НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
"МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ"

Научный Центр "Износостойкость"

Инновационная технология повышения трибобологических свойств, ресурса и износостойкости запорной арматуры нового поколения



Сущность проблемы. Более 50%  остановок оборудования вызвано отказами элементов запорно-регулирующей арматуры (ЗРА). Утечки во внешнюю среду - один из главных аспектов безопасности арматуры в химической, нефтяной и газовой промышленностей. Типичный нефтеперерабатывающий завод из-за утечек в арматуре выделяет более 3 т углеводородов в сутки. Срок службы и надежность большинства типов защитных покрытий недостаточны, а технологии (в частности, гальваническая), применяемые для их формирования, существенно загрязняют окружающую среду. Не менее важно и решение проблемы импортозамещения ЗРА.

Решение.  Разработана и апробирована  инновационная экологически чистая ионно-плазменная PVD-технология (PVD – от англ. physical vapour deposition – физическая конденсация пара на поверхности) повышения трибологических характеристик, ресурса и износостойкости трубопроводных систем транспортировки рабочих сред  (углеводороды, вода и др.) Поставленная цель достигается путем формирования уникальных многослойных нанокомпозитных покрытий на функциональных поверхностях элементов импортозамещающей ЗРА. Реализация технологии для различных весогабаритных характеристик ЗРА обеспечена с использованием 3-х технологических комплексов (ТК). В том числе создан не имеющий мировых аналогов ТК для ионно-плазменной модификации функциональных поверхностей крупногабаритной ЗРА и другого промышленного оборудования, включающий:

  • планарную систему ионного распыления металлов в вакууме с областью равномерного формирования покрытия не менее 3 м;
  • уникальный вакуумный модуль для формирования ионно-плазменных покрытий на изделиях высотой до 3000 мм и массой до 5 000 кг;
  • измерительно–диагностический комплекс для обеспечения контроля и оптимизации характеристик поверхностных слоев, модифицированных слоев и защитных покрытий.

Эффективность:

  • процесс упрочнения поверхности не меняет структуру и свойства основного металла при толщине покрытия от 10 до 30 мкм;
  • снижение коэффициента трения в 3-5раз  - до 0,1-0,2;
  • увеличение микротвердости поверхности изделий до 2200-3500 HV;                                       
  • повышение усталостной прочности изделий  в рабочих средах не менее чем на 15-20%;   
  • рост  коррозионной стойкости материалов в агрессивных средах  в 4-6 раз;
  • повышение надежности и энергоэффективности систем транспортировки рабочих сред;
  • снижение затрат энергии на привод и предотвращение заклинивания ЗРА;
  • снижение зависимости ТЭК России от иностранных поставщиков запорной арматуры;
  • отказ от экологически опасных производств по формированию защитных покрытий.

 

Назначение ионно-плазменного напыления:

  • создание высокоэффективных износостойких защитных покрытий конструктивных поверхностей оборудования, работающего в неблагоприятных условиях – при больших нагрузках на трение, в агрессивных средах и т.д.;
  • повышение трибологических характеристик и коррозионной стойкости;
  • повышение ресурса, износостойкости и предела выносливости.

 

Физические основы и основные преимущества ионно-плазменной PVD-технологии:

  • высокие энергии осаждающихся частиц: от 1 до 1100 eV;
  • практически неограниченный выбор материалов и их соединений для получения покрытий;
  • синтез уникальных соединений и получение на их основе многослойных, многокомпонентных и нанокомпозитных покрытий;
  • экологическая безопасность процессов и высокая эффективность обработки материалов.

 

Область применения технологии:

  • защитные износо- и коррозионностойкие покрытия элементов ЗРА нефтепроводов, тепловых сетей и водопроводов (клапанов, штоков, регуляторов, шиберов, седел и т.п.);
  • защитные покрытия элементов запорно-регулирующей арматуры электрических станций и промышленных предприятий (клапанов, штоков, регуляторов, шиберов, седел и т.п.).

Формы сотрудничества:

  1. Изготовление и поставка технологических комплексов для ионно-плазменной модификации поверхностей потенциальным потребителям по варианту «под ключ», в т.ч.:
  2. Анализ состояния проблемы повреждаемости, снижения ресурса и надежности в период эксплуатации производимого Заказчиком оборудования;
  3. Разработка совместно с Заказчиком планов модернизации технологических циклов;
  4. Разработка способа и состава технологического комплекса для модификации поверхностей оборудования применительно к условиям производства;
  5. Разработка, изготовление и поставка Заказчику оборудования и устройств для реализации разработанного способа и технологического комплекса;
  6. Осуществление монтажа, наладки и запуска в эксплуатацию технологического комплекса для модификации функциональных поверхностей оборудования на производственных площадях Заказчика;
  7. Обучение персонала Заказчика;
  8. Научно-техническое сопровождение;
  9. Оказание услуг по осуществлению упрочняющей обработки крупногабаритных элементов ЗРА на производственной базе Исполнителя;
  10. Оказание комплекса услуг по разработке новых типов ЗРА.

 

 

 

Отслоение никелевого покрытия на поверхности шибера задвижки DN 1000 после 100 циклов открытия/закрытия (НПС «Вынгапур»)

 

 

 

Установка ГЕФЕСТ для нанокомпозитного покрытия деталей длиной до L = 1,2 м

 

 

 

Установка ГЕФЕСТ+ для нанокомпозитного покрытия крупногабаритных деталей длиной до 1,8м

 

 

 

Уникальный технологический комплекс ГЕФЕСТ-18: эксклюзивные по свойствам покрытия на изделиях весом до 5 тонн, длиной до 3 м

 

 

 

Типичная структура универсальных защитных покрытий для повышения износостойкости  элементов энергетического оборудования

 

 

 

Изменение коэффициента трения функциональных поверхностей с нанокомпозитными покрытиями в результате трибологических испытаний

 

 

 

Элементы шиберных задвижек высокого давления для Астраханского газоконденсатного месторождения с высоким содержанием сероводорода

 

 

 

Серийные партии элементов запорной арматуры для ОАО «Ямбурггаздобыча» с износостойкими покрытиями

 

Золотники автомата безопасности турбины Т-250-240 (ТЭЦ-26, ОАО «Мосэнерго»)