Мехманов Ш.А., Керимова А.Г.
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ МОРСКИХ НЕФТЕГАЗОВЫХ СООРУЖЕНИЙ *
Аннотация:
в данной статье описывается актуальность использования композитных материалов для морских нефтегазовых сооружений и их перспективность. Также в статье рассматриваются ограничения этих материалов, проблемы, возникающие при их применении и перспективные методы их решения.
Ключевые слова:
морские сооружения, композитные материалы, надежность, нефтегазовая промышленность, проектирование
Материалы, используемые для строительства и ремонта морских нефтегазовых сооружений (МНГС), существенно влияют на их надежность и эксплуатационную эффективность. Анализ композитных материалов способствует развитию целого спектра направлений для дальнейшего их применения на морских объектах. В настоящее время существует множество разновидностей данного материала, которое нашло свое применение почти во всех сферах промышленности, включая нефтегазовую [1]. Такие характеристики как коррозионная стойкость, меньший по сравнению с металлами вес, большой строк эксплуатации и гибкость делают их перспективными для применения в морской нефтегазовой отрасли (Рис. 1).Рис. 1 Использование композитов для различных морских сооруженийКомпозитный материал (КМ) представляет с собой материальную систему, которая состоит из двух или более компонентов с разными физическими и химическими свойствами. Распределение и объемные доли компонентов сильно влияют на его характеристики. Основными составляющими композита являются матрица и наполнитель. Под наполнителем понимается элемент, выполняющий функцию армирования и улучшающий свойства материала. Она должна быть правильно распределена в целях недопущения неоднородности материала и ухудшения прочностных качеств, вызванных местными ослаблениями. Основой композита служит матрица, являющееся его фундаментом, которая обеспечивает размещение на нем остальных компонентов [2].Проблемы, ограничивающие применение композитов.Исследование опыта применения композитных материалов для МНГС выявило ряд таких технологических проблем как определенные сложности при проектировании и изготовлении композитных конструкций, их монтаж, а также стандартизация и сертификация изделий из данного типа материалов. Проектирования конструкций из композитных материалов невозможно осуществить без необходимого объема данных о свойствах материалов и о влиянии морской среды на эти свойства. Волокна придают композитам высокий разбросом прочности по сравнению с обычными материалами. Причиной тому служат локальные концентрации напряжений вокруг волокон.Провести анализ композитных материалов относительно сложнее из-за их неоднородности. Несмотря на то что композиты обладают преимущественным свойством как коррозионная стойкость, что очень важна в морских условиях, их свойства также подвержены изменениям под воздействиями внешней среды. Ультрафиолетовые лучи способны привести к разрыву молекулярных цепей полимера. С течением времени, под действием погодных условий, в большей степени меняются такие свойства данных материалов как прочность на изгиб и жесткость [3].Методы улучшения характеристик композитных материалов.Для решения перечисленных ранее проблем с применением КМ, необходимо уделить внимание методам улучшения их характеристик. С этой целью перечислены несколько подходов: 1. Разработка новых материалов: Создание новых типов композитных материалов с улучшенными свойствами может помочь решить определенные проблемы. Например, добавление специальных компонентов может повысить огнестойкость, однако это будет сказываться и на остальных прочностных свойствах, что накладывает определенные ограничения на объемные доли этих добавок. 2. Методы формовки и соединения: Модернизация существующих и разработка новых методов формовки и соединения композитных деталей позволит улучшить качество конструкций. Сюда можно включить и новые технологии связывания волокон и матрицы.3. Контроль и стандартизация: Важно разрабатывать методы контроля качества композитных изделий. Контроль за качеством является важным не только во время производства, но и при дальнейшем его эксплуатации. Это поможет обеспечить их надежность и долговечность в морских условиях.4. Необходимо повысить автоматизацию в процессах связанных с производством этих материалов, что положительно скажется на экономических показателях.Композитные материалы не требуют частого обслуживания и ремонта, что очень важно для морских сооружений, где надежность и безопасность играют основную роль. Этот фактор также снижает затраты при их эксплуатации. За счет использование некоторых смол и различных видов армирующих материалов, можно получить стеклопластик, обладающий прочностными свойствами превосходящие некоторые сплавы цветных металлов и стали. При незначительной массе КМ обладают высокой прочностью. Например, стеклопластик широко используемый в нефтяной промышленности обладает удельным весом от 1,4 до 2,1г/см3, в то время как это значение для одного из наиболее легкого сплава, используемого в технике равно 2,8 г/3 [4]. Это весьма важно для плавучих платформ и подводных сооружений, что также улучшает эффективность транспортировки и монтажа.Композиты, обладающие высокой амортизацией, способны поглощать вибрации, снижая их воздействие на конструкцию. Данное преимущество особо значимо для морских буровых установок, с учетом того что можно минимизировать передачу вибраций с технологических бурильных оборудований к основной конструкции [5]. Широкое распространение получило использование композитных покрытий, для ремонта различных повреждений стальных труб, а также узлов ферменных сооружений.Исходя из существующих тенденций применения КМ на морских объектах, возникают рекомендации по продолжению исследований в области данных материалов, разработке новых вариантов с улучшенными свойствами, стандартизации и сертификации изделий, обучению специалистов правильному проектированию, монтажу и обслуживанию конструкций из композитов.Выводы:На основе исследования физических и механический свойств КМ, а также их преимуществ над традиционными видами материалов в морских условиях, были выявлены направления для их потенциального усовершенствования. Применение композитных материалов для морских нефтегазовых сооружений обладает высоким потенциалом. Однако необходимо продолжить дальнейшие исследования, с учетом технологических ограничений.
Номер журнала Вестник науки №2 (71) том 4
Ссылка для цитирования:
Мехманов Ш.А., Керимова А.Г. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ МОРСКИХ НЕФТЕГАЗОВЫХ СООРУЖЕНИЙ // Вестник науки №2 (71) том 4. С. 368 - 373. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/13140 (дата обращения: 17.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2024. 16+