Основы проектирования химических производств

Способы борьбы с коррозией

Для примера рассмотрим некоторые особенности коррозии нержа­веющих сталей и способы борьбы с ней. Высокая коррозионная стой­кость нержавеющих сталей определяется их способностью легко пас­сивироваться (покрываться защитной пленкой) даже в обычных атмосферных условиях за счет кислорода воздуха.

Коррозионная стойкость нержавеющих сталей зависит:

1.0т содержания хрома, основного легирующего компонента, с увеличением содержания которого резко возрастает коррозионная стойкость стали,

2. От содержания углерода, с увеличением которого коррозионная стойкость стали значительно снижается.

3. От структурного состояния сталей. Наибольшей коррозионной стойкостью обладают твердые растворы, легированные хромом и ни­келем. Нарушение однородности структуры, вследствие образования карбидов или нитридов, приводит к уменьшению содержания хрома в твердом растворе и снижению коррозионной стойкости.

4. От природы агрессивной среды и устойчивости пассивной плен­ки. Нержавеющие стали устойчивы в растворах азотной кислоты, раз­личных нейтральных и слабокислых растворах при доступе кислорода и неустойчивы в соляной, серной и плавиковой кислотах. Стали теря­ют свою устойчивость в сильно окислительных средах вследствие раз­рушения пассивных пленок, например, в высококонцентрированной азотной кислоте при высоких температурах.

5. От температуры — с повышением температуры коррозионная стойкость нержавеющих сталей резко ухудшается как в окислительных, так и в неокисли гельных средах.

Коррозия в нержавеющих сталях может протекать как по электро­химическому, так по химическому механизму. Ввиду сложного струк­турного состояния и большой разницы в электрохимических и корро­зионных свойствах структурных составляющих, нержавеющие стали особенно склонны к проявлению локальных разрушений (межкрис - галлитная коррозия, точечная, язвенная). В сложных конструкциях, имеющих зазоры и щели, характерно проявление щелевой коррозии.

Межкристаллитная коррозия чаше проявляется в сварных соеди­нениях и в случае неправильной термической обработки. При этом зер­на находятся в пассивном состоянии, а границы зерен в активном вследствие образования карбида хрома. С повышением содержания в стали углерода чувствительность ее к межкристаллигной коррозии резко возрастает. Существенное влияние на чувствительность сталей к межкристаллитной коррозии оказывает размер зерен, причем, чем меньше размер зерна, тем меньше чувствительность стали к кор­розии.

Существует несколько эффективных способов борьбы с межкрис­таллитной коррозией:

1. Снижение содержания углерода, вследствие чего уменьшается карбидообразование по границам зерен. Менее чувствительные стали с содержанием углерода менее 0,3%.

2. Применение закалки в воду с высоких температур. При этом кар­биды хрома по границам зерен переходят в твердый раствор.

3. Применение стабилизирующего отжига при 750—900 °С, при этом происходит выравнивание концентрации хрома по зерну и по границам зерен.

4. Легирование сталей стабилизирующими карбидообразующими элементами — титаном, ниобием, танталом. Вместо карбидов хрома углерод связывается в карбиды титана, тантала, ниобия, а концентра­ция хрома в твердом растворе остается постоянной.

5. Создание двухслойных сталей — аустенитно-ферритных.

Точечная и язвенная коррозия нержавеющих сталей часто встреча­ется при эксплуатации изделий в морской воде. Это связано с адсорб­цией хлор-ионов на некоторых участках поверхности стали, вследствие чего происходит локализация коррозии. Легирование молибденом рез­ко увеличивает сопротивляемость металла действию хлор-ионов.

Для изделий из нержавеющей стали сложных конструкций, имею­щих щели, зазоры, карманы, характерна щелевая коррозия. Ее меха­низм связан с затруднением диффузии кислорода или другого окисли­теля или анодных замедлителей коррозии в труднодоступные участки конструкции, вследствие чего на этих участках сталь переходит в активное состояние.

Методы борьбы с этим видом коррозии сводятся прежде всего к устранению зазоров, карманов, щелей, контактов стали с неметалли­ческими материалами, т. е. к конструктивным мерам. Весьма эффек­тивно также увеличение концентрации окислителя или анодных замед­лителей в растворе.

Коррозионная стойкость нержавеющих сталей может быть значи­тельно повышена методами легирования, применения оптимальных режимов термической, механической и химико-термической обработ­ки сталей. Наиболее эффективным является увеличение содержания хрома и снижение содержания углерода. Значительно повышается кор­розионная стойкость сталей при введении никеля, молибдена, меди, титана, тантала, ниобия, а также палладия и платины. Коррозионная стойкость нержавеющих сталей в значительной степени определяется защитными свойствами поверхностной пассивной пленки, которые зависят от состава стали и качества обработки поверхности. Наиболь­шая коррозионная стойкость в атмосферных условиях достигается в полированном состоянии поверхности стали.

Для защиты сталей от окисления используются термодиффузион­ные способы насыщения поверхности стали металлами, повышающи­ми жаростойкость (хромирование, алитирование, силицирование).

Известно большое количество способов защиты металлических поверхностей от коррозионного воздействия среды. Наиболее рас­пространенными являются следующие:

1. Гуммирование — защитное покрытие на основе резиновых сме­сей с последующей их вулканизацией. Покрытия обладают эластич­ностью, вибростойкостью, химической стойкостью, водо- и газонепро­ницаемостью. Для защиты химического оборудования применяют составы на основе натурального каучука и синтетического натрий-бу - тадиенового каучука, мягких резин, полуэбонитов, эбонитов и других материалов.

2. Торкретирование — защитное покрытие на основе торкрет-рас - творов, представляющих собой смесь песка, кремнефторида натрия и жидкого стекла. Механизированное пневмонанесение торкрет-раство - ров на поверхность металла позволяет получить механически прочный защитный слой, обладающий высокой химической стойкостью ко многим агрессивным средам.

3. Лакокрасочные покрытия — широко применяются для защиты металлов от коррозии, а неметаллических изделий — от гниения и увлажнения. Представляют собой жидкие или пастообразные раство­ры смол (полимеров) в органических растворителях или растительные масла с добавленными к ним тонкодисперсных минеральных или органических пигментов, наполнителей и других специальных ве­ществ. После нанесения на поверхность изделия образуют тонкую (до 100—150 мкм) защитную пленку, обладающую ценными физико-хими - ческими свойствами. Лакокрасочные покрытия для металлов обычно состоят из грунтовочного слоя, обладающего антикоррозионными свойствами и внешнего слоя — эмалевой краски, препятствующей проникновению влаги и агрессивных ионов к поверхности металла. С целью обеспечения хорошего сцепления (адгезии) покрытия с поверх­ностью се тщательно обезжиривают и создают определенную шерохо­ватость, например, гидро - или дробе - и пескоструйной обработкой.

4. Лакокрасочные покрытия термостойкие — покрытия способные выдерживать температуру более 100 °С в течение определенного вре­мени без заметного ухудшения физико-механических и антикорро­зионных свойств. В зависимости от природы пленкообразуюшего ком­понента различают следующие виды термостойких лакокрасочных покрытий:

— этилцеллюлозные — при 100 °С;

— алкидные на высыхающих маслах — при 120—150 "С;

— фенольно-масляные, полиакриловые, полистирольные — при 200 °С;

— эпоксидные — при 230—250 °С;

— поливинилбутиральные — при 250—280 °С;

—полисилоксановые, в зависимости от типа смолы — при 350-550 °С, и др.

5. Латексные покрытия — на основе водных коллоидных диспер­сий каучукоподобных полимеров, предназначенных для создания бес­шовного, непроницаемого подслоя под футеровку штучными кислото­упорными изделиями или другими футеровочными материалами. Латексные покрытия обладают хорошей адгезией со многими мате­риалами, в том числе и с металлами. Они применяются в производствах фосфорной, плавиковой, кремнефтористоводородной кислот, раство­ров фторсодержащих солей при температуре не более 100 °С.

6. Футерование химического оборудования термопластами. Защит­ное действие полимерных покрытий и футеровок в общем случае определяется их химической стойкостью в конкретной агрессивной среде, степенью непроницаемости (барьерная защита), адгезионной прочностью соединения с подложкой, стойкостью к растрескиванию и отслоению, зависящей от внутренних механических свойств полиме­ра и подложки, неравновесностью процессов формирования защитных слоев и соединений.

Наибольшее распространение при футеровании химического обо­рудования получили листы и пленки из полиэтилена (ПЭ), полипро­пилена (ПП), политетрафторэтилена (ПТФЭ), поливинилхлорида (ПВХ), пентапласта (ПТ) и других композиционных материалов. Для повышения физико-механических и защитных свойств, износостой­кости листовые футеровочные материалы наполняют минеральными наполнителями (сажа, графит, сернокислотная обработка, ионная бом­бардировка и др.). Для повышения адгезионной активности по отно­шению к клеям листовые материалы дублируют различными тканями.

Правильно выбранный способ антикоррозионной защиты позво­лит обеспечить максимальную долговечность защиты химического оборудования в конкретных условиях его эксплуатации.