Азотная промышленность

Качество проектирования, определяемое главным образом соответствием  оборудования требованиям выполняемого технологического процесса и необходимым  уровнем базовой надежности, во многом зависит от правильного понимания структуры агрегатов, знания особенностей и условий их эксплуатации, а также устройств и элементов, из которых они состоят.

Агрегат представляет собой систему (комплекс) взаимосвязанных технологическим  процессом устройств, обеспечивающих выпуск продукции. Эта взаимосвязь может выражаться в электрических или механических связях, в транспортных потоках жидких материалов или сырья.

Процесс проектирования можно разделить  на три основных этапа:

Разработка общей схемы и структуры агрегата.

Разработка конструкций  механического оборудования, технологических аппаратов и установок в азотной промышленности.

Проектирование передаточных устройств.

На первом этапе разработку общей  схемы агрегата необходимо начинать с выбора технологического процесса и определения последовательности технологических операций. На основании выбранной последовательности операций следует разрабатывать схематический план расположения установок и оборудования (эскизный проект), выбирать их тип и определять основные параметры - размеры, мощность, производительность и т.д. Затем следует приступить непосредственно к разработке конструкций оборудования, технологических аппаратов, установок и передаточных устройств. После завершения проектирования отдельных устройств необходимо создать окончательные рабочие чертежи плана расположения установок и оборудования.

При разработке общей схемы агрегата, как правило, возможно, несколько вариантов ее осуществления, обеспечивающих эквивалентные технологические решения. Поэтому для обеспечения максимальной надежности агрегата необходимо на этом этапе выбрать такой вариант, при котором условия работы оборудования будут наилучшими. Следует отметить, что этот этап не требует больших затрат; при принятии правильного технологического решения создается возможность обеспечить надежность без больших затрат на изготовление, техническое обслуживание и ремонт. Вопрос о выборе технологической схемы агрегата следует рассматривать обязательно с учетом особенностей эксплуатации, т.е. проанализировать условия эксплуатации оборудования при заданном технологическом процессе, и влияние предшествующих процессов на его работу.

Таким образом, одним из эффективных  направлений решения проблемы надежности на первом этапе проектирования является совершенствование организации технологических процессов - как предшествующих, так и осуществляемого данным агрегатом. Наряду с этим следует учитывать, что если изменение технологического процесса связано с большими затратами, не компенсируемыми улучшением функционирования оборудования и сокращением затрат на ТОР, оно нецелесообразно.

На втором этапе проектирования необходимо, прежде всего, выбрать такие конструкции оборудования, аппаратов и установок, чтобы основные требования, предъявляемые к ним, достигались наиболее экономичным, надежным и простым способом. Большое внимание должно быть уделено выбору оптимальных конструкций отдельных деталей и узлов и тщательной разработке детальных чертежей, так как именно на этой завершающей стадии проектирования и происходит обычно наибольшее число ошибок.

При проектировании механического  оборудования необходимо учитывать  характер разрушений, которые в основном можно разделить на два вида:

-  аварийное, связанное с опасностью для персонала, простоями и последующими потерями производства, вызываемое большими перегрузками вследствие нарушения технологической дисциплины, избыточными вибрациями или несоответствием конструкции назначению. Этому разрушению подвергаются, как правило, незначительно изношенные детали, момент разрушения которых почти невозможно предсказать заранее. В таком случае обычно не удается быстро  ликвидировать неисправность и необходим дорогостоящий восстановительный ремонт;

-  постепенное, возникающее вследствие износа, коррозии, ползучести, пластической деформации, усталости и т.д.

Такое разрушение может быть обнаружено до аварийной поломки. Для его  ликвидации принимают соответствующие  меры по ремонту или замене узла в процессе работы агрегата или во время запланированной остановки  на ремонт. В связи с этим на втором этапе, кроме обеспечения соответствия оборудования технологическому назначению, необходимо предусматривать создание таких конструкций, при которых исключается возможность аварийного разрушения. Для этого в конструкцию оборудования включают различные устройства для защиты от перегрузок, а также отключающих и сигнализирующих устройств и т.д. Предупреждение постепенного разрушения достигается в основном различными методами упрочнения, улучшением условий смазки и т.д. Если применение таких методов невозможно или оказывается дорогостоящим, то следует предусматривать максимальную ремонтопригодность быстро изнашиваемых узлов и деталей для их быстрой замены. В некоторых случаях необходимо резервировать дополнительное количество узлов и деталей, вероятность выхода из строя которых велика. Однако это связано с увеличением капитальных затрат и целесообразно лишь, когда другие методы предупреждения разрушений не дают положительных результатов.

Эффективным способом предупреждения наступления критического состояния  узлов и деталей является непрерывный контроль их состояния в процессе эксплуатации, осуществляемый с помощью различных приборов и устройств для измерения вибрации и температуры, загрязнения и изменения физико-химических свойств смазок и др. Одним из необходимых принципов проектирования на втором этапе является применение в проекте известных или новых приспособлений и устройств для инспектирования и обслуживания оборудования. На этом этапе также необходимо выполнить анализ возможных и особенно трудоемких и опасных ремонтных работ и предусматривают максимальную унификацию основных узлов и деталей и другие мероприятия, способствующие достижению высокой базовой надежности.

Разрушение технологических аппаратов  и установок в азотной отрасли, в отличие от разрушений механического оборудования, носит иной характер и наступает вследствие коррозии, эрозии, износа футеровки, нарушение герметичности, перегрева или избыточного давления. Поэтому надежность этих устройств при проектировании следует повышать рациональным выбором материалов, резервированием установок, применением блокировок и различных сигнализирующих приспособлений. Предохранительные устройства на системах, транспортирующих жидкости и газы, позволяет точнее контролировать параметры установок. Так как разрушения вспомогательного оборудования металлоконструкций обычно происходит вследствие взаимодействия с механическим оборудованием, например, при больших вибрациях, то и проектирование их обычно необходимо осуществлять одновременно.

На третьем этапе, разрабатывая передаточные устройства, прежде всего, необходимо устанавливать принципиальную схему и выбирать соответствующее гидравлическое, транспортное и другое оборудование и аппаратуру. Это следует выполнять одновременно с проектированием механического оборудования, связанного с устройствами, поддерживая тесную связь между соответствующими конструкторскими подразделениями. Как и на втором этапе, следует анализировать условия работы передаточных устройств и предусматривать меры по обеспечению их надежности. При этом, как и при проектировании механического оборудования, необходимо учитывать особенности разрушения передаточных устройств, которое можно разделить на два основных типа: механическое, вызываемое избыточным давлением, утечками и загрязнением энергоносителя, приводящими к быстрому выходу из строя элементов устройств; такие отказы часто вызывают аварийную остановку связанного механического оборудования или даже всего агрегата; постепенное, происходящее вследствие износа и обычно сопровождаемое утечками энергоносителей через образовавшиеся не плотности и снижением скорости и мощности гидро- или пневмоприводов; это разрушение довольно часто остается незамеченным при режимах, не достигающих критических. Основным средством борьбы с разрушением первого типа является применение быстродействующих приборов обнаружения мест разрушения. Для этого предусматривают контрольные точки для замера давлений, расходов, температуры и соответствующую контрольную и регулирующую аппаратуру. Определением контрольных точек и аппаратуры значительно упрощается, если в соответствии с технологическим назначением предварительно правильно выбрано оборудование передаточных устройств. Разрушение второго типа (прогрессирующее) можно легко обнаружить контролем параметров основных элементов передаточных устройств, например, скорости перемещения и усилия на плунжере гидропривода.

 

2.12  Выбор эффективных ингибиторов  коррозии

 

Снижение коррозионной активности среды в азотной отрасли может быть осуществлено двумя способами:

- удалением из агрессивной среды  компонентов, вызывающих коррозию металлов;

- введением в агрессивную среду  специальных веществ, которые  вызывают значительное снижение  скорости коррозионного процесса.

Такие вещества называют замедлителями, или ингибиторами, коррозии.

Обработка коррозионной среды в азотной промышленности для снижения ее агрессивности осуществляется уменьшением в ней содержания деполяризатора.

Ингибиторы коррозии подразделяются:

• по механизму своего действия — бывают катодные, анодные и смешанные;

• по химической природе — на неорганические, органические и летучие;

• по сфере своего влияния —  в кислой, щелочной и нейтральной среде.

Действие ингибиторов коррозии обусловлено изменением состояния  поверхности металла вследствие адсорбции ингибитора или образования  с катионами металла труднорастворимых соединений. Защитные слои, создаваемые ингибиторами коррозии, всегда тоньше наносимых покрытий. Ингибиторы коррозии могут действовать двумя путями: уменьшать площадь активной поверхности или изменять энергию активации коррозионного процесса.

Катодные и анодные ингибиторы замедляют соответствующие электродные  реакции, смешенные ингибиторы изменяют скорость обеих реакций. Адсорбция  и формирование на металле защитных слоев обусловлены зарядом частиц ингибитора и способностью образовывать с поверхностью химические связи.

Катодные ингибиторы коррозии замедляют катодные реакции или  активное растворение металла. Для  предотвращения локальной коррозии более эффективны анионные ингибиторы. Часто для лучшей защиты металлов от коррозии используют композиции ингибиторов с различными добавками.

При этом может наблюдаться:

• аддитивное действие, когда ингибирующий эффект отдельных составляющих смеси  суммируется;

• антагонизм, когда присутствие  одного из компонентов ослабляет  ингибирующее действие другого компонента;

• синергизм, когда компоненты композиции усиливают ингибирующее действие друг друга.

Неорганические ингибиторы коррозии. Способностью замедлять коррозию металлов в агрессивных средах обладают многие неорганические вещества. Ингибирующее действие этих соединений обуславливается присутствием в них катионов (Са²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺ , As³⁺, Bi³⁺, Sb³⁺) или анионов (CrO₂^-4, Cr₂0₂^-7, NO^-2, SiO₂^-3, PO₃^-4) [72].

Экранирующие катодные ингибиторы коррозии — это соединения, которые  образуют на микрокатодах нерастворимые соединения, отлагающиеся в виде изолирующего защитного слоя. Для железа в водной среде такими соединениями могут быть ZnSO₄, ZnCl₂, а чаще Са(НС0₃)₂.

Бикарбонат кальция Са(НС0₃)₂ — самый дешевый катодный экранирующий ингибитор, применяемый для защиты от коррозии стали в системах водоснабжения. Бикарбонат кальция в подщелоченной среде образует нерастворимые соединения СаСО₃, осаждающиеся на поверхности, изолируя ее от электролита.

Анодные неорганические ингибиторы коррозии образуют на поверхности металла тонкие (~ 0,01 мкм) пленки, которые тормозят переход металла в раствор. К группе анодных замедлителей коррозии относятся химические соединения — пленкообразователи и окислители, часто называемые пассиваторами.

Катодно-анодные неорганические ингибиторы, например KJ, КВr в растворах кислот, тормозят в равной степени анодный и катодный процессы за счет образования на поверхности металла хемосорбционного слоя.

Пленкообразующие ингибиторы защищают металл, создавая на его поверхности  фазовые или адсорбционные пленки. В их число входят NaOH, Na₂C0₃ и фосфаты. Наибольшее распространение получили фосфаты, которые широко используют для защиты железа и стали в системе хозяйственных и коммунальных стоков.

Пассиваторы тормозят анодную  реакцию растворения металла благодаря образованию на его поверхности оксидов. Эта реакция может протекать только на металлах, склонных к пассивации.

Пассиваторы являются хорошими, но опасными ингибиторами. При неверно выбранной  концентрации, в присутствие ионов  Сl^- или при несоответствующей кислотности среды, они могут ускорить коррозию металла, и в частности вызвать очень опасную точечную коррозию.

Хроматы и бихроматы натрия и  калия используются как ингибиторы коррозии железа, оцинкованной стали, меди, латуни и алюминия в промышленных водных системах.

Оксидная пленка состоит из 25 % Cr₂0₃ и 75 % Fe₂0₃.

Нитриты применяются в качестве ингибиторов коррозии многих металлов (кроме цинка и меди) при рН более 5. Они дешевы и эффективны в случае присутствия ржавчины.

Защитное действие нитритов состоит  в образовании поверхностной оксидной пленки.

Силикаты относятся к ингибиторам  коррозии смешанного действия, уменьшая скорости как катодной, так и анодной  реакций. Действие силикатов состоит  в нейтрализации растворенного  в воде углекислого газа и в образовании защитной пленки на поверхности металла.

Пленка не имеет постоянного  состава. По структуре она напоминает гель кремневой кислоты, в которой адсорбируются соединения железа и соли жесткости. Ее толщина обычно равна около 0,002 мм.

Полифосфаты — растворимые в  воде соединения метафосфатов общей  формулы (МеР0₃)_n. Защитное действие полифосфатов состоит в образовании непроницаемой защитной пленки на поверхности металла. В водных растворах происходит медленный гидролиз полифосфатов, в результате образуются ортофосфаты.