходит термических поводок детали, не меняются физико-химические свойства основного материала, пористость покрытия для большинства материалов не превышает 1%.

Добыча нефти и газа – погружное оборудование

• Антикоррозионная защита корпусов погружных электродвигателей ПЭД;
• Антифрикционные покрытия резьб насосно-компрессорных труб (НКТ);
• Ремонт направляющих аппаратов напылением или лазерной наплавкой;
• Напыление карбидом вольфрама гильз газосепараторов.

С помощью газотермического напыления решаются задачи многократного продления ресурса оборудования нефтяной и газовой промышленности, металлургии, химии и нефтехимии. По косвенной оценке (количество продаваемого оборудования) насыщенность европейской промышленности выше оснащенности российских предприятий примерно в 350 - 400 раз, что прямо сказывается на конкурентоспособности отечественных деталей и оборудования. 
К числу наиболее перспективных методов нанесения газотермических покрытий относятся плазменный и высокоскоростной газопламенный (HVOF)-процессы. Назначение и область применения плазменного напыления порошковыми материалами – нанесение покрытий со специальными свойствами: (коррозионностойких, жаростойких, теплозащитных, антифрикционных и т.д.) при изготовлении и ремонте деталей и узлов, подвергающихся во время работы воздействию высоких нагрузок и интенсивному изнашиванию.

На сегодняшний день данная технология защиты внутренней поверхности адсорберов включена как обязательная в регламент ежегодных планово-предупредительных ремонтов, произведено напыление всех колонн абсорберов, используемых в «Газпром Добыча Астрахань», на двух колоннах проведено ремонтное напыление.

Экономический эффект заказчика составил несколько сотен миллионов рублей за четыре года работы. Эффект складывается из следующих факторов:

• Сокращение затрат на приобретение новых колонн (ранее колонна подлежала замене каждые 6 лет).
• Сокращение затрат на монтажные/демонтажные и пусконаладочные работы.

Технология и метод ее применения одобрены органами технического надзора России, имеются согласования от проектных организаций, положительные отзывы заказчиков. В настоящее время ведутся работы по исследованию применения наноструктурированных покрытий.

Потребовалось освоение плазменных методов нанесения покрытий с различными служебными свойствами. Плазменная технология нанесения покрытий весьма универсальна. Она позволяет наносить твёрдые покрытия:
керамические, хромоникелевые (порошками ПГСР 3,4), пористые, монолитные (после оплавления при температуре 1100 оС), мягкие (соединения меди, олова, алюминия и т. д.)