Газотермические покрытия для морских судов различного назначения

Содержание 1. Проблемы, решаемые с помощью покрытий, напыленных газотермическим методом…………………………… Области применения защитных газотермических покрытий на морских судах различного назначения……… Технологии и их назначение…………………………………………………………………………………………………….5 4. Применения газотермических покрытий в судостроении…………………………………………………………… Машинное отделение: детали двигателей, насосы, компрессоры, цилиндры и др. 4.2 Машинное отделение: гидравлические штоки 4.3 Машинное отделение: турбины 4.4 Машинное отделение: подшипники. 4.5 Машинное отделение: резервуары и теплообменники 4.6 Движитель: гребные валы. 4.7 Корпуса и металлоконструкции. Защита надводной и подводной частей корпусов судов 4.8 Восстановление и ремонт 5. Буровые шельфовые платформы………………………………………………………………………………………… Эффект от газотермических покрытий (в сравнении с ЛКМ, горячим и холодным цинкованием) ….…… О компании………………………………………………………………………………………………………………………….30 2

Газотермическое напыление, плазменная и лазерная наплавка позволяют эффективно защитить оборудование и решить следующие проблемы : абразивный износ ударный износ, химическая коррозия, кавитация, гальваническая коррозия, межкристаллитная коррозия, обледенение коррозия из-за нарастания био организмов 1. Проблемы, решаемые с помощью покрытий, напыленных газотермическим методом 3

Машинное отделение: детали двигателей, насосы, компрессоры, цилиндры и др. 2. Области применения защитных газотермических покрытий на морских судах различного назначения 4 Корпуса и металлоконструкции СПРАМЕТ-420 (AlMg + ХСПЭ) Восстановление и ремонт Машинное отделение: Резервуары и теплообменники Машинное отделение: турбины Движитель: гребные валы Машинное отделение: Штоки и подшипники Надводная и подводная части корпусов судов Балластные танки Палубы (нескользящее, антистатическое покрытия)

3. Технологии нанесения покрытий Высокоскоростное газопламенное напыление (до 9 скоростей звука) Адгезия более 80МПа Пористость 0,5%-1% Нанесение карбидов, сплавов на основе железа, кобальта, никеля. Плазменное напыление Покрытия из керамики Толщина 0,05 5 мм Нанесение на внутренние (диаметр от 50 мм) и внешние поверхности Лазерная наплавка + лазерная закалка Износостойкие покрытия с металлургической связью Толщина 0,5 10 мм или Упрочнение на глубину до 0,7 мм Электродуговая металлизация Протекторные покрытия на металлические конструкции большой площади Толщина 0,15-3,0 мм Газопламенное напыление Восстановление геометрии изношенных деталей 0,1 до 20 мм Напыление баббита, цинка, алюминия, сталей и сплавов. Детонационное напыление Высококачественные покрытия на небольшие поверхности Толщина 0,05 0,5 мм Адгезия до 160 Мпа Холодное динамическое напыление Нанесение покрытий из пластичных материалов на небольшие площади Плазменная порошковая наплавка Наплавка твердых покрытий для защиты клапанов ДВС, стеклоформ, бурового инструмента 5

4. Применение газотермических покрытий: Машинное отделение 4.1 Детали двигателей, насосы, компрессоры, цилиндры, пары трения Втулки Около 90% деталей машин выходят из строя из-за износа рабочих поверхностей. Повышение трения в процессе эксплуатации приводит к перегреву и деформации деталей, вызывая их быстрое изнашивание. Нанесение антифрикционных покрытий увеличит в несколько раз ресурс работы машин и механизмов. Применение газотермических покрытий на деталях цилиндро-поршневой группы (цилиндрах, поршнях и кольцах поршней), позволяет увеличить износа- и коррозионную стойкость, противозадирные свойства. 6

Применения газотермических покрытий: Машинное отделение 4.1 Детали двигателей, насосы, компрессоры, цилиндры Покрытие Плакарт 0.08Н WC\Co\Cr Восстановление и упрочнение крышки насоса для перекачки жидкости балластных танков Среда: жидкость с абразивными частицами (до 6%) Проблема: коррозионно-абразивный износ Восстановление HVOF наплавкой с последующим упрочнением слоем карбида вольфрама методом HVOF позволило полностью восстановить деталь. Ремонт и защита от износа рабочей поверхности ротора винтового насоса Проблема: абразивный износ рабочей поверхности Нанесение металлокерамического покрытия позволяет увеличить ресурс в несколько раз. Поврежденное покрытие 7 7

Гидравлические штока С газотермическим покрытием после 3200 часов работы (Стоимость восстановления ~ руб.). Диаметр=50 мм. С твердохромным покрытием после 662 часов работы. (Стоимость нового ~ руб. /импорт/). Диаметр=50 мм. Применение высокоскоростного газопламенного метода взамен гальванического хромирования позволяет упрочнять шаровые и шиберные задвижки, фланцы, вкладыши и другие ДСЕ запорной арматуры. Напыляемое покрытие обеспечивает высокую эрозионную стойкость и антисхватывающие свойства Применения газотермических покрытий: Машинное отделение

4.3 Применения газотермических покрытий: машинное отделение Турбины – Лазерная наплавка Восстановление поверхностей посадки РЛ в диск рабочего колеса паровой турбины или торца пера РЛ газовой турбины; Защита от МКК РНД турбин, работающих в зоне фазового перехода; Восстановление и упрочнение деталей роторов и валов турбин (вкл. РЛ), дымососов, насосов, вентиляторов; Аморфные покрытия с карбидной составляющей методом лазерной наплавки. Увеличение срока службы деталей роторов энергооборудования в 2-4 раза. а-без наплавки; b-проволочная наплавка; с- наплавка PTA; d-лазерная наплавка. a-проволочная наплавка; b-наплавка PTA; c-лазерная наплавка. 9

4.3 Применения газотермических покрытий: машинное отделение Турбины – Плазменное напыление Детали горячего тракта ГТУ (сопловые лопатки, камеры сгорания, жаровые трубы) Среда: продукты сгорания с температурой до 1200 С Проблема: высокотемпературная коррозия, эрозия Нанесение термо барьерного керамического покрытия Zr2O/Y2O3 методом плазменного напыления позволяет снизить температуру нагрева стенок, повысить ресурс деталей, значительно замедлив окисление, коррозию и эрозию. 10

4.3 Применения газотермических покрытий: машинное отделение Турбины - HVOF напыление Защита лопаток ротора паровой турбины без разлопачивания Нанесение 250 мкм покрытий методом высокоскоростного напыления на лопатки последних ступеней турбин позволяет: защитить от эрозионного износа; снизить затраты и время простоя оборудования в ремонте (Время покрытия лопаток одной ступени составляет 2 дня); повысить КПД за счет обеспечения оптимальных форм поверхностей. 11

4.3 Применения газотермических покрытий: машинное отделение Турбины Замена серийных уплотнений на уплотнения нового типа Нанесение 250 мкм покрытий методом высокоскоростного напыления на лопатки последних ступеней турбин позволяет: защитить от эрозионного износа; снизить затраты и время простоя оборудования в ремонте (Время покрытия лопаток одной ступени составляет 2 дня); повысить КПД за счет обеспечения оптимальных форм поверхностей. Надбандажные уплотнения регулирующей ступени Надбандажные (надлопаточные) уплотнения 12

4.4 Применения газотермических покрытий: машинное отделение Восстановление баббитовых подшипников (мотылевых, шатунных) Баббит, напыленный газопламенным методом на подшипники имеет: пористость около 5%, что позволяет осуществлять пропитку маслом и удерживание масляной пленки в случае нарушения подачи масла и длительной остановки машины, в результате чего исключается режим сухого трения. Срок службы подшипника, напыленного баббитом, в среднем в 2 раза больше, чем подшипника, изготовленного методом заливки. Технологически обеспечивается более высокая надежность, так как при напылении покрытия исключается возникновение каверн. Микроструктура напыленного покрытия 13

4.5 Применения газотермических покрытий: резервуары и теплообменники Баки-аккумуляторы горячей воды эксплуатируются при повышенной температуре и переменном уровне воды внутри сосуда, что приводит к ускоренной коррозии углеродистой стали и загрязнению воды продуктами коррозии. Алюминиевые металлические протекторные покрытия СПРАМЕТ, сертифицированные по СТО 046 ОАО Газпром, стандартам ОАО "Русгидро" и ГК "Росатом» Покрытия, нанесенные методом газотермического напыления, защищают поверхность теплообменников, труб пароперегревателей, водоохлаждаемых стенок от коррозии и абразивного износа, что способствует увеличению сроков службы и межремонтных циклов оборудования, особенно при использовании высокозольных углей и нестандартных топлив. 14

Восстановление вала гребного винта 4.6 Применения газотермических покрытий: движитель Габаритные размеры вала: - длина 11 метров -диаметр 0,8 метра -вес 26 тонн Себестоимость восстановления вала лазерной наплавкой составляет около 20% стоимости нового вала 15 Гребной винт после длительной эксплуатации Восстановленный гребной винт

4.7 Применения газотермических покрытий: металлоконструкции Металлические конструкции большой площади корпуса, емкости, резервуары, мосты и металлоконструкции Защита от морской коррозии в области переменной смачиваемости, труднодоступных местах Защита от высокотемпературной коррозии (до 600 °С) Шероховатые коррозионно-стойкие покрытия трапов и вертолетных площадок Антиобледенительные коррозионно-стойкие покрытия Снижение эксплуатационных расходов. Выполнение особых требований Заказчика (например, ледостойкость) 16

Металлизационные покрытия обеспечивает защиту от коррозии и износа на несколько десятилетий. Система защитных покрытий обеспечивает не менее лет службы изделий без коррозии. - на порядок более высокая износастойкость в 3-5 раз; - снижение окисляемости основного материала на 50-60%; - коррозионную долговечность в 5-10 раз выше, чем любые ЛКМ. - повышение эксплуатационной надёжности. Включая корпуса, палубные надстройки, мачтовые устройства, вертолётные площадки и т. д.). 4.7 Применения газотермических покрытий: Защита надводной и подводной частей корпусов судов 17

4.7 Применения газотермических покрытий: Защита надводной и подводной частей корпусов судов НЕОБРАСТАЮЩИЕ ПОКРЫТИЯ Подводная часть корпусов судов подвергается интенсивной коррозии в агрессивной среде и обрастанию животными и растительными организмами. Увеличивается сопротивление воды его движению, как следствие, перерасход топлива, а под слоем моллюсков и растений происходит интенсивная язвенная коррозия Композитное градиентное металлополимерное (ГМП ) покрытие Zn/Al/Mg/Ф4 с фторопластом, в отличие от двуслойного, представляет собой плавный переход от металла к полимеру по толщине покрытия. Рабочий ресурс покрытия - до 30 лет. 1.Адгезия: Мпа, высокая износастойкость, гидрофобность, стойкость к морской воде, био-организмы не могут прикрепиться к его поверхности 2. В случае повреждения и даже локального разрушения покрытия вплоть до основного металла, псевдосплавная Zn/Al/Mg - составляющая покрытия, полностью защитит поверхность от коррозии. Антиадгезивные ЛКМ покрытия с ПТФЕ эффективно снижают обрастание, но имеют низкую адгезию к поверхности и невысокую прочность.

4.7 Применения ГТН покрытий: Защита надводной и подводной частей корпусов судов ЗАЩИТА ЛЕДОКОЛЬНОГО ФЛОТА. АНТИОБЛЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ПОКРЫТИЯ Один из распространенных способов борьбы с обледенением нанесение специальных гидрофобных покрытий, имеющих большой угол смачивания. Однако существующие гидрофобные композиции сами плохо держатся на поверхности, на которую они наносятся и легко повреждаются. В результате, реальный срок службы данных покрытий не превышает 2-3- лет. Лед не удерживается на такой поверхности и критичного обледенения не происходит. Само же двуслойное покрытие имеет адгезию к поверхности около 20 Мпа. Покрытие стойко к воздействию всех факторов морской атмосферы и ультрафиолетовому излучению. Срок службы – до нескольких десятилетий. Двуслойная система из металлического псевдосплавного подслоя Zn/Al/Mg и основного пигментированного полимерного (полиэтилен, полиамид, фторопласт и т.п.) слоя имеет очень низкую смачиваемость.

Вал коленчатый Шейки коленчатого вала, бывшего в эксплуатации, имели износ 0,15-0,4 мм/стор. Работа проходила в два этапа: 1. Вал находился в токарном станке. Необходимо было напылить три коренных шейки с припуском 1 мм/стор под финишную мехобработку. Подслой алюник толщиной 0,1 мм. Толщина 20Х мм 2. Вал переместили в шлифовальный станок под напыление двух шатунных шеек с припуском 1 мм/стор под финишную мехобработку. Подслой алюник толщиной 0,1 мм, Толщина 20Х13 2 мм Работа выполнялась двумя операторами + начальник участка и инженер-технолог. 4.8 Восстановление и ремонт: посадочные места и рабочие поверхности коленвалов, как пример работ

5.1 Выхлопные шахты ГПА и дымовые трубы Материал шахт Нержавеющая сталь. Среда Температура от °С Агрессивное атмосферное воздействие Проблема Окисление внешней поверхности выхлопных шахт несоответствие требованиям по декоративному виду Решение Применение системы защиты СПРАМЕТ-100 позволяет: улучшить внешний вид выхлопных шахт; повысить коррозионную стойкость до лет без появления следов коррозии; существенно увеличить срок эксплуатации.

5.2 Практика применения На заводах «Севмаш» и «Звездочка» в 80-е, 90-е годы работали участки металлизации по нанесению металлических покрытий на корабли ВМФ. Буровые платформы Бакинского завода глубоководных оснований, в 1980-е годы производились с применением металлизационных покрытий. Большинство платформ Северного моря с 1983 года выпускаются с металлизационными покрытиями всех трудно обслуживаемых зон, в т.ч. зоны ватерлинии, подводной зоны и балластных танков. Dragon Oil в 2009 году построила на «АСПО» платформу для туркменского шельфа Каспия с применением металлизации (выполнял подрядчик из Европы).

Отсутствие деформации изделий в процессе напыления; Мобильность металлизационных установок и возможность нанесения защитных покрытий в полевых условиях; Протекторные свойства покрытий; Высокая адгезионная прочность металлизационных покрытий (по сравнению с лакокрасочными покрытиями); Высокие пластические характеристики металлизационных покрытий. Высокая коррозионная стойкость металлизационных покрытий; Возможность снижения массы платформы на стадии проектирования за счет уменьшения толщины металла, запроектированной на коррозию. 5.4 Преимущества металлизационных покрытий на буровых платформах

Металлическое покрытие НИЗКАЯ СЕБЕСТОИМОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ : Себестоимость эксплуатации покрытий в 5-6 ниже по сравнению с лакокрасочными покрытиями. КРАТНОЕ УВЕЛИЧЕНИЕ БЕЗРЕМОНТНОГО СРОКА СЛУЖБЫ: появление первых следов коррозии спустя 20 и более лет после нанесения. Обеспечивается защита не только за счет предотвращение контакта поверхности со средой, но и за счет разности электрохимических потенциалов самой конструкции и покрытия. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЧИСТОТА : Отсутствие экологических ограничений. СООТВЕТСТВИЕ МИРОВОМУ ОПЫТУ И ПОСЛЕДНИМ СТАНДАРТАМ, АКТИВНО ВНЕДРЯЮЩИМСЯ НА ПРОИЗВОДСТВАХ РФ: Передовой международный опыт свидетельствует о вытеснении лакокрасочных покрытий в пользу металлизационных. Лакокрасочное покрытие ДОРОГАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ: Необходимость постоянных ремонтов для поддержания объекта в надлежащем состоянии. КОРОТКИЙ СРОК СЛУЖБЫ: Появление первых следов коррозии спустя 1-3 года после нанесения. В агрессивной среде в микропорах развиваются бактерии, что приводит к образованию язвенной коррозии стального корпуса. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ : Перед повторным применением необходимо снять и утилизировать экологически вредный первый слой. ОГРАНИЧЕНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ : Качественное нанесение в полевых условиях невозможно. 6. Эффект от газотермических покрытий в сравнении с ЛКМ 24

6.1 Эффект от газотермических покрытий : Сравнительный анализ по техническим показателям с «холодным» цинкованием Состав показателей Металлические покрытия Спрамет Композиция – цинк-наполненная полиуретановая грунтовка (ЦИНОТАН+ПОЛИТОН-УР + ПОЛИТОН УР (УФ)) – ЛКМ Плотность материалов, г/см 3 2,7 2,8-3,1 Средний расход материалов, кг/м 2 1,3 0,76 Толщина сухого покрытия, мкм Количество слоев Адгезия, МПа/балл балла Твердость покрытия, НV От 50 МПа ___ Производительность работ, м 2 /час До 3 Требования, инструкции по нанесению покрытий Имеется ТИ Имеется ТУ Опыт применения, лет Срок службы покрытия, лет От Стоимость материалов по практическому расходу, руб/м 2 от 4000 руб./кв.м с учетом работ 392,27 без учета работ Срок окупаемости, лет 7-10 До 3 Цвет Серый Прочность при ударе, см __________ 30 см, не менее Условия нанесения: температура, ºС, влажность, % От 15 до + 40 ºС 75% от – 15 до + 40 ºС, (30-98)% для ЦИНОТАН и ПОЛИТОН-УР от +5 до +40 ºС, не более 75% для ПОЛИТОН – УР (УФ) 25

6.2 Эффект от газотермических покрытий : Сравнительный анализ по техническим показателям с «горячим» цинкованием Состав показателей Металлические покрытия СПРАМЕТ Горячее цинкование 1. Плотность материалов (среднее значение), г/куб.см до 7,2 от 7,0 2. Средний расход материалов, кг/м² до 1,2 до 1,0 3. Толщина сухого покрытия, мкм до Нанесение покрытия, операции Прочность сцепления, МПа удовлетворительная 6. Опыт применения, лет Испытания на воздействие соляного тумана, час не менее 200 не более Срок службы покрытий, летдо 70 до Нанесение металлов Zn, Al, ZnAl15, AlMg5 Zn 10. Окрашивание поверхности без затруднений с затруднениями 11. Условия нанесения, температура, Сº До 150 Сº Сº Степень зависимости производства предлагаемого продукта от импортного сырья низкая Наличие рекламаций нет Наличие экспорта продукции да Техническая поддержка и шеф-монтажные работы имеется только в заводских условиях Утилизация отходов производства легко утилизируются отходы экологически вредны Возможность использования предлагаемого продукта в полевых условиях и на строительных площадках да нет Возможность ремонтопригодности на строительных площадках возможно не возможно Инструкции по нанесению покрытий, технологическая карта и др. Имеется ТИ Имеются в заводских условиях 26

6.3 Эффект от газотермических покрытий: Характеристики покрытий HVOF в сравнении с твердым хромом 27 Метод нанесения ГальваникаHVOF Материал покрытия Хром WC-CoWC-Co-CrWC-CrC-NiCr3C2-NiCr Микротвердость, HV >1000 >1050 > Прочность сцепления, Мпа 41 >70 >80 Пористость - <1% <2% <1% Тест на коррозионную стойкость (ASTM B117), часы Жаростойкость, град.С Загрязнение окружающей среды Высокая токсичность отходов. Большие затраты по очистке Малотоксичные отходы, пылевидная фракция Фотографии микроструктуры (25 мкм)

Сертификация СП ЗАЩИТА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОТ КОРРОЗИИ (Актуализированная редакция СНиП ) В новом издании Свода правил отсутствует альтернатива газотермическим покрытиям как средству защиты от коррозии объектов повышенного уровня ответственности : пункт Газотермические цинковые и алюминиевые покрытия по ГОСТ необходимо предусматривать для защиты от коррозии стальных конструкций зданий и сооружений первого (повышенного) уровня ответственности по ГОСТ Р 54257, а также при повышенных требованиях к долговременной защите конструкций от коррозии или отсутствии возможности возобновления защитных покрытий в процессе эксплуатации. Предпочтительно применение комбинированных покрытий, состоящих из газотермических металлических покрытий и лакокрасочных покрытий. СНиП Гидротехнические сооружения п Морские нефтегазопромысловые гидротехнические сооружения (МНГС), включая нефтегазопроводы и подводные нефтехранилища, вне зависимости от их конструкции и условий их эксплуатации (рекомендуемое приложение В) следует относить к I классу. Понижение класса МНГС не допускается. Стандартизация покрытий в РФ: ГОСТ Покрытия металлические и неметаллические неорганические ГОСТ Покрытия газотермические защитные из цинка и алюминия СниП Защита строительных конструкций от коррозии В странах ЕС, США и Японии более 100 лет используются металлизационные протекторные покрытия. Организации, выполняющие аттестацию протекторных металлизационных покрытий в США: -The United States Navy -The United States Army Corps o` Engineers -The Federal Highway Administration -The American Bureau of Shipping

Сертификация В соответствии с письмом Российского морского регистра судоходства требования к противокоррозийным покрытиям зон буровых и нефтедобывающих платформ отсутствуют и обязательное наблюдение Регистра не требуется. Ростехнадзор Ф Российский Морской Регистр Судоходства Процессы нанесения защитных покрытий относятся к деятельности по изготовлению, монтажу, ремонту и реконструкции технических устройств и сооружений, применяемых на опасных производственных объектах, для осуществления которых выдача лицензий Ростехнадзора не предусмотрена.

В процессе разработки технического проекта высказано пожелание об учете возможности эксплуатации объекта и в других районах Мирового Океана в связи с тем, что простой судна в период между подготовками операций подъема может быть достаточно продолжительным. При эксплуатации УСП в арктических морях Сибири принята минимальная температура воздуха минус 40 0 С, минимальная температура забортной воды минус 1,2 ÷ 1,5 0 С. УСП ориентировано на эксплуатацию в период летне- осенней навигации в Карском море (тип навигации Т,С,Л) под проводкой ледокола при допустимом типе льда среднем однолетнем толщиной до 0.9 м (п.п и Ч I Правил Российского Морского Регистра Судоходства (РМРС), что требует наличия ледовых усилений корпуса категории Arc Сертификация: включение в Спецификации морских судов Работа в условиях арктических морей предполагает выполнение ряда дополнительных требований национальных и международных классификационных органов и иных организаций. …

Рекомендации ОАО ЦКБ «Коралл»

Группа компаний «Плакарт»: ЗАО «Плакарт» : Проектная компания, созданная ГК «Роснано», в 2010 г. для реализации проекта создания сети центров наноструктурированных покрытий на территории России. Компания создана на базе 20-летнего опыта группы компаний «ТСЗП». В активе компании: - более 200 сотрудников - инженерный центр в составе более 40 исследователей - 6 заводов покрытий (Москва, Пермь, Тюмень, Нижний Новгород, Набережные Челны, Санкт- Петербург) - 8 мобильных (выездных) бригад - 10 технологий газотермического напыления - 4 технологии наплавки - Более 1500 вариантов покрытий ООО «Технологические системы защитных покрытий» : Научно-технический центр, осуществляющий разработку технологий, оборудования и материалов для газотермического напыления и лазерной наплавки, а также инновационных технологий для газотурбинной техники. Отрасли деятельности: -нефтехимия; -добыча нефти и газа; -энергетика; -атомная промышленность; -авиакосмическая отрасль; -металлургия; -ржд и др. 7. О компании 32 Смотрите видео о покрытиях Плакарт На канале YOUTUBE

Готовые решения для нанесения защитных покрытий Оборудование для газотермического напыления и наплавки, его настройка и сервис Разработка, внедрение и лицензирование технологий нанесения покрытий; Производство и поставка деталей с покрытиями; Разработка и поставка материалов для покрытий и запасных частей. Установки высокоскоростного газопламенного напыления покрытий 7.1 Направления деятельности 33