Очищення поверхні піскоструминними методами

1. Вплив властивостей покриттів що видаляються на якість та продуктивність.

Дуже часто в рекламних проспектах на піскострумне обладнання, на сайтах в Інтернеті, зустрічається такий параметр, як витрата абразиву на одиницю площі і продуктивність очищення, які викликають здивування. До чого дані параметри наведені? Якщо це слабка корозія, тут можуть бути одні витрати і одна продуктивність, але якщо це наплави трубної, резінобітумной ізоляції товщиною до 150 мм (автор займається технологіями очищення магістральних трубопроводів), та ще з добре збереженою адгезією, то тут будуть зовсім інші цифри. Організації, купуючи те чи інше обладнання, виходячи з не розшифрованих параметрів, потім стикаються з гіркою реальністю.

За рахунок чого відбувається очищення поверхонь, яка фізика процесу видалення покриттів? Це добре видно на прикладі роботи гідроклінера (очищення поверхні водою високого тиску), при видаленні старої трубної ізоляції. На трубах зі збереженою адгезією продукти видалення плівкової ізоляції виглядають смужками різної довжини і шириною 8 - 15 мм. Як виявилося, 8 - 15 мм це сфокусований крок між осями сопів гідроклінера (відстань між осями сопів на поверхні труби що піддається очистці коливається в залежності від її діаметра). Тобто зусиллям прямого удару ріжеться плівка до підкладки, але відшарування і відрив проводиться відбитим ударом. Полімерні матеріали пластичні, йде демпфірування (гасіння) прямого удару і втрата швидкості при відображенні. У гідроклінеру на Копейському Заводі на ізоляції труб при тиску Р = 1500 атм відбитий удар не рве плівку, а відбувається процес відшаровування на певну відстань, в іншому випадку спостерігалося б пилоутворення покриттів. Багато полімерних матеріалів (в тому числі і захисні плівки) мають велике значення коефіцієнта відносного подовження, а рвати захисні покриття до молекулярного рівня далеко не просте завдання. За ГОСТ Р 51164 - 98 «Адгезія до сталі при температурі Т = 293К (20С)» Fадг = 20 Н / см. Емпіричні, напівемпіричні розрахунки показують, що силу (відбитий удар) достатню для адгезійного відриву плівки від сталі можна досягти при тисках Р = 1200 атм.

Зовсім інша картина спостерігається при видаленні бітумних покриттів. У більшості своїй (за рідкісним винятком) після великого терміну експлуатації відбувається руйнування монолітної структури покриття (розтріскування, відшарування), і при дії водяного струменя (прямого і відбитого удару) ізоляція розбивається в пиловидну фракцію. При порівнянні піскоструменевих методів очищення і гідроочищення виявилося, що самі процеси дуже схожі, відмінність тільки в тому, що гідроочищення безперервної дії, а піскоструминні методи періодичної дії. Тобто водяний струмінь тече безперервно, а от частки в повітряно-абразивному потоці переміщуються з різною щільністю і з різною рівномірністю заповнення в обсязі газу. Але робота, чинена абразивної часткою в повітряному потоці, аналогічна водяний струмені. Прямий удар прагне прошити покриття, відбитий удар забирає продукти видалення. І ось тут основним чинником стає швидкість польоту абразиву, і її достатність для конкретного типу, товщини, властивостей покриттів.

Тобто основними факторами при виборі того чи іншого устаткування є:

• Що ви збираєтеся чистити або видаляти,
• Які властивості має видаляється матеріал,
• Які зусилля потрібні для якісної роботи,
• Яку продуктивність можна отримати на тій чи іншій техніці.

2. Властивості абразивного матеріалу.

Фахівці ТОВ «...» проводили очищення поверхні металу різними абразивам: кварцовий пісок, електрокорунд, шлаки металургійних виробництв і т.д. У даній статті не буде наводиться докладний аналіз результатів випробувань, це є конфіденційною інформацією. Та все ж на окремих параметрах хотілося б зупинитися. Основними параметрами при виборі типу абразиву є: питома густина, ударна в'язкість і фракційний склад. Питома щільність. Як вже говорилося вище, для продуктивної очищення поверхні потрібна хороша ударна навантаження, яке характеризується двома величинами: масою та швидкістю абразивної частки (імпульс сили). Чим більше маса частки (питома густина) при однакових розмірах, тим потужніше удар. Ударна в'язкість. Цей параметр виявився одним з головних, як частка тримає удар. З фізики - пружний, не пружний удар, ми знаємо, що на частку при ударі впливає подвоєна сила, і дуже важливо, коли вона почне руйнуватися: при першому контакті з поверхнею видаляється покриття, при проникненні крізь товщину покриття або вже при ударі об підкладку ( поверхню металу).

Фракційний склад. У багатьох регламентуючих документах вказується фракційний склад абразиву діаметром 0,5 - 1,5 мм, це не зовсім правильно з точки зору очищення поверхні.

Фахівці у цій сфері давно вже для себе ділять: є окремий режим очищення і видалення старих покриттів з поверхні, і є окремий режим підготовки поверхні перед нанесенням нових покриттів. Товщина видаляємого покриття різна, і може мати незначну товщину в межах 0,5 мм. Аналізуючи роботу кількох підприємств, які досить давно працюють в області антикорозійних технологій, ми звернули увагу, що робітники збирають вторинну пиловидних фракцію абразиву (де це можливо) і повторно засипають її в піскоструменевий апарат. Оператори в один голос заявляли, що використовуючи пил, кількість абразиву на одиницю площі йде значно менше, ніж при використанні ГОСТовского фракційного складу, особливо при видаленні тонких покриттів. Ми перевірили ці рекомендації. Дійсно, використовуючи пиловидних фракцію абразиву, витрата на одиницю площі на 30-35% менше, причому, це стосується і до покриттів, що мають товщину більше, ніж 0,5 мм.

Висновок: з усіх випробуваних абразивів при очищенні поверхні металу, найкраще себе зарекомендували шлаки металургійних виробництв, вони мають найвищу питому щільність, в порівнянні з іншими абразивів (високий вміст заліза). Для ефективного очищення поверхні повинна бути суміш 50 на 50 (пиловидних фракція + гостовская фракція).

3.Фізіка процесу роботи піскоструминного сопла.

При проведенні аналізу роботи піскоструменевих сопів російського та імпортного виробництва, стало зрозуміло, що для задач вилучення старих трубних покриттів вони мало придатні. Як вже говорилося вище, для видалення старої трубної ізоляції потрібен удар, але піскоструминні сопла серійного випуску розігнати абразив до потрібних швидкостей не можуть. Чому?

Основоположниками багатьох напрямків у газовій динаміки, російськими вченими Г.М. Абрамович, М.Є. Дейч, прораховані і зведені у всілякі таблиці швидкості потоку різних газів, які можуть досягти своїх максимальних значень за стандартних умов. Для повітря надзвукова швидкість потоку при стандартних умовах дорівнює V = 550 м / сек. Тобто грамотно виготовлене піскоструминної сопло може видати таку швидкість потоку. Якщо взяти технічні можливості піскоструменевих апаратів, наприклад: АСО - 150У (витрата стисненого повітря Q повітр = 5 м3/хв, при Р повітр = 6 атм) і видати максимально кількість абразиву для даного обладнання, то цей абразив в таких швидкостях повітряного потоку можна розігнатися до V АБР. = 400 м / сек і більше. Такої швидкості абразиву більше, ніж достатньо для продуктивної очищення поверхні навіть сучасних видів покриттів. Але в кращому випадку піскоструминні сопла, які поставляються з цими апаратами, розганяють абразив до V АБР = 80 - 100 м / сек. У цих соплах не створені умови розгону абразивних частинок, це стосується і піскоструминних сопел багатьох фірм: Boride і т.д. Переміщення абразивного матеріалу - це інерційна система, швидкість абразиву в зносостійких піскоструменевих шлангах перед соплом десь у межах 30 - 40 м / сек. Після проходу надзвукового сопла маса абразивних часток отримує якийсь імпульс, швидкість збільшується в 2 - 3 рази, але надзвуковий потік стисненого повітря в атмосфері переходить в режим гальмування, і у абразиву для подальшого розгону умови зникають.

4. Соплових пристрій.

Після проведення цілого ряду досліджень і перевірок спеціалісти ТОВ «КПМ» спільно з ЧО ІТЦ ТОВ «Уралтрансгаз» розробили і створили соплових пристрій, який дозволяє розігнати абразив при повністю відкритих вентилях регулювання подачі абразиву в піскоструменевих апаратах до максимально можливих швидкостей для конкретного устаткування. Соплових пристрій має довжину близько 1 метра. Внутрішній профіль СУ розрахований і виготовлений у відповідності з останніми опублікованими теоретичними розробками в галузі аеродинаміки авіаційного сопла. Саме внутрішній профіль СУ (циліндричний канал - труба не працює) дозволив розігнати частинки абразиву до максимально можливої швидкості при стандартних умовах для газу. В результаті, при проведенні порівняльних випробувань продуктивність соплового пристрої виявилося в 3 - 4 рази вище, ніж у аналогічного піскоструминного сопла фірми «Boride», а витрата абразиву в 3 - 4 рази менше. Саме висока швидкість розгону абразиву дозволила різко підняти продуктивність і зменшити його витрати. Тому собівартість очищення різко знизилася.

За матеріалами А. Зульков (Великі можливості технології "піскоструй")