Азотная промышленность

Для работы в сложных условиях эксплуатации применяются коррозионностойкие стали. Их производство и номенклатура постоянно увеличивается. Однако существующие стали не отвечают в полной мере возрастающим требованиям производства. Кроме того, коррозионностойкие стали являются высоколегированными, поэтому их использование должно быть экономически оправдано. В связи с этим большое внимание уделяется повышению служебных характеристик высоколегированных сталей. Но улучшение антикоррозионных свойств сталей, связано с использованием дорогостоящих способов производства этой стали. Поэтому экономически оправдана замена высоколегированных сталей на стали обыкновенного качества, подвергнутые химико-термической обработке.

Методы улучшения эксплуатационных свойств за счет объемного легирования  сталей дает возможность получать стали  с заданными свойствами. Однако, объемное легирование, как правило, хотя и позволяет в значительной степени повысить эксплуатационные свойства, является не экономичным, а во многих случаях неосуществимым из-за почти полной потери сталями таких свойств, как пластичность и вязкость. Поэтому в последнее время все большее внимание уделяется методам поверхностного упрочнения сталей.

Упрочнение поверхностей — технологический процесс обработки поверхностей материалов с целью повышения прочности поверхностного слоя или нанесения на поверхность упрочняющего покрытия.

Разделяют следующие способы упрочнения поверхностей:

Наклёп - упрочнение поверхности металлов и сплавов вследствие изменения их структуры и фазового состава в процессе пластической деформации, при температуре ниже температуры рекристаллизации. Наклёп сопровождается выходом на поверхность образца дефектов кристаллической решётки, увеличением прочности и твёрдости и снижением пластичности, ударной вязкости, сопротивления металлов деформации противоположного знака (эффект Баушингера).

Нанесение антифрикционных покрытий - это группа материалов, обладающих низким коэффициентом трения или материалы способные уменьшить коэффициент трения других материалов. Твердые антифрикционные материалы обладают повышенной устойчивостью к износу при продолжительном трении. Используется для покрытия трущихся поверхностей (например, в подшипниках скольжения). Например, такими материалами могут служить латунь, железографит, бронза или баббит. Эти материалы должны иметь минимальный коэффициент трения, структура покрытия должна обеспечивать антисхватывание и возможность быстрой приработки к контртелу, механические характеристики материала должны соответствовать эксплуатационным нагрузкам, должны быть достаточно износостойкими и пластичными. Процесс нанесения антифрикционных покрытий должен обеспечивать выполнение тех же требований, что и для износостойких покрытий, с той лишь разницей, что при его проведении строго не ограничивается толщина покрытия.

Химико-термическая обработка (ХТО) металлов - нагрев и выдержка металлических (а в ряде случаев и неметаллических) материалов при высоких температурах в химически активных средах (твердых, жидких, газообразных).

В подавляющем большинстве случаев  химико-термическую обработку проводят с целью обогащения поверхностных слоев изделий определенными элементами. Их называют, насыщающими элементами или компонентами насыщения. В результате ХТО формируется диффузионный слой, т.е. изменяется химический состав, фазовый состав, структура и свойства поверхностных слоев. Изменение химического состава обуславливает изменения структуры и свойств диффузионного слоя.

Азотирование - это технологический процесс химико-термической обработки, при которой поверхность различных металлов или сплавов насыщают азотом в специальной азотирующей среде. Поверхностный слой изделия, насыщенный азотом, имеет в своём составе растворённые нитриды и приобретает повышенную коррозионную стойкость и высочайшую микротвёрдость. По микротвёрдости азотирование уступает только борированию, в то же время, превосходя цементацию и нитроцементацию (незначительно).

Цианирование - процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом при температурах 820-950 ° C в расплаве цианида натрия или других солей с тем же анионом.

Борирование - процесс химико-термической обработки, диффузионного насыщения поверхности металлов и сплавов бором при нагреве и выдержке в химически активной среде. Борирование приводит к (упрочнению поверхности).

Борирование проводят преимущественно  с целью повышения износостойкости (в условиях сухого трения, скольжения со смазкой и без смазки, абразивного изнашивания, фреттинг-коррозии и т.п.). Борирование повышает также коррозийную стойкость железоуглеродистых сплавов во многих агрессивных средах и жаростойкость при температурах ниже 850 °С.

Борирование можно проводить всеми  известными методами и способами. Промышленное применение получили: борирование в  порошковых смесях, электролизное борирование, жидкостное безэлектролизное борирование, ионное борирование и борирование из обмазок (паст)

Борирование чаще всего проводят при  электролизе расплавленной буры (Na₂B₄O₇). Изделие служит катодом. Температура   насыщения 930—950 °C, выдержка 2 — 6 часов.

Борирование можно проводить при  отливке деталей. В этом случае на поверхность литейной формы наносится слой специальной боросодержащей массы (пасты). При использовании выжигаемых моделей из пенопластов боросодержащая паста наносится на поверхность модели. Способ отличается производительностью и простотой.

Борирование деталей производится в тигле из жаростойкой стали, который установлен в каркасе ванны; нагрев рабочего расплава производится электронагревателями, расположенными вокруг тигля в футеровке ванны, контроль и регулирование температуры осуществляется термопарой и прибором КСП-3, установленным в блоке управления. Подъем и опускание крышки и деталей производится вручную вращением рукояток подъемников. Предусмотрены сигнальные и аварийные устройства.

Детали-представители должны быть обработаны в размер чертежа с припуском под дальнейшую механическую обработку 0,02-0,03мм; материал деталей, подвергаемых борированию, - все марки сталей, содержащие не более 30% легирующих элементов.

Цементация - поверхностное диффузионное насыщение малоуглеродистой стали углеродом с целью повышения твёрдости, износоустойчивости.

Цементации подвергают низкоуглеродистые (обычно до 0.2 % C) и легированные стали, процесс в случае использования  твёрдого карбюризатора проводится при температурах 900—950 °С, при газовой  цементации (газообразный карбюризатор) — при 850—900 °С.

После цементации изделия подвергают термообработке, приводящей к образованию  мартенситной фазы в поверхностном  слое изделия (закалка на мартенсит) с последующим отпуском для снятия внутренних напряжений.

Закалка - вид термической обработки изделий из металлов и сплавов, заключающийся в их нагреве выше критической температуры (температуры изменения типа кристаллической решетки, т. е. полиморфного превращения), с последующим быстрым охлаждением, как правило, в жидкости (воде или масле).

Различают закалку с полиморфным  превращением, для сталей, и закалку  без полиморфного превращения, для  большинства цветных металлов.

Материал, подвергшийся закалке, приобретает большую твердость, но становится хрупким, менее пластичным и вязким, если сделать большее количество повторов нагревание-охлаждение. Для снижения хрупкости и увеличения пластичности и вязкости, после закалки с полиморфным превращением применяют отпуск. После закалки без полиморфного превращения применяют старение. При отпуске имеет место некоторое снижение твердости и прочности материала.

Газотермическое напыление - это процесс нагрева, диспергирования и переноса конденсированных частиц распыляемого материала газовым или плазменным потоком для формирования на подложке слоя нужного материала. Под общим названием газотермическое напыление (ГТН) объединяют следующие методы: газопламенное напыление, высокоскоростное газопламенное напыление, детонационное напыление, плазменное напыление, напыление с оплавлением, электродуговая металлизация и активированная электродуговая металлизация.

Наплавка - это нанесение слоя металла или сплава на поверхность изделия посредством сварки плавлением.

PVD-процесс - обозначает группу методов напыления покрытий (тонких плёнок) в вакууме, при которых покрытие получается путём прямой конденсации пара наносимого материала.

 

2.9  Разработка химико-технологических  методов снижения коррозии

      и износа

 

Химико-технологические методы снижения коррозии металла в азотной промышленности.

В развитых странах в последнее время накоплен положительный опыт снижения коррозии и твердых отложений, существенно влияющих на долговечность и эффективность работы технологического и вспомогательного оборудования. Из разнообразных способов борьбы с коррозионными разрушениями  аппаратов и коммуникаций азотных  производств особый интерес представляют химико-технологические методы воздействия на среды и условия эксплуатации.

Образования твердых отложений  на металлических тепло и массообменных  поверхностях не только ухудшают теплотехнические характеристики оборудования и качество продукции, но и интенсифицируют коррозионные процессы.

Применяются физические, механические и химические способы очистки  твердых отложений. Механические способы  очистки трудоемкие и сопровождаются повреждением защитного слоя металлов, которое усиливает коррозию и эрозию поверхности, вследствие проникновения агрессивной среды под защитный слой и отслаивание макро частиц поверхности. Более экономичны и менее трудоемки химические способы удаления твердых отложений с металлических поверхностей: содово-кислотный, щелочной, фосфатный, коллоидно-химический и другие, каждый из которых применяется в зависимости от состава отложений, требований технологии и условий эксплуатации оборудования.

 

2.10  Разработка организационно-технических способов снижения

         коррозии

Эксплуатационная надежность и  долговечность оборудования в молочной отрасли может быть существенно повышена с помощью организационно-технических мероприятий, которые применяются как при эксплуатации, так и в период ремонта. К таким мерам относятся использование оборудования в строгом соответствии с его назначением и техническими характеристиками; соответствие режимов эксплуатации и сред техническим условиям; смазки деталей и узлов маслами установленных марок и в сроки, предусмотренные картами смазки; своевременное регулирование и наладка механизмов и машин ; оперативное устранение неисправностей машин и аппаратов; обеспечение необходимой чистоты обработки рабочих поверхностей новых и отреставрированных деталей.

Некачественное составление деталей насосов, неточная пригонка, неправильная установка зазоров в рабочем колесе и подшипниках, осевой прогиб вала, неуравновешенность масс вращающихся деталей приводит к преждевременному износу. Небаланс устраняется снятием металла на одной стороне или добавлением его на противоположной стороне. Биение рабочего колеса не должно превышать 0,2 мм. При несбалансированности рабочего колеса, неправильной набивке сальника, плохом качестве или отсутствии смазки происходит интенсивный износ вала. Риски и задиры на валах зашлифовывают, шейки валов протачивают и надевают сменные ремонтные втулки. При дальнейшем износе втулок их заменяют, чем повышается долговечность валов. Разбитые шпоночные пазы фрезеруют до следующего размера шпонки.

Для повышения долговечности центробежных насосов целесообразно: корпуса  и рабочие колеса укреплять твердыми сплавами, органическими покрытиями или гумирования, подбирать материал устойчивый в среде, которая перекачивается.

Для уменьшения осевой нагрузки центробежных насосов целесообразно применять следующие уравновешивания: установку упорных или гребенчатых подшипников скольжения (при малых усилиях, как вспомогательная мера); сверления разгрузочных отверстий (чаще 4-6 отверстий диаметром 3-5 мм); использования гидравлического приспособления с разгрузочным диском (для многоступенчатых высоконапорных насосов); применение насосов двухстороннего всасывания.

Для повышения долговечности устройств  и предотвращения преждевременной  поломки основное место имеет рациональный выбор методов контроля коррозионных процессов и качества антикоррозионной защиты.

 

2.11  Разработка вариантов рационального  конструирования

Проектирование - важнейший этап "жизненного цикла" оборудования, на котором  закладываются его основные параметры, обеспечивающие надежную и стабильную работу. Достижение этих параметров связано с определенными затратами, влияющими на срок окупаемости и другие экономические показатели, отражающиеся на эффективности функционирования оборудования. Поэтому необходимо создавать такие конструкции оборудования, при которых обеспечивается максимальная эффективность его функционирования в течение всего "жизненного цикла" с учетом оптимального соотношения затрат на проектирование и изготовление, с одной стороны, техническое обслуживание, ремонт (ТОР) и эксплуатацию - с другой. Определяющим условием достижения высокой эффективности функционирования является необходимый уровень базовой и эксплуатационной надежности оборудования. Обеспечение надежности в процессе проектирования, изготовления и эксплуатации связано с тремя основными видами затрат на всех этапах его "жизненного цикла": затраты на проектирование и изготовление; модернизацию; техническое обслуживание и ремонт. Теоретически можно достигнуть неограниченно большой надежности оборудования. Однако в этом случае общие затраты на ее достижение могут оказаться настолько большими, что в итоге снизят эффективность функционирования до неприемлемого уровня. Анализ эффективности капиталовложений позволяет принять такие решения, при которых ограниченные ресурсы используются наилучшим образом. Необходимость такого анализа обусловлена усложнением оборудования, повышением стоимости его изготовления и требований к его качеству; ускорением темпов замены действующего оборудования новым, более производительным, то есть сокращением срока наступления морального износа; высокой стоимостью исследований и разработок; возрастанием стоимости энергии и сырья и некоторыми другими факторами. Кроме анализа общих затрат на изготовление и эксплуатацию отдельных видов оборудования, анализ эффективности капиталовложений учитывает также общие затраты на эксплуатацию агрегатам, в который оно входит. Это позволяет обеспечить такую надежность отдельных видов проектируемого оборудования, при которой достигается требуемый уровень надежности агрегата.