Контроль больших химически стойких стеклопластиковых ёмкостей, намотанных на месте

Контроль больших химически стойких стеклопластиковых ёмкостей, намотанных на месте

Введение
Стеклопластиковые (FRP) ёмкости, изготавливаемые методом намотки непосредственно на месте эксплуатации (WOS - Wind-On-Site), приобретают все большее распространение в промышленности благодаря своей выдающейся химической стойкости, коррозионной устойчивости, возможности создания конструкций очень большого объема (сотни и тысячи кубометров) и относительной скорости монтажа. Однако специфика их изготовления – работы в полевых условиях, зависимость от человеческого фактора и внешней среды – предъявляет повышенные требования к системе контроля качества на всех этапах. Эффективный контроль таких объектов критически важен для обеспечения их долговечности, безопасности эксплуатации и предотвращения дорогостоящих аварий, особенно при работе с агрессивными средами. Основное внимание уделяется контролю целостности ламината и качеству его структуры.

1. Объекты испытаний и контроля

Объектами контроля на всех этапах жизненного цикла большой химически стойкой ёмкости WOS являются:

1. Исходные материалы:
   • Волокнистые наполнители (ровинг, стекломат, ткани): контроль качества поставки, соответствия спецификациям (тип стекла, линейная плотность, содержание связующего для матов), условий хранения.
   • Полимерные связующие (смолы, отвердители, ускорители): контроль качества, вязкости, срока годности, условий хранения, правильности пропорций при приготовлении.
   • Добавки (огнезащитные, УФ-стабилизаторы, пигменты): соответствие спецификациям и дозировке.
   • Армирующие элементы (если используются): металлические патрубки, фланцы, закладные детали – контроль материала, геометрии, состояния поверхности (подготовка под склеивание/ламинирование).
2. Технологический процесс:
   • Подготовка основания (опалубки/дорна).
   • Нанесение разделительного слоя (гелькоута) – толщина, равномерность, отсутствие дефектов.
   • Процесс намотки: контроль угла намотки, натяжения волокна, скорости подачи, температуры и влажности окружающей среды, температуры связующего, степени пропитки волокна (отсутствие сухих участков или избытка смолы), последовательности укладки слоев.
   • Формование узлов (горловины, днища сложной формы).
   • Установка и вваривание/вклеивание армирующих элементов, патрубков.
   • Процесс отверждения: контроль температуры в толще ламината и окружающей среды, соблюдение временных интервалов.
   • Пост-отверждение (если требуется).
3. Готовая конструкция:
   • Основной корпус (обечайка): Ламинат стенок по всей высоте, особенно в зонах стыков слоев и переходах.
   • Днище: Конструкция и соединение с обечайкой (переходная зона).
   • Крыша/горловина: Форма, целостность, места крепления.
   • Фланцевые соединения, патрубки: Качество изготовления/установки, зоны перехода металл-композит.
   • Внутренняя и внешняя поверхность: Наличие гелькоута, его целостность, отсутствие видимых дефектов.
   • Сварные/клеевые швы: На переходах, в местах установки патрубков и арматуры.
   • Документация: Полнота и соответствие исполнительной документации (протоколы, отчеты по контролю на этапах).

2. Область испытаний и контроля

Контроль осуществляется на протяжении всего цикла создания и эксплуатации емкости:

1. Входной контроль: Все поступающие на площадку материалы (смолы, отвердители, стекломатериалы, гелькоуты, арматура).
2. Операционный контроль (поэтапный):
   • Подготовка основания.
   • Нанесение гелькоута.
   • Каждый слой/этап намотки (после укладки/отверждения).
   • Установка армирующих элементов, патрубков.
   • Формование сложных элементов (днища, крыши).
   • Процесс отверждения (температурный мониторинг).
3. Приемо-сдаточные испытания (после полного отверждения): Комплексная проверка готовой емкости перед сдачей в эксплуатацию. Самый ответственный этап контроля.
4. Периодический контроль в процессе эксплуатации: Плановые осмотры и обследования для оценки состояния и выявления деградации.
5. Контроль после ремонта или модификаций: Проверка качества выполненных работ.

3. Методы испытаний и контроля

Для обеспечения всесторонней оценки применяется комбинация разрушающих и, преимущественно, неразрушающих методов:

1. Визуальный и измерительный контроль (ВИК):
   • Осмотр: Выявление пузырей, расслоений, непропитов, сухого волокна, пор, трещин, волнистости, отклонений цвета гелькоута, брызг смолы и т.д.
   • Измерения: Контроль толщины ламината (ультразвуковым толщиномером или механическим – на срезах), ширины намотки, угла намотки, геометрии емкости (диаметр, овальность, вертикальность).
   • Простукивание (акустический метод): Выявление зон расслоения или неплотного прилегания слоев по изменению звука.
2. Неразрушающий контроль (НК):
   • Ультразвуковой контроль (УЗК):
     • Сквозное прозвучивание (теневой метод): Выявление расслоений, крупных непропитов, включений по ослаблению/отсутствию сигнала. Часто используется на ранних слоях или локальных зонах.
     • Импедансный метод (акустико-эмиссионный контактный импеданс): Оценка качества сцепления слоев, выявление расслоений и зон плохой пропитки по изменению механического импеданса.
     • Эхо-метод (отраженный импульс): Определение толщины, выявление внутренних дефектов (расслоения, поры) по отраженным сигналам. Требует доступа с одной стороны.
   • Контроль твердости по Барколу: Оценка степени отверждения ламината. Проводится на образцах-свидетелях или в специально выделенных местах на емкости (с последующим восстановлением). Не является абсолютным показателем, но дает оперативную оценку.
   • Контроль стекломассовой доли (СМД): Определение соотношения стекло/смола в ламинате путем сжигания образцов-свидетелей, отобранных в процессе намотки или из готовой конструкции (в местах, согласованных Заказчиком). Критически важный параметр для прочности и химической стойкости.
3. Испытание на герметичность (гидроиспытание/пневмоиспытание):
   • Гидравлическое испытание: Заполнение емкости водой (или другой безопасной жидкостью) до установленного проектом пробного давления (обычно выше рабочего) и выдержка. Визуальный осмотр на предмет течей, деформаций, "потения" швов и стенок. Наиболее безопасный и предпочтительный метод.
   • Пневматическое испытание: Заполнение сжатым воздухом или инертным газом до пробного давления. Требует крайне осторожного подхода и повышенных мер безопасности из-за риска взрывного разрушения. Применяется только если гидроиспытание невозможно, и с обязательным использованием методов НК (например, обмазка мыльным раствором для выявления течей) и строгим соблюдением регламента.
4. Разрушающий контроль (РК):
   • Изготовление и испытание образцов-свидетелей: Ламинирование образцов одновременно с намоткой емкости на той же установке, теми же материалами и оператором. Испытания образцов на прочность при растяжении, сжатии, изгибе, сдвиге по стандартным методикам. Дает информацию о фактических прочностных характеристиках ламината.
   • Локальный вырез образцов из емкости (крайне редко): В исключительных случаях, по согласованию, для углубленного анализа при подозрении на серьезный дефект или несоответствие. Требует последующего квалифицированного ремонта.

4. Испытательное оборудование

Контроль ёмкостей WOS требует специализированного, часто портативного оборудования, приспособленного для работы на строительной площадке:

1. Для ВИК и измерений:
   • Системы освещения (прожекторы, переносные светильники).
   • Зеркала на штангах, эндоскопы/бороскопы для осмотра труднодоступных мест.
   • Измерительные инструменты: рулетки, линейки, штангенциркули, щупы.
   • Толщиномеры: ультразвуковые (с контактными жидкостями, для различных материалов и диапазонов толщин), механические (микрометры для образцов-свидетелей или срезов).
   • Приборы для контроля геометрии (нивелиры, теодолиты, лазерные сканеры).
   • Молотки для простукивания (с пластиковым/резиновым наконечником).
2. Для НК:
   • Ультразвуковые дефектоскопы: Адресные (фазированные решетки - PAUT) для более точной визуализации дефектов или обычные импульсно-эхо приборы. С набором преобразователей (датчиков) разной частоты и конфигурации.
   • Импедансные дефектоскопы (акустико-эмиссионные контактные).
   • Твердомеры по Барколу (различных шкал - обычно Barcol Impressor).
   • Оборудование для отбора кернов/образцов на СМД: Режущий инструмент (пилы, фрезы), муфельные печи для сжигания, аналитические весы.
3. Для испытаний на герметичность:
   • Насосы: водяные (для гидроиспытаний – мощные напорные насосы), воздушные компрессоры высокого давления (для пневмоиспытаний – с обязательными предохранительными клапанами и редукторами).
   • Манометры высокого класса точности, датчики давления с регистрацией.
   • Запорная и регулирующая арматура (клапаны, вентили).
   • Расходные материалы для выявления течей: мыльные растворы, течеискатели (газоанализаторы) для пневмоиспытаний.
4. Контроль параметров процесса:
   • Психрометры/гигрометры (температура, влажность воздуха).
   • Термометры (для связующего, окружающей среды).
   • Вискозиметры (для контроля вязкости смолы).
   • Тензометрические датчики (для контроля натяжения нити при намотке - интегрированы в оборудование для намотки).
   • Регистраторы температуры для мониторинга экзотермии в толще ламината.
5. Вспомогательное оборудование:
   • Оборудование для очистки поверхности перед контролем.
   • Калибровочные образцы для НК-приборов.
   • Средства индивидуальной защиты (СИЗ).

Заключение

Контроль больших химически стойких стеклопластиковых ёмкостей, изготавливаемых методом намотки на месте, – это комплексная и многоэтапная задача, требующая системного подхода и применения разнообразных методов. Ключевыми факторами успеха являются:

1. Проактивность: Контроль на всех этапах, начиная с материалов, а не только готовой емкости.
2. Квалификация персонала: Операторы намотки и особенно специалисты по контролю должны иметь высокую квалификацию и опыт работы с композитами.
3. Адекватное оборудование: Использование современных, правильно откалиброванных приборов НК.
4. Документирование: Тщательная фиксация всех результатов контроля, параметров процесса и условий окружающей среды.
5. Следование стандартам и ТУ: Четкое соблюдение утвержденных процедур контроля и требований проектной документации.

Только строгий и всесторонний контроль на всех стадиях позволяет гарантировать высокое качество, надежность и безопасную долговременную эксплуатацию этих ответственных и дорогостоящих сооружений в условиях воздействия агрессивных химических сред. Особое внимание должно уделяться критическим зонам: переходам, стыкам, местам врезки патрубков и качеству отверждения.