книги / Трибология

лируемые технологические параметры осаждения неоднозначно влияют на износостойкие и антифрикционные свойства пленок.

Оптимизация технологии получения пленок позволяет установить значения технологических параметров, соответствующих минимальному износу пленки и контртела в зоне контакта.

8.6. Исследование влияния фракционного состава катализатора на абразивный износ системы гравитационного тракта установок каталитического крекинга

Явление разрушения деталей, подвергающихся ударам движущихся абразивных частиц, широко известно в технике. Так, износ в потоке абразивных частиц является одним из основных факторов, снижающих надежность и экономичность работы установок каталитического крекинга. Ударяющиеся о металлическую поверхность твердые частицы катализатора разрушают системы гравитационного тракта установок каталитического крекинга, снижая тем самым их долговечность. Важнейшим аспектом решения этой проблемы является экспериментальное определение влияния фракционного состава катализатора на абразивный износ стали. Для этого требуется в зависимости от условий эксплуатации разработать или подобрать методику износных испытаний, позволяющих получать достоверные результаты. В связи с тем, что остановка нефтеперерабатывающего производства изза преждевременного износа оборудования может привести к экологическим и экономическим потерям, данное исследование является актуальным.

Для испытания материалов на изнашивание о нежестко закрепленные абразивные частицы была выбрана схема испытаний «Вращающийся барабан», модернизированная с целью повышения интенсивности взаимодействия катализатора и стальных образцов добавлением планетарного вращения барабана. Схема используемого планетарного гранулятора представлена на рис. 8.19.

141

Для этого использовали ультразвуковую очистку с подогревом до температуры 60±5 °С в среде растворителя НЕФРАС-С2-80/120 (ТУ 38.401-67-108–92) с последующей протиркой этиловым спиртом.

Рис. 8.20. Барабан планетарного гранулятора с исследуемым образцом и катализатором: 1 – стальной тестовый образец; 2 – барабан; 3 – катализатор (абразивный материал)

Чтобы исключить влияние случайных ошибок, вызванных внешними условиями (переменой температуры, качеством сырья, квалификацией лаборанта и т.д.), опыты рандомизировались во времени, т.е. очередность их проведения в рамках одного параллельного определения выбиралась случайным образом.

Разработанный метод испытания материалов на изнашивание о нежестко закрепленные абразивные частицы был использован для проведения испытаний катализаторов установки каталитического крекинга с целью определения влияния фракционного состава катализатора на абразивный износ стали. Для проведения испытаний использовали план эксперимента для смеси из трех компонентов:

A – частицы катализатора, задержавшиеся на сите № 4; B – частицы катализатора, задержавшиеся на сите № 3.15; C – крошка, т.е. частицы катализатора, прошедшие через

сито № 3.15.

143

Сумма компонентов смеси равна 100 %, такая задача оптимизации часто встречается в пищевой промышленности, очистке или производстве химикатов или лекарств.

Симплекс-вершинный план эксперимента смеси из трех компонентов q = 3 со степенью полинома m = 3 представлен в табл. 8.9.

На области наложили следующие ограничения для компонентов смеси, связанные с особенностями технологического процесса каталитического крекинга: 0,35 ≤ A ≤ 0,65; 0,35 ≤ В ≤ 0,65; 0 ≤ С ≤ 30.

Для нахождения вершин в областях с ограничениями воспользовались алгоритмом, предложенным Пипелем и Сни. Преобразованная матрица планирования представлена в табл. 8.10.

Результаты и обсуждение. Во время проведения предварительных испытаний для определения оптимальных планетарной скорости вращения барабанов, массы испытуемого катализатора, времени испытаний наблюдалось увеличение массы некоторых тестовых образцов вследствие шаржирования частиц катализатора в их поверхность. Для удаления шаржированных частиц катализатора с поверхности тестовых образцов в методику

144

эксперимента была введена ультразвуковая очистка с подогревом до температуры 60±5 °С в среде растворителя НЕФРАС-С2-80/120 (ТУ 38.401-67-108–92).

В табл. 8.11 представлены результаты исследований влияния фракционного состава катализатора на абразивный износ стали по разработанной методике.

Таблица 8.11

Влияние фракционного состава катализатора на абразивный износ стали

145

К значениям износа в табл. 8.11 подгоняли поверхность отклика возрастающей сложности, начиная с линейной модели, затем продолжая квадратичной моделью, специальной кубической моделью и, наконец, завершая полной кубической моделью. Поскольку у полной кубической модели среднеквадратичная ошибка меньше, а значения коэффициента детерминации R2 = 0,9 больше, чем у других моделей, будем использовать полную кубическую модель (рис. 8.21).

Рис. 8.21. Зависимость износа от соотношении компонентов катализатора

Представленные табличные и графические экспериментальные данные показывают, что наименьший массовый износ стальных образцов по результатам трех испытаний составил 1,3 мг, он наблюдается у образцов, изнашиваемых катализатором фракционного состава № 6. Наибольшее среднее значение массового износа 4,1…4,4 мг получено на образцах, изнашиваемых двухфракционным составом катализатора (только А и В).

146

Проведенные исследования показали, что зависимость износа стальных образцов от фракционного состава катализатора каталитического крекинга носит нелинейный характер. Результаты испытания позволили предположить, что определяющую роль в износе стальных образцов играют фракции катализатора >3,15 мм и >4 мм. С целью уменьшения износа оборудования рекомендуется использовать катализатор следующего фракци-

онного состава: >4 мм – 35±1 мас. %; >3,15 мм – 45±1 мас. %,

остальное – крошка. Приведенная методика эксперимента может использоваться для испытания других материалов.

147

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Гаркунов Д.Н., Мельников Э.Л., Гаврилюк В.С. Триботехника: учеб. пособие. – М.: КНОРУС, 2011. – 408 с.

2.ГОСТ 27674–88. Трение, изнашивание и смазка. Термины и определения. – Взамен ГОСТ 23.002–78; введ. 1989–01–01. – М.: Изд-во стандартов, 1992. – 19 с.

3.Дегтярев А.И., Ханов А.М. Трение и износ деталей машин: учеб. пособие для вузов / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2003. – 121 с.

4.Дерягин Б.В. Что такое трение: Очерки о природе трения. – М.: Изд-во Акад. наук СССР, 1952. – 244 с.

5.Зорин В.А. Основы работоспособности технических систем: учеб. – М.: Академия, 2015. – 208 с.

6.Куксенова Л.И., Герасимов С.А., Лаптева В.Г. Износостойкость конструкционных материалов: учеб. пособие. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. – 237 с.

7.Крагельский И.В. Трение и износ. – 2-е изд., доп. и перераб. – М.: Машиностроение, 1968. – 480 с.

8.Михин Н.М. Внешнее трение твердых тел. – М.: Наука, 1977. – 221 с.

9.Пенкин Н.С., Пенкин А.Н., Сербин В.М. Основы трибологии и триботехники: учеб. пособие. – 2-е изд. – М.: Машино-

строение, 2012. – 208 с.

10.Трение и модифицирование материалов трибосистем: учеб. пособие / под ред. Ю.К. Машкова; Ин-т сенсорной микроэлектроники СО РАН. – М.: Наука, 2000. – 280 с.

148