Эффективность применения полиуретана в работе ГОКов

О.Н. Шведов, к.т.н., зам. генерального директора ЗАО «СОМЭКС» А.Г. Липатов, главный механик ОАО «ЕВРАЗ Качканарский ГОК»

Компания «СОМЭКС» имеет более чем 10-летний опыт специализации по снижению производственных затрат горно-обогатительных предприятий за счет использования износостойких свойств полиуретана (ПУ) и других полимерных инновационных материалов в узлах и деталях эксплуатируемого оборудования. За эти годы многим стало известно на собственном или чужом опыте, что замена в существующих производственных цепочках изделий, выполненных из износостойких металлов, на полиуретановые или композиционные изделия (рабочие поверхности из полиуретана и несущие силовые элементы из металла) способствует увеличению сроков их службы, снижению издержек и росту локальной эффективности.

Полиуретан как фактор повышения эффективности производственных процессов

В целях устранения острой проблемы повышения надежности и стабильности функционирования грунтовых насосов и трубопроводов цеха хвостового хозяйства (ЦХХ) в результате сравнительных испытаний четырех различных материалов внутренней футеровки отвода ДУ-1000, как объекта с наименьшей надежностью в системе трубопроводов, выявлены на практике подавляющие преимущества полиуретановой футеровки. На этом фоне сенсационной ходимости полиуретана проработаны заказ и осуществлена поставка в промышленную эксплуатацию еще 4-х отводов. В стадии проработки на 2014 г. находится экспериментальный напорный участок трубопровода 20–30 м. с такими элементами, как напорный конус, лежак, конус всаса, компенсатор.

№4 (110) 2013Магистральный хвостопровод ДУ1000

Кроме прямого экономического эффекта от роста ресурса следует иметь в виду и косвенный эффект:

  • исключается необходимость в 5 или 6 остановках и соответствующих трудозатратах;
  • ощутимо снижается силовая нагрузка на корпус отвода и соответственно на сам насос. Там, где эксплуатируются трубопроводы с полиуретановым покрытием, отмечается снижение нагрузки на насосы и потребления электроэнергии, т.к. ПУ стенки отводов и трубопровода по сравнению с металлом имеют близкий к нулевому коэффициент трения и исключают налипание на стенках, также тормозящее поток.

ПУ изделия при удачном подборе марки полиуретана в соответствии с условиями эксплуатации, как правило, оказываются эффективнее изделий из традиционных материалов.

В самом деле, низкая работоспособность стальных отводов и трубопроводов в абразивной и химической средах представляет самую благодатную почву для перевода трубопроводов на ПУ исполнение, при котором эффективность может повышаться на порядок.

Там, где такое понимание поднимается до уровня руководства фабрик и предприятий, осуществляется модернизация магистральных трубопроводов на основе перехода к ПУ покрытиям. На текущий период запущены в эксплуатацию трубопроводы длиной более 20 км, в т.ч. хвостопровод ДУ-1000 длиной 8 км.

Эффективность через 28 месяцев после ввода хвостопровода в промышленную эксплуатацию такова, что аналогичный стальной отвод через 10 месяцев эксплуатации проявил ряд участков с протечками, а на хвостопроводе с ПУ покрытием – не обнаружено признаков износа, только поверхность полиуретановой футеровки утратила глянцевость и стала матовой. Следует отметить, что осмотр проводился, в том числе в месте наибольшего перепада температуры (108°С), где при запуске трубопровода в эксплуатацию внутренняя температура скачкообразно поднялась за счет подачи большого объема горячей воды от –43° до +65°С. Отслоений, вздутий, растрескивания в трубопроводе и в помине нет. Связь металл-полиуретан отличается высокой прочностью, даже при таком жестком испытании.030 t1

Гарантийный срок эксплуатации трубопровода – 15 лет, эксплуатационный ресурс – 20–25 лет. Эффективность по ресурсу наработки соответствует коэффициенту эффективности – 16 раз. При том, что исключается многократная замена всего стального трубопровода, также сокращается в несколько раз необходимость периодичного его переворачивания на 90° или 180°.

В акте обследования состояния трубопровода ДУ-1000 отмечено: «...Учитывая отсутствие аналогов с выявленными характеристиками, продукция ЗАО «СОМЭКС» применима на магистральных трубопроводах. Продолжать проведение плановой замены участков магистрального хвостопровода из стальных труб ДУ-1000 на секции пульпопровода с внутренним защитным покрытием ЗАО «СОМЭКС».

По информации наших зарубежных партнеров, там внимание к росту эффективности производств от применения ПУ активизируется первыми руководителями – создателями своих предприятий, устремленными к извлечению любой минимальной выгоды от инновационных технологий. Если доверять получаемой информации, на Западе кроме массового применения на ГОКах разнообразных изделий на основе ПУ, во многих случаях магистральные трубопроводы для перекачки пульпы и хвостов, а также емкости флотомашин и т.п., имеют ПУ покрытие. Сгустители отличаются облегченной конструкцией в металло-полиуретановом исполнении, более эффективной, чем ранее применяемые бетонно-кирпичные сооружения.

На основе наработанного большого опыта взаимодействия с предприятиями можно констатировать, что при реализации эффективности ПУ перед нашей и другими фирмами открываются большие перспективы на много лет вперед. Это обусловлено тенденциями мировой научно-технической революции в горнодобывающей отрасли, в связи с чем и на отечественных предприятиях ожидается постепенное возрастание заинтересованности производственного персонала и специалистов управляющих структур в применении ПУ технологий для повышения эффективности предприятий. Пока же в этой области прогресс обеспечивается за счёт энтузиазма в основном производственного персонала цехов и фабрик.

Во взаимодействии с ними ЗАО «СОМЭКС» освоены производство и поставка свыше 400 изделий для горно-обогатительных предприятий: запчасти к флотомашинам; шламовые насосы и запчасти к ним; гидроциклоны; просеивающие поверхности грохотов; футеровочные элементы бункеров, мельниц, спиральных классификаторов, трактов перегрузки; комплекты для магистральных трубопроводов – трубы, отводы, коллекторы, компенсаторы, а также разнообразные уплотнительные элементы, лаки, покрытия.

Отработаны и находят применение технологии полимерных бесшовных покрытий емкостей, кровель, промышленных полов, а также восстановления тяжело нагруженных стальных узлов и деталей дробильно-размольного, измельчительного и сушильного оборудования непосредственно на местах их эксплуатации (технологических позициях).

Продукция нашей компании, поставляемая заказчикам для промышленной эксплуатации, производится на импортном оборудовании с использованием лучших мировых марок полиуретана и в сравнении с импортной продукцией – не уступает и даже превосходит ее по качеству, но по стоимости и оперативности взаимодействия с заказчиками – предпочтительнее. Это не голословные утверждения, а результат проведенной на предприятиях работы по организации и документированию испытаний. Некоторые из множества положительных результатов эксплуатации конкретных изделий, подтвержденных реальными актами, приведены в табл. 1.

Как следует из табл. 1, при оптимальной марке ПУ продукция на его основе превосходит легированную сталь, резину импортную и отечественную, износостойкий чугун, и многократно продлевает жизненный цикл стальных магистральных трубопроводов.

Согласно данным табл. 1, работоспособность импортной резины в ситах дробильно-сортировочного комплекса, эксплуатируемого постоянно на открытом воздухе при температурах от –50° до +35°C, по ресурсу оказалась в 3,5 раза ниже, а цена выше, чем в наших ПУ ситах. Аналогично, в запчастях к шламовым насосам применение ПУ оказалось эффективнее импортной резины и спецсплавов. Правда, с довольно скромным коэффициентном в 1,2–1,5 раза, но признано достижением, способным противостоять монополии зарубежного поставщика с его высокими ценами. В насосе 5 ПС-6 разгрузки сгустителя диаметром 50 м ПУ успешно заменил ИЧХ и сталь 06 ХН28МДТ с коэффициентным 3,5 и по ресурсу, соответственно. Но цена 1 кг указанной стали высокая и составляет около 1,2–1,4 цены 1 кг ПУ. При одинаковых геометрических параметрах изделие из такой стали в 7 раз тяжелее полиуретанового, поэтому эффективность по цене составляет 1,2ƒ7,0=8,4 цены ПУ изделия. Общая эффективность (Кобщ) замены этого дорогостоящего сплава с учетом ценового фактора может достигать Кобщ = 3,5ƒ1,2ƒ7,0=29,4.

Аналогично, и по дорогостоящему титану замена его на ПУ дает Кобщ= 1,1ƒ1,7ƒ3,75=7,27 цены ПУ изделия (где:1,1 – коэффициент эффективности ПУ; 1,7 – коэффициент цены титана; 3,75 – коэффициент соотношения веса титана и ПУ).

О титане следует указать, что замена его в абразивной и химагрессивной средах на ПУ возможна только в процессах, протекающих при температурах –60°С. При температуре более высокой (–80°С) ПУ не может служить альтернативой титану.

Оценка эффективности использования ПУ

Формула оценки прямой эффективности применения ПУ для аналогичных по конфигурации изделий имеет довольно простой вид:

030 f1

где: См – цена за 1 кг традиционно применяемого материала; Спу – цена за 1 кг ПУ; γм – удельный вес материала; γпу – удельный вес ПУ; Кр – коэффициент эффективности по ресурсу.

Формула (1) не учитывает косвенную эффективность, оценка которой в каждом конкретном случае может носить индивидуальный характер. Например, снижение затрат за счет экономии на количестве и трудоемкости ремонтов, росте объемов выхода продукции и т.п.

Успешно проведенные испытания ПУ продукции с четко выраженным прямым экономическим эффектом служат основой для ее включения в годовые планы закупок. Пример подобного обоснования приведен в табл. 2. Назначение примера – получить расчетные данные годового экономического эффекта от применения ПУ по сравнению с годовым объемом затрат на номенклатуру традиционной продукции. На те же самые численные данные по количеству номенклатуры традиционной продукции затраты на ПУ аналоги, как правило, выше из-за более высоких мировых цен на ПУ по сравнению со сталью, обычной резиной и т.п.

Однако, вследствие более высокого эксплуатационного ресурса в удельном отношении на год, ПУ менее затратен, что дает годовой экономический эффект от применения конкретного изделия, рассчитываемый по формуле:

030 f2

где: Zi ГЭИ – годовой экономический эффект i-го изделия, руб; Zi ТИ – сумма затрат на i-е традиционные изделие, руб; Zi ПИ – сумма затрат на i-е изделие из ПУ, руб; Крi – коэффициент эффективности по ресурсу наработки i-го изделия.

В свою очередь общая величина экономического эффекта на год по всем ПУ изделиям определяется по формуле:

030 f3где: n – количество изделий, включенных в план закупок на планируемый год.

При взгляде на итоговые цифры общей стоимости традиционных и ПУ изделий возникает ощущение парадокса: итоговые цифры стоимости традиционных изделий ниже и вдруг возникает годовая экономия при использовании ПУ изделий. Объяснение простое: то же самое количество ПУ изделий служит дольше, поэтому удельные годовые затраты на них ниже, чем на традиционные изделия.

Эффективность полиуретана как материала

Полиуретан, если взять в руки его образцы, внешне ничем особенным не отличается от других полимеров. В зависимости от марки ПУ образец можно спутать с образцом из резины, фторопласта, полиэтилена, полиамида и др. Он изгибается, растягивается, режется и т.п. По отдельным свойствам он может быть аналогичным или уступать другим полимерам. Но по совокупности свойств ему нет равных, что можно видеть на примере показываемых двух внешне похожих образцов, – шаров, выполненных из разных марок полиуретана. Если бросить их на пол, то один из них подпрыгнет, как резиновый, а другой как бы прилипнет к полу подобно пластилину. Эти образцы демонстрируют разброс диапазона свойств ПУ, которым не обладает ни один из других полимеров.

Свойства разных марок полиуретана определяются исходными сырьевыми компонентами и количеством этих компонентов: двух-, трехкомпонентные и более. При смешивании различных компонентов и их последующем отверждении при определенных температурных режимах получаются полиуретановые полимеры определенных марок, отличающихся твердостью и другими физико-механическими характеристиками. Твердость может колебаться в широких диапазонах от 30 до 95 ед. по шкалам Шор А и D. Но главной их особенностью является молекулярная структура, получаемая в процессе отверждения. Эту структуру можно образно интерпретировать как нитеподобную с сетевыми связями, где молекулы связываются в очень длинные линейные структуры с прочными межмолекулярными цепными связями. Когда внешняя сила пытается вырвать одну или несколько молекул, другие молекулы стараются ее удержать, передавая свою энергию в зону конфликта, проявляя свою способность по сопротивлению к износу. При изготовлении изделий произвольной конфигурации методом горячей заливки полиуретан в форме принимает заданную конфигурацию изделия с упорядоченной структурой расположения полимерных цепей, обладающих так называемой памятью формы изделия.

В теле изделия образуется свободная энергия, которая при воздействии на участок изделия может переходить в этот участок, защищая конфигурацию и целостность изделия. Тем самым предопределяется высокая степень сопротивления износу. Полиуретановое изделие всем своим объемом сопротивляется износу в отличие от стали, где сопротивление внешнему воздействию ограничивается зоной воздействия, без поддержки соседних, не затронутых воздействием зон.

Другие уникальные свойства полиуретановых изделий:

  • устойчивость к набуханию в различных маслах и растворителях и химстойкость;
  • сочетание высокой эластичности с высоким диапазоном твердости и прочности – до 50 МПа;
  • широкий температурный диапазон (от –60° до 80°С) сохранения работоспособности без потери свойств; высокотемпературные марки работоспособны при температурах 150°–180°С;
  • озоновая, радиационная стойкость, неподверженность бактериальному и плесневому воздействию;
  • высокая прочность связи полиуретан-металл в композиционных изделиях, широко применяемых в горно-обогатительных процессах;
  • возможность получения свободным литьевым методом изделий любой формы и размеров, что недоступно при их изготовлении из резины.

В мировой полиуретановой отрасли по производству сырьевых исходных компонентов неустанно трудятся несколько крупных конкурирующих корпораций в Англии, Италии, Америке и Австралии. Их усилиями наработаны рецептуры сотен разнообразнейших марок полиуретанов, постоянно появляются марки новых поколений. Для каждого вида условий эксплуатации существуют десятки подходящих марок, но оптимальными среди них являются одна-две. Выбор такой оптимальной марки представляет собой сложную задачу для практиков и, к сожалению, затратной, т.к. иногда требуется последовательно ставить в опытную эксплуатацию несколько дорогостоящих изделий, чтобы добиться оптимума. К сожалению, математически точных моделей подбора эффективных марок полиуретанов пока не существует, возможно, они появятся в будущем. Поэтому не все результаты опытной эксплуатации оказываются успешными.

Однако из этого не следует, что полиуретан как широкий класс материалов не подходит. Просто не подобрали сразу нужную марку полиуретана, но она существует и ее нужно найти в последующих попытках.

Эффективность системно-организационная

Выше были рассмотрены вопросы эффективности применения ПУ изделий и особенности самого полиуретана как материала. Однако какой бы эффективностью не обладали материал и изготовленные из него изделия общий ход развития полиуретан-ориентированных технологий ГОКов будет медленным, если он будет проходить без пристального внимания руководящего уровня предприятий и реализации известного принципа «Первого лица». Процесс достижения более высокого уровня системной эффективности сам по себе не состоится. Этому процессу нужны заинтересованные руководители, планирующие, контролирующие и инвестирующие ход комплексного охвата полиуретановыми технологиями основных производственных участков ГОКов.

Это тем более необходимо для отечественных горно-обогатительных производств, так как в мировом масштабе они переживают этап научно-технической революции, определяемый активной ориентацией передовых предприятий на современные абразивно-стойкие материалы и технологии. Степень вовлеченности таких материалов в производственные процессы, как правило, является критерием более низкого уровня издержек по сравнению с технологиями на основе традиционных материалов.

По рассматриваемому вопросу среди персонала и руководящего состава отечественных предприятий, проектных организаций наблюдается, по нашему опыту, недостаточная осведомленность, не сложилась определенная система внедрения, обобщения, выработки рекомендаций предприятиям и проектным организациям, отсутствуют также действенные процедуры отражения новых реалий в нормативносправочной информации.

Обычно появление новой продукции на отечественных предприятиях осуществляется на уровне участков и цехов через эксплуатационный персонал, согласный на свой риск поставить в опытную эксплуатацию конкретное изделие.

Благодаря этому через несколько лет дело обрастает сторонниками и постепенно доходит до промышленного применения. В результате инновационная продукция постепенно распространяется по предприятиям. Однако дело продвигается не так активно, как в странах Запада. Процесс освоения достижений научно-технической революции, как нам представляется, проходит без конструктивного влияния высших управляющих звеньев корпораций.

Из ряда взаимодействующих с нашей компанией предприятий, которым присуща изложенная выше картина, лишь одно предприятие – ОАО ГМК «Норильский Никель» имеет налаженную систему обеспечения внедрения инновационных полиуретановых технологий. Ядром системы является Центральная антикоррозионная лаборатория в оперативном подчинении главного механика комбината. В каждом предприятии комбината работают представители лаборатории. Задача лаборатории и ее представителей состоит в проверке совместно со службой главного механика работоспособности всех новых изделий, предназначенных для повышения ресурса работоспособности оборудования предприятий. Ход всех испытаний актируется. Лабораторией организуются испытания продукции каждого поставщика по отдельности, а также сравнительные испытания аналогичной продукции нескольких поставщиков с целью выбора лучшей. Только при положительных результатах испытаний, зафиксированных в утвержденных актах, продукция может включаться в планы закупок. На комбинате налажен четко действующий порядок актирования не только испытаний, но и промышленной эксплуатации образцов изделий. Результатом функционирования рассматриваемой системы, действующей впервые в стране с 1980-х годов, стал значительный объем закупок износостойкой продукции, снижающей трудоемкость технического обслуживания за счет увеличения ресурса наработки.

Получаемая экономическая эффективность малой своей частью окупает содержание лаборатории и организацию испытаний продукции. Поэтому в эксплуатацию поступает продукция мирового уровня, а другого качества продукция не имеет шансов попасть на предприятие.

Условия обеспечения изготовления и поставки эффективной продукции мирового уровня и выше

Для изготовления и поставки отечественной продукции, конкурентоспособной на мировом уровне, как показывает опыт нашей компании, требуется одновременно выполнение следующих условий:

  • Применение для изготовления износостойкой ПУ продукции разнообразных импортных многокомпонентных марок полиуретана последних поколений. Ориентация арсенала производителя ПУ продукции только на отечественные двухкомпонентные марки не позволяет поставлять высококачественные изделия.
  • Наличие современной технической базы – трех- и четырехкомпонентного литьевого оборудования с автоматизированными высокоточными системами смешивания и дозирования компонентов. (Продукция производителей, изготавливаемая кустарным методом ручного дозирования и смешивания электромешалкой в ведре, не может обеспечить стабильного качества и способна дискредитировать ПУ в глазах потребителей).
  • Наличие собственного современного парка оборудования полного цикла металлообработки для изготовления качественных литьевых форм и силовых закладных элементов для последующей их заливки полиуретаном.
  • Организация должного технического контроля всех этапов производства износостойкой продукции.
  • Наличие сети региональных представительств для обеспечения подготовки адекватных описаний условий эксплуатации изделий, постоянного мониторинга состояния эксплуатируемых изделий, оперативного решения возникающих проблем и подготовки предложений по модернизации изделий.
  • Квалифицированный производственный персонал.030 t2

Совпадение перечисленных условий в деятельности фирмпроизводителей ПУ продукции означает потенциальную ее возможность успешно конкурировать с любой импортной продукцией. Наша компания смогла превзойти по качеству ряд изделий (сита для грохотов, запчасти для шламовых насосов) зарубежных производителей. Перспективны наши наработки по аэроузлам флотомашин ОК-130. Уверенно глядеть в будущее нам позволяет наличие в составе ЗАО «СОМЭКС» пяти собственных предприятий по выпуску самой разнообразной ПУ продукции и одного комбината по производству аналогов отечественных марок ПУ и полиуретан-ориентированных покрытий, лаков, мастик, связующих составов, компаундной продукции для заливки полостей броней дробилок.

Выводы:

  • За последние годы популярность полиуретановой продукции заметно возросла. Замена в производственных горнообогатительных процессах ранее применяемых изделий на полиуретановые или композиционные находит все большее число сторонников благодаря очевидным преимуществам полиуретана.
  • Полиуретан в горно-обогатительной отрасли является, как в свое время компьютеры, движущим фактором современного этапа научно-технической революции.
  • Понимание значения правильного применения полиуретана присуще широкому кругу производственного и управленческого персонала многих зарубежных ГОКов, а для первых руководителей расширение сфер его применения становится предметом постоянного внимания и управления.
  • В российских условиях проникновение полиуретановых изделий в отдельные узлы технологических процессов осуществляется в основном усилиями энтузиастов-производственников. В большинстве предприятий, за редким исключением отсутствует хотя бы минимальная организационная система. В результате на предприятиях, если и получены положительные результаты от применения полиуретана, но на фоне общей картины возможных его применений существуют отдельные, не связанные между собой вкрапления.
  • Сама по себе потенциальная эффективность полиуретана и изделий из него не может решить актуальную задачу роста системной эффективности ГОКов без пристального внимания и заинтересованности первых лиц предприятий, без планирования, инвестирования и контроля с их стороны.
  • Стабильность конкурентоспособности и эффективности полиуретана в сложных изделиях проявляется, если для их производства применяется современное импортное автоматизированное литьевое оборудование и многокомпонентные марки полиуретанов последних поколений ведущих мировых фирм.

www.somex.ru

Ключевые слова: Эффективность, полиуретан, ГОК

Журнал "Горная Промышленность" №4 (110) 2013, стр.30