Аналіз корозійних та корозійно-механічних руйнувань конструкційних матеріалів і розробка антикорозійного захисту технологічного обладн

Наиболее эффективным методом защиты металлов от коррозии обычно является метод, который преимущественно тормозит основную контролирующую стадию данного электрохимического коррозионного процесса.

Применение методов защиты, уменьшающих степень термодинамической неустойчивости системы, всегда в той или иной степени будет способствовать понижению скорости коррозионного процесса.

При параллельном применении нескольких методов защиты металлов от коррозии, как правило, легче достичь более полной защиты, если все эти методы действуют преимущественно на основную контролирующую стадию электрохимического коррозионного процесса. Например, при уменьшении коррозии металла добавлением анодных ингибиторов (пассиваторов) усиление эффекта защиты будет достигаться также введением катодных присадок в сплав или дополнительной анодной поляризацией.

По способу применения все методы защиты металлов от коррозии подразделяются на несколько групп.

 

7.1. ВЫБОР КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ  МАТЕРИАЛОВ

 

Многообразие физических и химических процессов требует расширенного ассортимента конструкционных материалов в химическом машиностроении. В настоящее время для –изготовления химических аппаратов применяются различные металлы и сплавы. Наибольшее применение нашли стали: углеродистые, хромистые, хромоникелевые, хромомарганцевые, хромоникельмолибденовые, высоколегированные аустенитные, корозионностойкие сплавы на никелевой основе, сплавы титана с молибденом, палладием, сплавы на основе свинца и меди и др. В последние годы разработан метод получения хромистых сталей с пониженным содержанием углерода, хромомарганцовистых сталей с пониженным содержанием никеля (до 4%) или совсем не содержащих никеля.

Также в химическом машиностроении нашли применение неметаллические материалы на органической основе (пластмассы, углеграфитовые материалы каучуки, резины и др.), и неорганической основе (природные кислотоупорные, искусственные плавленные силикатные, керамические и др.).

Под понятием коррозионностойкие металлы и сплавы понимают конструкционные материалы, которые в агрессивных коррозионных средах обладают достаточной коррозионной стойкостью и жаростойкостью и могут

быть использованы без специальных средств противокоррозионной защиты.

При этом коррозионная стойкость конструкционного материала заключается

не только в сохранении его основной массы, но и выполнении функциональных нагрузок самой металлической конструкцией [10].

В табл. 2.1. приведены основные коррозионностойкие стали, применяемые в химической и нефтехимической промышленности.

Таблица 2.1.

 

По существующему стандарту легирующие компоненты стали обозначаются следующим образом: Cr – X, Ni – H, Mo – M, Cu – Д, Si – C, Mn – Г, Al – Ю, V – Ф, Ti – T, Nb – Б, N2 – A. Цифра после обозначения легирующего компонента означает его содержание в %, а цифра перед маркой стали – содержание углерода (%), увеличенное в 100 раз.

 

Алюминий и его сплавы

Алюминий имеет достаточно высокую устойчивость в воде, нейтральных и слабокислых растворах, а также в атмосфере вследствие большой склонности к пассивации. Не только кислород воздуха или кислород, растворенный в воде, но и сама вода являются по отношению к алюминию пассиваторами. Пассивная пленка на алюминии (в отличие от титана) довольно легко разрушается под воздействием Cl-, Br-, F-, I—ионов, особенно в подкисленных растворах, а окислительные ионы типа хроматов или бихроматов, а также растворимые соли кремниевой кислоты и фторосиликаты являются сильными замедлителями коррозии алюминия. В HNO3 с повышением ее концентрации стойкость алюминия увеличивается. Это позволяет рассматривать алюминий как один из лучших материалов для хранения и транспортирования концентрированной HNO3. По стойкости он даже превосходит хромоникелевую сталь – это объясняется несклонностью алюминия к перепассивации [11].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.2. ВЫБОР ХИМИЧЕСКИ-СТОЙКИХ  НЕМЕТАЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

 

Фторэпоксидное покрытие ФЛК-3 предназначено для длительной антикоррозионной защиты от воздействия агрессивных сред:

• технологического оборудования в химической и пищевой промышленности;
• систем питьевого холодного и горячего  водоснабжения;
• ёмкостей и трубопроводов, предназначенных для хранения и перекачки спирта, вино-водочных смесей, пива и безалкогольных напитков.

Покрытие ФЛК-3 имеет сертификат на применение для защиты стали 3 от  воздействия соляной кислоты.

Покрытие ФЛК-3 имеет санитарно-эпидемиологическое заключение для применения в качестве долговременного защитного покрытия металлических и бетонных поверхностей от воздействия атмосферы и агрессивных сред, в том числе для защиты ёмкостей и трубопроводов, предназначенных для хранения и перекачки спирта, вино-водочных смесей, пива и безалкогольных напитков, а также для систем питьевого горячего и холодного водоснабжения.

Покрытие ФЛК-3 обладает высокими защитными свойствами по отношению к углеродистой стали при переменном воздействии прямогонного сернистого бензина и кипящей воды (заключение ОАО «ВНИИНефтехим»).

Таблица 2.2. Химическая стойкость  покрытия

Среда, 25оС	Концентрация раствора,   %, не более
Серная кислота	60
Соляная кислота	37
Азотная кислота	40
Фосфорная кислота	40
Едкий натр	любая
Гипохлорит натрия	любая
Морская соль	любая
Вода (пар), оС	100

 

 

 

 

Таблица 2.3. Технические характеристики

Условная прочность при растяжении, МПа (кгс/см2), не менее	10 (100)
Твердость по Шору А, усл. ед, не менее	95
Адгезия – прочность на сдвиг (Ст 3), МПа (кгс/см2), не менее	3 (30)
Время, ч, при 25оС:  - жизнеспособности  - отверждения	1,0 – 1,5 4 – 5
Температурный интервал эксплуатации  на воздухе, оС	минус 30 – плюс 150* (кратковременно 180)

*Верхний температурный предел  эксплуатации   покрытия в различных средах   зависит  от состава агрессивной среды.

Фторэпоксидное покрытие ФЛК-3 относится по ГОСТ 12.1.044-89 к трудногорючим материалам с умеренной дымообразующей способностью (группа Д2); не токсично.

Технология изготовления композиции допускает введение наполнителей и пигментов.

Покрытие ФЛК-3 не содержит растворителя, наносится кистью, валиком или безвоздушным распылением на очищенную поверхность в 1–2 слоя; возможно добавление 5–7% растворителя. Допустима подготовка поверхности без абразивоструйной обработки (при эксплуатации покрытия до 60оС), в этом случае для металлических поверхностей необходимо использовать грунтовку ЭП-0199.

Расход композиции  составляет 200 – 450 г  на 1 м2.

Покрытие отверждается при комнатной температуре. До начала эксплуатации в высокоагрессивных средах рекомендуется выдержать покрытие в течение 18–24 часов при 20оС, а затем 4–6 часов при 60–70оС.

Примечание: При выборе защитного покрытия следует принять во внимание, что при одинаковых условиях эксплуатации срок службы покрытия ФЛК-2 существенно превысит срок службы покрытия ФЛК-3. К тому же, за счёт лучших эксплутационных показателей (физико-механические свойства, химическая агрессивостойкость), вероятность случайного повреждения покрытия ФЛК-2 существенно уменьшается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.3. ВЫБОР МОДИФИКАТОРОВ ПРОДУКТОВ КОРРОЗИИ

 

При защите оборудования хлебопекарной промышленности от коррозии особый интерес представляют способы подготовки поверхности без удаления продуктов коррозии.

При подготовке металлических поверхностей без удаления продуктов коррозии применяется в основном три вида обработки: пропитка ржавчины (рыбьим жиром, алкидными смолами на основе рыбьих жиров, фенольными смолами и др.); стабилизация ржавчины; преобразование ржавчины.

Пропитки подвергают твердые, плотные адгезионно прочно связанные с основным металлом слоя ржавчины. Благодаря пропитке слои продуктов коррозии уплотняются, повышается их влагопроницаемость.

Стабилизация ржавчины основана на переводе оксидов и гидроксидов железа в гематит (Ре зОд) и магнетит (Ре3 О4). Наибольшее распространение получили преобразователи ржавчины, превращающие гидратированные оксиды железа в прочно сцепленные с основным металлом слои, являющиеся основой для нанесения защитных лакокрасочных и полимерных композиций.

Модификаторы ржавчины, выпускаемые отечественной промышленностью, можно разделить в основном на две группы:

-на основе кислот (ортофосфорной  и до.) с различными комплексооб-разующими  добавками;

-на основе пленкообразующей (синтетических и природных) с  добавками, образующими нерастворимые комплексы с продуктами коррозии железа.

Преобразователи ржавчины на основе кислот представляют собой раствор на основе ортофосфорной (ОФК), щавелевой, винной, салициловой и других кислот. При взаимодействии с продуктами коррозии они образуют труднорастворимые соединения. Преобразователями данной группы являются:

—состав на основе раствора ОФК с комплексообразующими добавками в виде ферроцианида калия;

—кислотные преобразователи ржавчины из 9 мае.ч. 40%-ной ОФК и 1 мас.ч. цинка (разработан НПО «Лакокраспокрытие»);

Перекись водорода Н2О2 ПО мг/кг обладает хорошим преобразующим эффектом, по отношению к продуктам коррозии, образующихся на стали марки 20.

Грунтовки - преобразователи ржавчины (ГПР), содержащие в своем составе пленкообразующие полимеры, при нанесении на ржавые металлические поверхности образуют пленки, обладающие одновременно преобразующим и защитным эффектом. Преобразующий эффект обеспечивается ортофосфорной кислотой и комплексопреобразователями, защитный эффект создают полимеры, пигменты, растворители, ПАВ. Наибольшее распространение из группы грунтовок-преобразователей получили Э-ВА-0112, Э-ВА-01 ГИСИ (Э-ВА-013 ЖТ).

Для защиты ржавых металлоконструкций используются грунт-стабилизатор ЭПГС и эпоксидная шпаклевка ЭП-0010. При этом скорость коррозии снижается в 2-3 раза по сравнению с хлорвиниловыми покрытиями, нанесенными на ржавую поверхность.

Ингибированные преобразователи ржавчины (№ 444, ФПР-2 и др.) в отличие от обычных преобразователей ржавчины содержат в своем составе рационально подобранны смеси ингибиторов коррозии, в которых максимально проявляется эффект синергизма (усилении защитного действия).

Характерными представителями ингибированных преобразователей ржавчины являются:

—состав № 444, обладающий хорошими технологическими свойствами, нетоксичностью, экономичностью, состоящий: 60 г/л фосфорной кислоты, 25 л/л оксида цинка; гексаметафосфат Ка 0,01 г/л;

 —гипофосфат кальция 0,1 г/л; танина 1 г/л; метафосфата натрия 10 г/л; бура 0,1 г/л; грунтовка-преобразователь  ФПР-2, состоящий из следующих компонентов (в мае.ч.), латекс сополимера бутадиена и 2 - метил - 5 - ви-нилпиридина (9:1) ДМ ВП-10Х (28%-ный) 64,2;

—ФК (85%) 17,5; ПАВ ОП-7 (стабилизатор) 2,5;

—оксиэтилцеллюлоза (загуститель) 0,3; оксид хрома (пигмент) 15,5.

Также одним из эффективных ингибиторов коррозии сталей в кислых средах является лигнин - основной компонент преобразователей ржавчины ПРЛ-6, порошковый преобразователь ржавчины (ППР).

Высокими физико-механическими свойствами, химической стойкостью, инертностью к пищевым средам обладает защитное покрытие ЭВА-01 ГИСИ (как преобразователь ржавчины) совместно с эпоксиполиамидной эмалью холодного утверждения ЭП-793 «ОНУ».

Применение преобразователей ржавчины позволяет существенно снизить трудоемкость антикоррозионных работ, сохранить прочность металлов, повысить долговечность защитных конструкций с труднодоступными поверхностями [12].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     

7.4. ВЫБОР  РЕМОНТНО-РЕСТАВРАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ