Азотная промышленность

Міністерство освіти, молоді та спорту України

ДВНЗ Український державний  хіміко-технологічний університет

 

 

 

 

 

Кафедра ОТХВ

 

 

 

 

 

 

КУРСОВА РОБОТА

 

з дисципліни «КАЗО»

 

на тему: Аналіз корозійно-механічних руйнувань                             конструкційних матеріалів та розробка антикорозійного                           захисту обладнання азотного виробництва

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Виконав:                                                                           ст. гр. 4 – ХОМ(т) – 11

                                                                                                            Бабурін С.П.

 

Перевірив:                                                                           зав. каф. проф., к.т.н.

                                                                                                         Тищенко Г. П.

 

 

 

 

 

 

 

Дніпропетровськ

2012 
РЕФЕРАТ

 

Были изучены состояние и  агрессивность среды в азотной промышленности, факторы которые ускоряют коррозию и износ.

Предложены организационно-технические  и химико-технологические методы защиты от коррозии, варианты рационального конструирования и модернизация оборудования, комплексная антикоррозионная защита оборудование азотной промышленности.

Был сделан подбор коррозионно-устойчивых материалов и нанесение тонких покрытий химически устойчивых металлов или протекторная защита более активных металлов.

Сделаны выводы и даны рекомендации по повышению технического уровня производства, эксплуатации, надежности оборудования данной отрасли.

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ                                                                                                               

1. Виды коррозионных и коррозионно-механических разрушений, конструкционных материалов                                                                                  5

1.1 Анализ агрессивной среды производства данной отрасли                              8

1.2 Характерные виды коррозии и износа                                                             10

1.3 Факторы ускоряющие  коррозию и износ                                                       14

1.4 Выводы                                                                                                               17

2.  Разработка  антикоррозионной защиты оборудования данной отрасли        18

2.1 Виды коррозионностойких материалов                                                          21

2.2 Выбор химическо-стойких  неметаллических материалов                           23

2.3 Выбор модификаторов  коррозии                                                                     27

2.4 Выбор ремонтно-реставрационных  материалов                                             29

2.5 Выбор антикоррозионных  покрытий (металлополимерные, полимерные  и

      и стеклоэмалевые)                                                                                             30

2.6 Выбор износостойких материалов и покрытий                                              33

2.7 Выбор специальных покрытий  в данной отрасли                                         36

2.8  Применение технологии укрепления поверхностей                                    38

2.9  Разработка  химико-технологических методов  снижения коррозии и 

       износа                                                                                                                 42

2.10 Разработка организационно-технических методов снижения коррозии   42

2.11  Разработка  вариантов рационального конструирования                            43

2.12  Выбор эффективных ингибиторов  коррозии                                               48

2.13  Разработка вариантов электро-химической  защиты оборудования          51

2.14  Выводы                                                                                                            53

3.  Выводы. Производственные рекомендации по повышению

     эксплуатационной  надежности                                                                       55

ЛИТЕРАТУРА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Во всех индустриально  развитых странах азотная промышленность является в настоящее время одной  из основных ведущих отраслей. Доказательством этого служат цифры, характеризующие стремительный рост производство связанного азота. В 1955г во всем мире было произведено аммиака около 8 млн. т, в 1965г - 20 млн. т, в 1975г - 66 млн. т, в 1980г - 100 млн. т, в 1985 - 120 млн. т. Такое бурное развитие азотной промышленности диктуется в первую очередь необходимостью удовлетворения неудержимо растущего населения земного шара продуктами земледелия. Без минеральных удобрений, и в первую очередь азотных, невозможно решить задачи интенсификации сельского хозяйства. Производству азотных удобрений и их основы, аммиака, в нашей стране всегда уделялось первостепенное внимание. Среднегодовой прирост темпа аммиака за последние 20 лет составлял 10-19%. Производство аммиака, как известно, отличается большой энергоемкостью.

В настоящее время  азотная промышленность в качестве сырья использует природный газ (технология получения аммиака из природного газа широко внедряется). Это  позволит обеспечить наиболее рациональное размещение промышленности азотных удобрений по территории страны, приблизить производство к районам потребления, использовать местные виды сырья, топлива и дешевой энергии.

Историю развития производства аммиака можно рассматривать  как борьбу за повышение полезного  использования электрической, тепловой, и механической энергии. На первых установках производства аммиака к. п. д. на превышал 10-11%. Использование природного газа в производстве аммиака увеличило общий энергетический к. п. д. до 40%. Современные энерготехнологические агрегаты аммиака практически автономны и имеют производительность 450-500 тыс. т. в год и общий энергетический КПД 50-52%.

Это обеспечено достижениями химической технологии, химического и энергетического  машиностроения, металлургической и  приборостроительной промышленности, а также высокой квалификацией строителей, монтажников, эксплуатационников.

 

 

 

 

 

1.  Виды коррозионно-механических разрушений, конструкционных

     материалов

Коррозия - это разрушение сталей и сплавов в результате химического и электрохимического взаимодействия с агрессивной средой, обусловленное термодинамическим состоянием металла. Процессы протекают в гетерогенных системах, т.е. на границах раздела металл-электролит, металл-газовая среда и на границах в самом металле. Электрохимическая коррозия обусловлена образованием двойного электролитного слоя (металл-электролит), скачком потенциала на границе их раздела и определяется следующими стадиями:

- адсорбция коррозионно-активных  ионов (молекул) на поверхности  металлов; 
- ионизация металлов и восстановление окислительного компонента электролита; 
- образование и отвод продуктов коррозии.

По видам (механизмам) коррозию классифицируют следующим образом:

- коррозия в электролитах (солевая, кислотная, щелочная);

- коррозия под напряжением;

- коррозия при кавитации;

- щелевая коррозия;

- контактная коррозия (контактом металлов различных потенциалов);

- газовая высокотемпературная  коррозия.

По особенностям коррозионного  поведения различают общую и  молекулярную коррозию. Молекулярная проявляется в виде питтингов, язв, избирательного растворения фаз, межкристаллитного (транскристаллитного) разрушения и коррозионного растрескивания.

Общая коррозия в азотной промышленности охватывает практически всю поверхность металла, находящегося в контакте с электролитом, разрушение характеризуется равномерной скоростью растворения. Коррозию регулируют три основных процесса: анодный, переход электролита от анода к катоду и катодный. Механизм коррозии предполагает наличие на поверхности металла электрохимической неоднородности (присутствие разнородных атомов в кристаллической решетке, сегрегация легирующих элементов и примесей, наличие зон различных уровней свободной энергии и т.д.).

Коррозионное растрескивание сталей и сплавов происходит в средах, содержащих сероводород, аммиак, диоксид углерода, в щелочных, кислых, хлоридных и других растворах. Превалирующими факторами, способствующими развитию разрушений металлов, является совокупность растягивающих напряжений, пластических деформаций, структурно-химический состав и коррозионная среда. Коррозионное растрескивание характерно для хромоникелевых сталей.

Другой вид разрушений в азотной отрасли может происходить по причине водородной хрупкости, типичной для высокопрочного состояния (стали мартенситного класса и материалы, склонные к пассивации).

Воздействие коррозионно-активной среды на стали и сплавы можно  представить двумя механизмами  коррозии:

-  образование трещины и ее развитие, которое активизирует анодное растворение металла в устье трещины;

-  зарождение трещины в результате адсорбции атомарного водорода на поверхности, сопровождающееся его диффузией в металл. Наводораживание стали приводит к потере пластичности и хрупкому разрушению вследствие растягивающего напряжения.

Причины, обуславливающие растрескивание:

-  пониженная коррозионная стойкость границ и прилегающих областей зерен в электролите;

-  сегрегация элементов (P, As, Sb, Bi), вызывающих МКК в закаленном состоянии;

-  химическая активность сред.

Предупреждение этого  вида коррозии: снижение растягивающих напряжений; предупреждение попадания в коррозионную среду ионов CL, KOH, NaOH и др.; катодная защита оборудования.

Межкристаллитная коррозия (МКК) заключается в быстром селективном растворении границ зерен металла, которая сопровождается снижением прочности и пластичности изделий. Причиной МКК является термическое воздействие, приводящее к электрохимической гетерогенности между приграничными зонами и объёмом зерна. В коррозионностойких сталях и сплавах различают следующие виды коррозии:

-  разрушения, связанные с обеднением приграничных областей зерен, обуславливают коррозионную стойкость материала в данной среде;

-  коррозия, вызываемая низкой химической стойкостью избыточных фаз на границах зерен;

-  процесс разрушения границ зерен в результате сегрегации поверхностно-активных элементов, снижающих стойкость основы в электролите.

Возникновение МКК в хромоникелевых сталях обусловлено выделением карбидов хрома Cr23C6, Cr7C3. При 650-700 °С вокруг карбидов образуется сплошная зона с пониженным содержанием Cr шириной 0,8 мкм. Соответственно теории обеднения границ зерен при сенсибилизации сталь склонна к этому виду коррозии, когда концентрация Cr снижается до 12%, металл теряет коррозионную стойкость.

Распространенным способом борьбы с МКК является легирование  стали стабилизирующими элементами (Ti, Nb, Ta) с более высоким сродством  к углероду, чем Cr. Эти присадки предупреждают выделение карбидов хрома, связывая углерод в самостоятельные карбиды TiC, NbC, TaC.

Питтинговая (точечная) коррозия в азотной отрасли заключается в образовании на поверхности металла мелких разобщенных поражений, называемых питтингами. Этот вид разрушений принадлежит к одному из наиболее опасных видов локальной коррозии. При малых потерях массы металл подвергается глубоким поражениям, в короткий срок приводящим к сквозным дефектам.

Необходимым условием питтингообразования  является присутствие в коррозионных средах активизирующих галоидных ионов (CL^-, F^- и др.). Они адсорбируются на пассивной стали, разрушая окисную защитную пленку, при этом активные поверхности сопровождаются зарождением питтингов.

Коррозия возникает  на избыточных фазах (неметаллические включения, карбиды и др.), скопления дислокаций, дефектах после механической обработки (задиры, окалина, след реза после точения и др.). Поверхность питтинга растворяется в коррозионных средах со скоростью нескольких тысяч монослоев в секунду, в отличие от прилегающей области металла.

Пути снижения склонности сталей и сплавов к питтинговой  коррозии: термическая обработка, металлургические способы (легирование, модифицирование), пластическая деформация, шлифование, полирование с последующей пассивацией.

Щелевая коррозия протекает в зазорах (щелях) при сочленении деталей и узлов машин, работающих в агрессивных и атмосферных средах. Коррозия развивается с большой скоростью и представляет высокую опасность для конструкции и аппаратов. Разрушение по данному механизму связывают с изменением электрохимических условий в местах, где затруднены доступ электролита и отвод продуктов коррозии.

Предупредить щелевую  коррозию можно легированием нержавеющих  сталей молибденом. Весьма важным фактором является рациональное проектирование узлов машин и конструкций, исключающее образование застойных зон, зазоров, карманов, щелей и др.