Азотная промышленность

-   менять толщину ламинарного слоя в зависимости от нагруженности изделия в том или ином месте конструкции;

-    комбинировать слои ламината, используя различные виды связующего и типы наполнителей.

Кроме того, введением специальных  добавок в поверхностный слой ламината мы можем делать покрытие со специальным свойствами - антиадгезионные, износостойкие, термостойкие и т.д.

Технологичность выполнения футеровочных работ стеклопластиком подчеркивается возможностью выбора, в зависимости от конфигурации объекта, его размеров, отведенными сроками на проведение работ, квалификацией рабочих и т.д. - различными способами проведения футеровки:

- листовыми химстойкими стеклопластиками;

- ручным ламинированием непосредственно на объекте;

- применением распылителей типа "аппликаторы", наносящих одновременно связующее и армируемый материал;

- применением технологии "стакан в стакане", когда в изделие вставляется заранее сформированное из композита подобное изделие.

Трудоемкость выполнения футеровочных работ химстокими стеклопластиками одна из самых низких из рассматриваемых  видов пластиков, не требует привлечения  сложных машин и механизмов (кроме  аппликатора) однако требует определенной квалификации рабочих и четкого соблюдения регламента (при "мокром" ламинировании). И, наконец, рассматривая эксплутационные характеристики различного вида футеровочных пластиков, следует отметить несомненные преимущества стеклопластиков по следующим причинам:

-  высокая ударовибропрочность, позволяющая воспринимать динамические нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации изделия;

-  большой диапазон рабочих температур, уступающий только фторопластам, однако известны случаи кратковременных тепловых ударов до +300°С без потери защитных свойств; ремонтопригодность стеклопластиков позволяющая восстанавливать поврежденные участки, без демонтажа всего покрытия;

-  достаточно высокая прочность и химстойкость стеклопластиков позволяет во многих случаях отказаться от применения специальных химстойких материалов (нержавеющая сталь, титан и т.д.) и уменьшить массу конструкции за счет уменьшения толщины подложки (каркаса) изделия.

-  органические смолы, являющиеся связующим в стеклопластиках, обладают отличной совместимостью с большинством химстойких лакокрасочных материалов и другими типами защитных материалов, например резинами, что позволяет проводить комплексную защиту технологического оборудования с применением разных видов защитных систем, материалов, технологий и т.п., в зависимости от условий эксплуатации, требуемого уровня защиты, профессиональной подготовки рабочих, и других технологических параметров.

Таким образом, рассматривая совокупность признаков определяющих целесообразность применения того или иного вида футеровочного материала, для изделий эксплуатируемых в особо опасных производственных условиях, следует констатировать, что на данный момент времени футеровка химстоким стеклопластиком является наиболее предпочтительным видом футеровки ввиду своей универсальности, отличной химстойкости, технологичности и наличия явных эксплуатационных преимуществ.

 

2.1  Виды коррозионностойких материалов

Коррозионностойкие материалы для азотной промышленности, металлические и неметаллические материалы, способные противостоять разрушительному действию агрессивных сред; применяются для изготовления аппаратов, трубопроводов, арматуры и др. изделий, предназначенных для эксплуатации в условиях воздействия кислот, щелочей, солей, агрессивных газов и др. агентов. Под стойкостью материала понимают его способность сопротивляться коррозии в конкретной среде или в группе сред. Материал, стойкий в одной среде, может интенсивно разрушаться в другой. Способность материалов сопротивляться окислению при высоких температурах в газообразных средах (воздух, О₂, СО₂ и т. д.) называется жаростойкостью. К жаростойким материалам относятся сплавы железа с хромом (нержавеющие стали), сплавы титана, циркония, молибдена, тантала. Основной метод повышения жаростойкости сплавов на основе железа — легирование их элементами, способными создать на поверхности металла защитную окисную плёнку, препятствующую дальнейшему окислению. Такими элементами, кроме хрома, являются кремний, алюминий. В тех случаях, когда наряду с жаростойкостью требуется высокая прочность, применяют сплавы на никелевой основе, типа нимоников, инконелей.

Стойки к окислению в газообразных и многих жидких средах благородные металлы: платина, золото. В кислых окислительных средах, например в азотной кислоте, коррозионностойки хромоникелевые и хромистые нержавеющие стали. Наиболее широко применяется хромоникелевая аустенитная нержавеющая сталь 1X18H10T, содержащая 0,1% С, 18—20% Cr, 9—11% Ni и 0,35—0,8% Ti. Титан или заменяющий его ниобий вводятся для устранения специфического вида разрушения — межкристаллитной коррозии. При указанном содержании никеля сталь имеет аустенитную структуру, обеспечивающую высокую пластичность и способность к технологическим обработкам, в частности к сварке. Однако никель — дорогой и дефицитный легирующий элемент. Поэтому в ряде аустенитных нержавеющих сталей он частично или полностью заменен на марганец. Нержавеющая сталь, содержащая лишь хром, труднее поддаётся технологической обработке, но более прочна. Для изделий, в которых требуется сочетание высокой коррозионной стойкости и прочности, применяют хромистые стали мартенситного класса, содержащие 0,2—0,4% С и 12—14% Cr. Стали с 25%-ным содержанием Cr обладают высокой стойкостью, но непрочны и плохо поддаются технологической обработке.

В концентрированных  азотной и серной кислотах стойки железо и низколегированные (содержащие менее 2—3% легирующих элементов) стали. Стойкость сталей в этих условиях определяется их способностью к пассивированию в результате образования на их поверхности тонких, но очень плотных окисных плёнок. Легирование стали хромом увеличивает эту способность. В горячих растворах серной кислоты стойки стали, легированные 25% Cr, 25% Ni, 2—3% Cu, сплавы титана, свинец. В средах, содержащих хлориды, аустенитные нержавеющие стали, а также сплавы алюминия подвергаются язвенной коррозии и особому виду разрушения — коррозии под напряжением. Для борьбы с коррозией под напряжением (коррозионным растрескиванием) повышают содержание Ni в сталях до 40% или вводят в них до 1,5% Cu. В хлоридсодержащих средах, в том числе в растворах соляной кислоты, стойки сплавы титана и сплав на никелевой основе, включающий в качестве компонента молибден, — хасталлой.

В природных водах (пресной и  морской) при температурах до 100 °С стойки медь и её сплавы (бронза, латунь), а  также алюминий и сплавы алюминия.

 

2.2  Выбор химически стойких неметаллических материалов

 

Химическая стойкость материалов неорганического происхождения зависит от большого числа факторов. К этим факторам относятся: химический и минералогический состав, пористость (открытые и закрытые поры), тип структуры (аморфная, мелкокристаллическая, крупнокристаллическая), характер агрессивной среды и ее концентрация, температура, давление, перемешивание среды и др. Большинство перечисленных факторов действует в различных сочетаниях совместно, что значительно осложняет подбор соответствующего материала или покрытия.

По химическому составу  материала в основном можно судить о вероятном поведении его  в различных агрессивных средах. К кислотостойким материалам следует  отнести те, в которых преобладают  нерастворимые или труднорастворимые  кислотные окислы - кремнезем, низкоосновные силикаты и алюмосиликаты. Так, например, сложные алюмосиликаты обладают повышенной кислотостойкостью вследствие высокого содержания в них кремнезема, нерастворимого во всех кислотах, за исключением плавиковой. В то же время гидратированные алюмосиликаты типа каолина не обладают кислотостойкостью, так как кислотные окислы входят в них в виде гидратов. Чем выше содержание кремнезема в материалах неорганического происхождения, как в природных, так и в искусственных, тем выше их кислотостойкость. Так, например, почти абсолютной кислотостойкостью обладают кварциты, изделия из плавленого кварца, содержащие почти 100% SiO2 . Материалы, содержащие основные окислы, не являются кислотостойкими и разрушаются при действии минеральных кислот, но обладают стойкостью в щелочах, как, например, известняки или магнезиты и обычные строительные цементы.

Не меньшее значение имеет и  минералогический состав материала  неорганического происхождения, количество отдельных его составляющих и  их свойства. Так, например, природные горные породы, являющиеся во многих случаях полиминералами, вследствие различия коэффициентов термического расширения их отдельных составляющих склонны к растрескиванию при резких перепадах температуры; в частности, содержание значительного количества слюды в гранитах может вызвать их расслаивание. Следует также учитывать, какими веществами сцементированы материалы неорганического происхождения. Так, например, некоторые песчаники, содержащие большие количества кварца и сцементированные аморфным кремнеземом, обладают большей кислотостойкостью, чем песчаники, сцементированные известью или другими карбонатными минералами.

Разрушение материалов неорганического  происхождения иногда имеет место  вследствие пористости материала. Разрушение пористых материалов вызывается в основном возникновением в материале напряжений вследствие кристаллизации в порах  солей, отложения в них продуктов коррозии или вследствие замерзания в порах воды. При полном заполнении объема пор и вследствие отсутствия возможности расширения механическое разрушение материала неизбежно. Кристаллизация солей в открытых порах строительных материалов (бетонов, цементов и т.д.) чаще всего наблюдается в сухом и жарком климате, при соприкосновении деталей сооружений с засоленными грунтами. Содержащаяся в последних влага интенсивно испаряется. Соли, которые осаждаются на строительных материалах, постепенно заполняют поры. Развивающееся в этих условиях кристаллизационное давление может достигнуть 0,44 Мн/м2. Химическая стойкость материала зависит также от его структуры. При кристаллической структуре материала его стойкость выше, чем при аморфной.

К неорганическим конструкционным материалам относятся:

Природные кислотостойкие силикатные материалы для азотной отрасли:

Граниты (состоят из 70-75% SiO₂, 13-15% Al₂O₃, 7-10% оксидов магния, кальция, натрия; термостойкость до 250°С). Помимо использования его в строительстве, из него изготавливают корпуса электрофильтров, поглотительные башни в производстве азотной и соляной кислот, аппараты бромного и йодного производства.

Бештауниты (состоят из 60-70% SiO₂; они тверды, тугоплавки, термостойкость до 800°С). Бештауниты используют как футеровочный материал для аппаратов, применяемых при получении минеральных кислот.

Андезиты (состоят из 59-62% SiO₂; хорошо поддаются механической обработке, но не прочны). Применяется как наполнитель в кислотостойких цементах и бетонах.

Асбест (3MgO×2SiO₂×2H₂O; огнестоек). Используется как вспомогательный материал в виде нитей, фильтрующей ткани, наполнителя, для изоляции корпусов аппаратов.

Искусственные силикатные материалы для азотной отрасли:

Каменное литье (представляет собой плавленые материалы, имеющие кристаллическое строение; получаю путем плавления горных пород с добавками при 1400 -1450°С и последующей термической обработке отлитых изделий). Каменное литье характеризуется высокой химической стойкостью, механической прочностью, большим сопротивлением истиранию, применяется при температурах не выше 150°С.

Силикатное стекло (в  основе SiO₂ (65-75%), в качестве добавок оксиды щелочных и щелочноземельных металлов). Обладает высокой прозрачностью, хорошей механической прочностью, низкой теплопроводностью, стойкостью к воздействию химических реагентов. Широко применяется в качестве конструкционного и футеровочного материала. Из него изготовляют холодильники со змеевиками, ректификационные колонны, отдельные элементы аппаратуры.

Термостойкое стекло (63,3% SiO₂; 5,5% Al₂O₃; 13,0% СаО; 4,0% MgO; 2,0% NaO; 2,0% F). Имеет термоустойчивость до 1000 - 1100°С, выдерживает давление до 4,5 - 5,0 МПа, прочность на изгиб 600 - 800кг/см².

Алюмомагнезиальное стекло (71% SiO₂;3% Al₂O₃; 3,5% СаО; 2,5% MgO; 1,5% К₂О; 13-15% Na₂O). Используется для изготовления стойких фильтрующих тканей. На алюмомагнезиальное стекло при 80 - 100°С слабое воздействие оказывает соляная кислота, более сильное - серная.

Кварцевое стекло получают путем плавления  наиболее чистых природных разновидностей кристаллического кварца, горного хрусталя, жильного кварца или кварцевого песка с содержанием 98 -99% SiO₂. Кварцевое стекло устойчиво по отношению ко всем кислотам любых концентраций при высоких температурах (исключение - плавиковая кислота при комнатной температуре и фосфорная при температуре выше 250°С), пропускает УФ и ИК лучи, газонепроницаемо до 1300°С. Изделия из него выдерживают длительное время при температуре 1100 - 1200°С.

Ситаллы - стеклокристаллические материалы, полученные при определенных условиях кристаллизации стекол. Они в 5 раз прочнее обычного стекла, термостойки до 1000°С, хорошо сопротивляются абразивному износу.

Керамические материалы в азотной отрасли:

Кислотоупорная эмаль представляет собой стеклообразную массу, получаемую сплавлением горных пород (кварцевый песок, глина, мел) с плавнями (бура, сода, поташ) при высоких температурах. Кроме того в состав эмалей входят оксиды NiO, CaO, TiO₂, ZrO₂, SnO₂, Cr₂O₃ и др. Эмаль очень устойчива в кислотах, изделия с эмалевыми покрытиями работают в жидких средах до 200°С, в газообразных до 600 - 700°С.

Фарфор - тонкокристаллический материал, непроницаемый для воды и газов. Фарфор кислотостоек, тверд, износостоек, выдерживает резкие перепады температур, имеет низкую пористость.