POLEZEN.RU http://www.mainlink.ru/?partnerid=36093

 

 






Партнерские ссылки












На главную

Методические принципы выбора коррозионностойких материалов для изготовления промышленного оборудования.

ж. "Химическое и нефтяное машиностроение",1994, №5, с.27-30.

Авторы Воликова И.Г., Маннапов Р.Г., Петрова Т.В.

(Изложение с сокращениями).

  

Надежность химического оборудования при эксплуатации в агрессивных средах в основном зависит от правильности выбора конструкционных материалов с учетом их коррозионной стойкости в заданных условиях, определяемой, как правило, в каждом конкретном случае на основании данных экспериментальных коррозионных исследований. Достоверность полученных результатов зависит от методики проведения исследований [1].

В НИИхиммаше разработана методика коррозионных испытаний металлических образцов в аппаратах, работающих в специфических гидродинамических режимах, таких, как автоклавы с перемешивающими устройствами, фильтры, сепараторы, сушилки, центрифуги. При разработке методики были учтены следующие теоретические положения. Коррозия металлов в электролитах протекает в основном с кинетическим или диффузионным контролем. При диффузионном контроле процесс коррозии в значительной степени зависит от перемешивания раствора, при кинетическом контроле перемешивание не оказывает существенного влияния на процесс коррозии [2]. Наличие в растворе твердых частиц может оказать определенное влияние на скорость коррозии металла независимо от вида контроля.

Во всех упомянутых выше аппаратах среда подвергается, как правило, турбулентному перемешиванию. Для оценки влияния на коррозионную стойкость сталей перемешивания при диффузионном и кинетическом контроле, концентрации твердых частиц в растворе и местоположения образцов в аппарате была разработана установка, позволяющая размещать достаточное количество образцов для получения результатов с необходимой доверительной вероятностью (90-95 %).

Установка состоит из металлической цилиндрической емкости высотой 250 и диаметром 280 мм, внутри которой пропеллерная мешалка с лопастями диаметром 60 мм. Частота вращения мешалки (1370 об/мин) обеспечивает турбулентное движение водных растворов. Образцы для испытаний размером 20x80x3 мм подготавливали к испытаниям в соответствии с требованиями методики [3]. В каждом режиме испытаний 12 образцов, изолированных резиновыми прокладками, закрепляли на внутренней поверхности стенки емкости с помощью винтов и 8 образцов размещали в специальном приспособлении на расстоянии 40 мм от стенки емкости. Образцы устанавливали по высоте таким образом, чтобы они находились полностью в растворе, как при работающей, так и при отключенной мешалке, что было предварительно определено на модельной установке с емкостью из плексигласа. На этой же установке было определено максимальное количество абразива - кварцевого песка (8 %), полностью переходящего при перемешивании во взвешенное состояние в объеме емкости. Исследовали образцы из сталей СтЗ (по ГОСТ 380-88) и 12Х18Н10Т (по ГОСТ 5632-72).

При выборе сред для испытаний руководствовались следующим: скорость коррозии стали СтЗ в этих растворах без перемешивания при температуре 20-23°С должна быть в пределах 0,05-1 г/(м²·ч), что позволит проводить достаточно кратковременные испытания, и контроль процесса коррозии должен быть в одних средах диффузионным, в других - кинетическим или смешанным.

Коррозионные испытания без перемешивания проводили в колбах.

На экспериментальной установке определяли коррозионную стойкость указанных сталей в растворах при перемешивании при температуре 20-23 °С. Продолжительность испытаний как при перемешивании, так и без него составляла от 200 до 340 ч, за исключением испытаний в серной кислоте (96 ч). Результаты приведены в табл. 1. Полученные значения скорости коррозии были статистически обработаны, что позволило установить ошибку эксперимента, провести сравнительный анализ результатов и определить минимальное необходимое количество параллельных образцов для коррозионных испытаний [4]. В работе [4] показано, что максимальные и минимальные скорости коррозии образцов в одном и том же режиме испытаний могут отличаться в 3-6 и более раз. А средние значения, определенные по трем-четырем образцам, различаются на 20-35 %. Это различие не является ошибкой эксперимента, а обусловлено особенностями процесса коррозионного разрушения металлов, в большой степени зависящего от физико-химической неоднородности металла промышленной выплавки [5].

Поскольку при большом разбросе данных оценка средней скорости коррозии имеет большую ошибку, значимость различий результатов испытаний в разных режимах проверяли по статистическому критерию Стьюдента [4]. Результаты расчета показали, что значимость различий скорости коррозии образцов на стенке сосуда и в объеме перемешиваемого раствора несущественна (в пределах статистического разброса). Исключение составляют результаты испытаний в борной и фосфорной кислотах. Это объясняется тем, что концентрации обеих кислот малы, а цилиндрическая емкость изготовлена из стали СтЗ, стенки которой так же, как и образцы, вступают в реакцию с кислотой. Поэтому уменьшение концентрации ионов водорода у стенки происходит быстрее, чем в объеме раствора, что и обусловливает разницу в скорости коррозии. Быстрое уменьшение концентрации ионов водорода при коррозии стали СтЗ в этих кислотах следует из данных электрохимических исследований.

В серной кислоте концентрация ионов водорода достаточно велика и за время испытаний заметной разницы в концентрации кислоты у стенки сосуда и в объеме не возникает, поэтому значимость различия скоростей коррозии образцов несущественна. В нейтральных средах процесс коррозии стали СтЗ контролируется диффузией кислорода и перемешивание приводит к увеличению скорости коррозии в 10 и более раз, что соответствует проверке по статистическому критерию (значимость различия существенна).

В борной кислоте доля деполяризации кислородом в процессе коррозии составляет примерно 50 %, поэтому перемешивание также приводит к увеличению скорости коррозии приблизительно в 5 раз (значимость различия существенна).

В фосфорной и серной кислотах деполяризатором является водород (на долю кислорода приходится не более 0,1 %), поэтому при перемешивании значимость различия скоростей коррозии несущественна.

На основании проведенных лабораторных исследований можно сделать следующие выводы.

Проведение испытаний на большем числе образцов, чем обычно используют при коррозионных испытаниях, позволило достоверно установить закономерности влияния на скорость коррозии перемешивания среды и наличия в ней твердых частиц. При статистической обработке результатов определено, обусловлена ли разница в скоростях коррозии стали СтЗ различием условий процесса или случайными отклонениями.

В средах с преимущественно катодным контролем при превалирующем торможении процесса вследствие диффузии кислорода (нейтральные и слабощелочные среды) перемешивание раствора приводит к увеличению скорости коррозии стали в 10-30 раз. Увеличение содержания соли в растворе или наличие твердых частиц (до 8 %) несколько снижает скорость коррозии стали. В средах с преимущественно катодным контролем процесса коррозии с превалирующей водородной деполяризацией (в кислотах) и в средах с преобладающим анодным контролем (при пассивировании металла) турбулентное перемешивание и наличие абразива в растворе не оказывают существенного влияния на скорость коррозии стали.

Полученные результаты могут быть использованы при выборе материалов для таких аппаратов, как фильтры, центрифуги, сепараторы, автоклавы с перемешивающим устройством. В этих аппаратах перемешивание среды, как правило, турбулентное (за ис ключением некоторых типов фильтров, в которых поток ламинарный) и зачастую не представляется возможным установить образцы для испытания в действующем аппарате. В этом случае работу следует начинать с определения контролирующего фактора процесса коррозии в рабочей среде путем снятия в этой среде потенциодинамической поляризационной кривой на платиновом электроде и замера потенциала коррозии исследуемых сталей.

При кинетическом контроле испытания образцов могут проводиться в рабочей среде без перемешивания, например, в обычных колбах. В случае диффузионного или смешанного контроля среда должна перемешиваться и может быть использована установка, описанная выше, поскольку при турбулентном движении потока его взаимодействие со стенкой емкости установки будет близко к тому, которое имеет место в аппарате. При ламинарном движении потока (в фильтрах) действие раствора на металл фильтра аналогично действию раствора на образцы, испытуемых в колбах под осадком без перемешивания. Параллельно, если имеется действующий аппарат, коррозионные испытания образцов следует про водить в приемной и подающей емкостях центрифуг, фильтров, сепараторов, в местах, где раствор достаточно интенсивно перемешивается. Если имеется возможность установить образцы в действующие автоклавы с мешалкой или в сушилку, то лабораторные испытания можно не проводить. Образцы необходимо устанавливать в приспособлении, разработанном НИИхиммашем [1], на внутреннюю стенку автоклава или в объеме раствора, жестко закрепив их на расстоянии не более 40 мм от стенки. В сушилке образцы также следует крепить на стенке, а в барабанной сушилке - и на лопастях. Расчет требующегося для испытаний числа образцов и оценку результатов нужно выполнять с учетом естественного разброса результатов испытаний, применяя статистические методы в соответствии с рекомендациями работы [4].

Список литературы
1. Воликова И.Г., Стрелкова Т.В., Родичева Е.Л., Лебедев Б.В. К вопросу методики коррозионных испытаний образцов металлов в действующих промышленных аппаратах с внешним обогревом и циркулирующей средой // Новые материалы и защита от коррозии. М.: НИИхиммаш, 1982, С. 127-136.
2. Томашов Н.Д., Чернова Г. П. Теория коррозии и коррозионно-стойкие конструкционные сплавы. М.: Металлургия, 1986. 361 с.   3. РД 24.200.16-90. Методы коррозионных испытаний металлических материалов. Основные требования. Оценка результатов.   4. Маннапов Р.Г., Воликова И.Г. Оценка погрешности результатов коррозионных испытаний образцов // Химическое и нефтяное машипостроение. 1994. № 1. С. 27-30.   5. Маннапов Р.Г. Методы оценки надежности оборудования, подвергающегося коррозии: Обзор информ. Сер. ХМ-9. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1990. 38 с.   6. Справочник химика. Т. 3. М.: Химия, 1968. 386 с.

Публикации по теме.


 




    Календари   

  Умные мысли

   Поздравления 

Прогр.-полезняшки

Мужч.и женщины

  Безопасность 

  Будь здоров! 

О жизни и смерти

  Забавные истории

     На Главную    


© Polezen.ru 2003-2018.