Уплотнительные материалы из терморасширенного графита марки «Термографенит» украинского производства.
УДК 66.081-032.32 Уплотнительные материалы из терморасширенного графита марки «Термографенит» украинского производства *В.В. Янченко, **Ю.И. Семенцов *ООО «Украинские передовые технологии», Украина; Институт химии поверхности НАН Украины, Украина Введение Производственное оборудование современных предприятий — это сложная инженерно-техническая система, в состав которой входят десятки тысяч метров коммуникаций, имеющих разъемные соединения, десятки тысяч единиц трубопроводной арматуры, центробежных насосов, компрессоров и другого оборудования, требующего использования различного вида уплотнений. Недостаточная герметичность разъемных соединений или узлов трения в оборудовании является одной из наиболее частых причин отказов в работе оборудования, возрастания затрат на его ремонт и обслуживание, потерь тепла и энергии, потерь энергоносителей, возникновения аварийных ситуаций, загрязнений окружающей среды [1]. Поэтому задача повышения надежности механических уплотнений является актуальной. 1 Опыт применения уплотнений из терморасширенного графита (ТРГ) за рубежем Современные уплотнительные материалы, нашедшие широкое применение в оборудовании промышленно развитых стран – это материалы из так называемого терморасширенного графита (ТРГ) [2-13]. Объем производства уплотнений нового поколения на основе ТРГ составляет по некоторым расчетам от 20 до 25 тыс. тонн в год и непрерывно расширяется. Наиболее широкое применение материалы из терморасширенного графита нашли в качестве сальниковых уплотнений узлов трения и фланцевых прокладок энергетической трубопроводной арматуры, трубопроводной арматуры общепромышленного применения, центробежных и вихревых насосов, трубопроводов, теплообменных сосудов и другого оборудования тепловых и атомных электростанций, предприятий нефтехимического комплекса и т.д. [4-13]. Это обусловлено тем, что общая надежность и безопасность эксплуатации основного оборудования предприятий топливно-энергетического комплекса (ТЭК), в значительной степени, определяется надежностью запорной, предохранительной и регулирующей арматуры. Как показывает анализ, около половины всех отказов арматуры в той или иной степени связаны с неудовлетворительной работой системы уплотнений. Наибольший опыт применения уплотнений из ТРГ имеют американские фирмы, в частности UCAR Carbon Company, торговая марка изделий из ТРГ – Grafoil существует на рынке уплотнений уже более 30 лет [13]. Доступный для анализа опыт использования уплотнений из ТРГ приобретен российскими фирмами [5-12]. Использования материалов на основе ТРГ вместо асбеста и паронита началось в 90-х годах прошлого столетия на электростанциях Мосэнерго, Челябэнерго, Ленэнерго, а также на атомних электростанциях – Ленинградской, Игналинской, Курской, Смоленской. Накопленный опыт позволил получить статистически средние сроки службы уплотнений в различном оборудовании, представленые в таблицах 1, 2, из которых следует, что переход на уплотнения из ТРГ взамен традиционно используемых позволяет увеличить средние сроки межремонтной эксплуатации арматуры в 2,5-8 раз, а центробежных насосов в 5-13 раз. Полученные данные позволяют провести оценку экономической эффективности применения уплотнений из ТРГ в соответствии с нормативной документацией Госкомитета промышленной политики Украины (таблица 3). Таблица 1. Средние сроки службы уплотнений для различных типов арматуры, полученные на основании опыта эксплуатации арматуры высокого давления на тепловых электростанциях России за последние десять лет при использовании терморасширенного графита [12].
Таблица. 2. Средние сроки службы уплотнений сальников центробежных и плунжерных насосов и арматуры, полученные на основании опыта эксплуатации оборудования на предприятиях ТЭК России за последние десять лет при использовании терморасширенного графита [12].
Как видно из данных представленных в таблице 3 при увеличении межремонтного периода в 2 раза, то есть исключение одного ремонта приводит к заметному экономическому эффекту в размере от 200 до 400 грн на единицу арматуры, причем только за счет экономии Таблица 3. Еффективность применения колец уплотнительных графитовых из терморозширенного графита “Термографенит” (ТУ У 26.8-30969031-003-2003), набивки плетеной графитовой “Термографенит” (ТУ У 26.8-30969031-005-2003) в составе трубопроводной арматуры[14].
затрат на ремонт, без учета затрат, связанных с простоем оборудования, потерь тепло- энерго- носителей и т.д. 2 Терморасширенный графит: технология получения, структура, физико-химические свойства Исходным сырьем для производства ТРГ является чешуйчатый кристаллический природный графит. Соединения интеркалирования графита (СИГ), образующиеся в результате окислительного интеркалирования, т.е. включения веществ акцепторного типа между графеновыми слоями, приобретают необычное свойство – вспениваться во время термодеструкции. В результате быстрого нагревания СИГ до 1000°С-1100°С получается порошок терморасширенного графита нанокластерной структуры, с размерами фрагментов от едениц нанометров до десятков микрометров и удельной поверхностью 35-70 м2/г (рис.1.) [15]. При этом удаляются практически все продукты деструкции интеркаланта. В отличие от природного графита, который не прессуется, терморасширенный графит приобретает способность к прессованию и прокатке, т.е. формованию в сплошной материал [16]. Зависимость величины плотности материала от давления прессования представлена на рис. 2.    а ´700 б в Рис 1 а, б, в. Структура терморасширенного графита: а – РЭМ, б, в - ТЭМ.  Рис.2. Зависимость плотности уплотняющих материалов из терморасширенного графита от давления прессования; | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||