Азотная промышленность

Принято выделять также биологическую  коррозию, идущую под влиянием продуктов  жизнедеятельности бактерий и др. организмов, и радиационную коррозию — при воздействии радиоактивного излучения.

 

1.3  Факторы ускоряющие коррозию и износ

 

Физические воздействия — давление, температура, механические нагрузки, свет и электротоки — являются мощными  факторами, влияющими на интенсивность  разрушения материалов. Сюда же могут  быть отнесены скорость смены среды у поверхности материала, а  для газовоздушной среды — степень ее влажности.

Физические факторы в азотной  отрасли обычно являются постоянно действующими условиями, при которых протекают те или иные химические процессы. Изменение этих факторов часто определяет практическое протекание или отсутствие коррозионных процессов. Физические факторы могут и непосредственно действовать на материал. Так, например, низкие температуры могут приводить к остекловыванию — появлению хрупкости, а высокие температуры — к размягчению (обугливанию) органических материалов и горению древесины. Цикличные знакопеременные температуры (замораживание и оттаивание), как известно, являются одним из мощных факторов разрушения.

Влияние изменений давления на протекание коррозионных процессов изучено сравнительно мало.

Следует различать давления:

1) пониженное (вакуум), наблюдаемое  в некоторых процессах, проходящих  в герметичном оборудовании. Взаимодействие  остатков газовоздушных смесей  с материалом стенок при вакууме  должно быть ослабленным;

2) нормальное или атмосферное; при нормальном давлении протекает подавляющее большинство коррозионных процессов;

3) повышенное — до десятков  и сотен атмосфер, наблюдаемое  в производственных автоклавах, колоннах синтеза и некоторых  других; в этих случаях, например в автоклавах, отмечается повышенная скорость коррозии стенок и оснастки.

Весьма важным фактором, ускоряющим коррозию, является также наличие  небольшого градиента давления, которое  может определять фильтрацию агрессивной среды через конструкцию, например пара и газов через стены.

Влияние изменений температуры  на протекание технологических и  коррозионных процессов изучено  для отдельных случаев весьма подробно, однако оно настолько многообразно, что установить общие закономерности в настоящее время не представляется возможным.

Известно, что повышение температуры  на каждые 10°С увеличивает скорость химических реакций в 2—3 раза. Однако эта закономерность при протекании коррозионных процессов обычно сильно искажается. Растворимость и агрессивность газов при атмосферной коррозии в азотной отрасли с увеличением температуры обычно резко падает.

Целесообразно различать следующие  области температурных воздействий:

1) область низких температур  — ниже 0°; при этом содержащаяся  во многих пористых материалах  химически несвязанная вода замерзает с соответствующим аномальным расширением, вызывая внутренние напряжения. Особенно разрушительны многократные (цикличные) переходы температуры через нуль. В этом случае сильно насыщенные (более 85—90%) от общей пористости водой камни и бетоны быстро разрушаются. Наличие в воде солей или щелочей, не говоря уже о кислотах, при переменном замораживании камней еще более усиливает процессы разрушения материала. Некоторые органические материалы, например битум, резина и некоторые другие, под действием отрицательных температур становятся хрупкими;

2) область низких положительных  или «нормальных» температур  характерна для большинства коррозионных  процессов. Эта область температур  может быть ограничена в пределах  от 0 до 50°С. Повышение температуры даже в пределах указанной области, если реакции идут в жидкой фазе, приводит к интенсификации химических процессов;

3) область повышенных температур  — в пределах 50—100°С — характерна для закрытых аппаратов (емкостей) и некоторых конструкций промышленных зданий. При этих температурах газовоздушные смеси имеют низкую относительную влажность и пониженную агрессивность. Но если повышенную температуру имеет агрессивная среда в жидкой фазе, то ее коррозионная активность в большинстве случаев достигает максимальных значений. При повышенных температурах разрушается или размягчается большинство широко используемых в противокоррозионной технике термопластичных материалов: битумы, полиэтилен, винипласт и т. п. При сильном нагреве резко деформируется (коробится и трескается) древесина;

4) область высоких температур  — в пределах 100—200°С— характерна для закрытых аппаратов и в редких случаях для открытых зон лучистого нагрева. В этой области температур полностью разрушаются почти все материалы на органической основе. Обычные бетоны, особенно на высокоалюминатных цементах, при длительном воздействии высоких температур медленно разрушаются, так как при этом происходит их обезвоживание (пересушивание) с частичным разложением соединений цементного камня;

5) область весьма высоких температур — в пределах 200—1000°С — характерна для технологических печей и некоторых вытяжных труб. В области таких температур происходит полное или частичное разложение большинства строительных материалов: декарбонизация магнезитов, доломитов и известняков, размягчение и расплавление цветных металлов, распад кристаллогидратов с потерей ими кристаллизационной воды и, в частности, почти полный распад или недопустимое падение прочности обычного цементного бетона (при 400—600°С).

6) область особо высоких температур — выше 1000°С — характерна только для некоторых печных или специальных агрегатов. При таком нагреве размягчаются и плавятся стали и многие материалы на силикатной основе (эмали).

Пределы термостойкости основных материалов в азотной отрасли, типовых для строительства и защитных покрытий. Следует отметить, что приведенные данные по термостойкости характерны для условий длительной работы материалов при данной температуре. При кратковременном воздействии как весьма высоких, так и весьма низких температур указанные границы могут значительно изменяться, например, многие металлы, особенно камни и бетоны, могут многократно выдерживать кратковременные, длящиеся доли секунды температурные воздействия до 10000°С и более. Это происходит потому, что процессы обезвоживания (испарения), разложения минералов или разрушения вследствие резких перепадов температуры протекают не мгновенно, а в течение нескольких минут или часов.

Следующим весьма важным постоянно  действующим фактором коррозионных процессов является большее или меньшее присутствие влаги.

К физическим факторам может быть также отнесено действие электрического тока. Блуждающие токи возникают в  районе цехов электролиза при  производстве цветных металлов, вблизи электрифицированных дорог и  т. п. При коррозии металлов в растворах электролитов и при обычной атмосферной коррозии возникают гальванические микропары даже при отсутствии наложенного извне электрического поля.

В процессах старения и деструкции материалов на органической основе существенную роль инициатора играет солнечный свет, точнее ультрафиолетовая радиация.

 

1.4  Выводы

 

Курсовая разработана на тему: анализ коррозионных и коррозионно-механических повреждений конструкционных материалов и разработка антикоррозионной защиты оборудования в азотной промышленности. В курсовой работе описана классификация коррозионных повреждений и виды продуктов изготавливаемых на основе азота. Была изучена агрессивность производственной среды на основе технологического процесса переработки азотного сырья для производства аммиака. Были определенны факторы, которые ускоряют коррозионный процесс, определены места которые наиболее подвержены коррозионному разрушению, типы коррозионных разрушений характерные для данного вида производства. Далее в курсовой работе будут изучены существующие коррозионностойкие материалы, методы антикоррозионной защиты поверхностей оборудования контактирующего с сырьем и готовой продукцией, методы упрочнения металлической поверхности, виды и принцип действия модификаторов ржавчины, передовые неметаллические антикоррозионные покрытия, рассмотрены не металлические материалы как альтернативное сырье для выполнения отдельных частей оборудования наиболее подвергаемых коррозионному разрушению.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.  Разработка антикоррозионной защиты оборудования отрасли

 

Защита технологического оборудования, эксплуатируемого в опасной производственной азотной среде, является одной из важнейших научно-технических и экономических проблем мирового хозяйства. Общегодовые затраты на борьбу с коррозией в развитых странах оцениваются в 2-4% валового национального продукта и достигают сотен миллионов долларов.

Основными составляющими  затрат на противокоррозионную защиту являются: стоимость замены поврежденных коррозией узлов и деталей, убытки от отказа оборудования по коррозионным причинам и затраты на ликвидацию последствий аварий.

От коррозии страдают не только металлические  конструкции, но и бетонные строительные сооружения. Огромные потери устранить  полностью невозможно, поскольку  в основе коррозионных процессов лежат объективные законы природы. Однако, грамотное применение уже имеющихся методов защиты от коррозии позволяют сократить ущерб от коррозии на 10-15%. Еще на 10% сократить ущерб от коррозии возможно за счет привлечения знаний и опыта квалифицированных специалистов-коррозионистов (не путать с малярами). Применение новых коррозионостойких материалов (в основном органопластов) позволяет уменьшить потери черных металлов на 20-25%, сократить расход цветных и специальных нержавеющих металлов на 10-20%.

Методы борьбы с коррозией можно  наметить, зная закономерность коррозионных процессов, которые сводятся в основном к следующему:

1. Выбор соответствующего среде коррозионностойкого сплава;
2. Изменение состава среды (понижение агрессивности или приведение среды в некое стабильное состояние, защита от которого известна и дает хорошие результаты);
3. Отделение металла (бетона) от агрессивной среды слоем более стойкого материала (ЛКМ, футеровка, гуммирование и т.п.);
4. Применение новых конструктивных решений, включая новые материалы, органического и неорганического вида.

Полиэтилен - термопластичный полимер  устойчивый к воздействию кислот, щелочей и растворов солей, но легко разрушается при соприкосновении  с окисленными средами. На холоде полиэтилен не растворяется ни в одном растворителе, однако при t +70-80°С он растворим во многих углеводородах. Под действием кислорода при повышенных температурах и под действием света полиэтилен стареет, становясь хрупким и теряя эластичность. Полиэтилен сваривают или напыляют при футеровке.

Полипропилен - более прочен, чем полиэтилен, обладает стойкостью к кислотам, органическим растворителям, минеральным маслам. Он не устойчив в олеуме, хлорсульфированной кислоте, дымящейся азотной кислоте, бромной  воде. Листовой полипропилен - сваривают.

Поливинилхлорид (винипласт) - термопластичный  материал стойкий почти во всех минеральных  кислотах (за исключением азотной  кислоты и олеума), щелочах, растворах  солей и органических растворителях. Недостатки: низкий предел рабочей  температуры, низкая ударная вязкость, большой коэффициент линейного термического расширения, постепенная деформация под нагрузкой. Винипласт легко сваривается.

Фторопласты - обладают высокой химической стойкостью к кислотам, щелочам, окислителям, растворителям. Не стоек к расплавам щелочных металлов и фтору. Важным свойством фторопластов является его термостойкость, которая позволяет ему не изменять свои свойства в интервале температур от -190°С до +260°С.

Недостатки: низкая адгезия к металлам и другим материалам; трудносвариваемость.

Стеклопластики - это материалы, получаемые на основе связующих органических смол, стекловолокнистых наполнителей и  других добавок. Стеклопластики характеризуются  хорошей химической стойкостью в  широком диапазоне химически  активных сред: кислот, щелочей, электролитов, масел, жидких топлив, газообразных сред и т.д.

Высокие прочностные качества. По удельной прочности они не уступают стали, дюралюминию, титану. Стеклопластики хорошо противостоят действию ударных  и динамических нагрузок и обладают способностью гасить колебания элементов конструкции. Отличная адгезия к металлам, бетону, дереву и т.д.

В данной работе речь пойдет о защите оборудования материалами органического происхождения методом футеровки, который, как известно, применяется для защиты от особо агрессивных сред. Наиболее перспективные и эффективные материалы - это полимерные материалы, которые, особенно в последнее время, получи наибольшее распространение ввиду своей привлекательности, широкого выбора, технологичности и надежности.

Важными показателями того или иного вида футеровочного покрытия, помимо его химстойкости, является технологичность нанесения и эксплуатационные характеристики. Все перечисленные выше композиционные материалы поставляются в виде листов, однако стекло наполненный композит можно наносить на изделия методом "мокрого" ламинирования, т.е. непосредственно надлежащим образом подготовленные поверхности с последующим его отверждением. Это качество стеклопластика дает существенные преимущества перед другими материалами, поскольку позволяет:

- защищать сложные объемные поверхности (шарообразные, с "поднутрениями", и т.п.);

-   футеровать присоединенные элементы конструкции (штуцера, каналы, патрубки и т.д.);

-   гибкость "мокрого" ламината компенсирует неровности поверхности изделия, что позволяет ликвидировать зазоры между изделием и футеровочным слоем, тем самым, избегая подпленочной коррозии;