 |
Под коррозией понимают разрушение поверхности металла вследствие протекания химических или электрохимических процессов.
|
|
|
|
В свою очередь коррозионная устойчивость металлов и сплавов оценивается по скорости и глубинному показателю коррозии (проницаемости).
Скорость коррозии – количество металла, разрушаемого в единицу времени с единицы геометрической поверхности металла
К = 
Проницаемость – величина, характеризующая уменьшение толщины металла (мм) в течение года в результате коррозии.
В зависимости от величины проницаемости П материалы из черных, цветных металлов и сплавов согласно ГОСТ 13819–68 делятся на 6 групп по их коррозионной устойчивости и оцениваются по десятибалльной шкале (см. Альперт, с. 36).
Материалы для изготовления химической аппаратуры должны обладать баллом стойкости не более 5, а скорость коррозии не превышать 0,1 мм/г; для неответственных деталей – балл 6 (П – до 0,5 мм/г).
| Группа стойкости | Балл | Скорость коррозии, мм/г |
| Совершенно стойкие | менее 0,001 | |
| Весьма стойкие | 2–3 | |
| Стойкие | 4– 5 | от 0,05 до 01 |
| Понижено стойкие | 6 –7 | |
| Малостойкие | 8–9 | |
| Нестойкие | > 10 |
Разрушение неметаллических материалов представляет собой их химическое разрушение под действием внешней среды.
Неметаллические материалы неорганического происхождения разрушаются под действием водных растворов в результате процессов выщелачивания и растворения.
Поскольку большая часть неорганических неметаллических материалов – это силикаты и алюмосиликаты щелочных и щелочноземельных металлов, то сильное растворяющее действие на них оказывают щелочи, плавиковая и фторкремниевая кислоты.
Нагревание неорганических неметаллических материалов может вызвать термическую деструкцию в результате структурной рекристаллизации, вызывающей изменение объема, пористости, прочности.
|
|
|
Органические конструкционные материалы (полимеры, пластмассы) подвержены термической и фотохимической деструкции, биологической коррозии.
Например полимеры, содержащие функциональные группы –ОН или –Cl при нагреве теряют воду и хлорид водорода.
Для снижения окисления в полимеры вводят антиоксиданты, пигменты или создают из пластмасс композиционные материалы.
№20 Аппараты объемного типа. Расчет объема с учетом степени заполнения, времени пребывания и запаса производительности
В основной химической промышленности широко используются аппараты объемного типа без внутренних устройств (рассматривали на практических занятиях на примере проектирования емкости для хранения жидкостей и газов). Такие аппараты относятся к вспомогательному оборудованию и в зависимости от назначения подразделяются на следующие группы:
ресиверы – приемники газа и воздуха, предназначенные для накопления сжатых газов и служащие в качестве буферных емкостей, уменьшающих колебания давления в сети компрессора. Конструкция включает: штуцер ввода газа; труба ввода газа; предохранительный клапан; бобышка для манометра; штуцер вывода конденсата;
· газгольдеры – приемники газов переменного объема, работающие при давлении близком к атмосферному и служащие в качестве буферных емкостей между цехами производящими и потребляющими газ (промежуточные склады);
маслоотделители – служат для очистки газа от капель масла. Устанавливаются на линиях сжатых газов после компрессоров. Из нагнетательного газохода газ после компрессора поступает в аппарат, где его скорость резко снижается, а также за счет перегородки меняется направление его потока, что дополнительно способствует отделению масла;
· аккумуляторы – служат для накопления жидкостей, находящихся под давлением.
|
|
|
· монжусы (монтежю) – устройства, предназначенные для периодического подъема и перемещения находящихся в них жидкостей под давлением газов (воздуха);
Используются для перекачивания кислот и коррозионноактивных растворов без помощи насосов. Сосуд заполняется раствором, избыток которого сливают через перелив, далее подают сжатый воздух и через штуцер подачи кислота выдавливается, остаток кислоты можно слить через штуцер 9. Конструкция их включает: штуцер подачи кислоты; штуцер сжатого воздуха; штуцер для установки предохранительного клапана; перелив; штуцер для спуска остатков кислоты, люк для внутреннего осмотра и указатель уровня.
· мерники – емкости для точного отмеривания заданного объема жидкости;
· напорные баки – емкости для создания определенного гидростатического давления жидкостей за счет их расположения на определенной высоте. Как правило, снабжены верхним входным, нижним выходным и переливным штуцерами;
· сепараторы – устройства для разделения газовой и жидкой фазы;
· хранилища (резервуары) – емкости для длительного хранения жидких веществ.
Рассмотрим общую методику расчета аппарата емкостного типа.
1. На основании данных технологического баланса рассчитывается объем аппарата емкостного типа:
где k – коэффициент запаса производительности; ω – объемный расход по реакционной массе,м3/с; φ – коэффициент заполнения аппарата, τ – необходимое время пребывания смеси в аппарате, с; n – число единиц однотипного оборудования.
2. По ГОСТам выбирается номинальная емкость цилиндрического аппарата (т. е. внутренний объем без учета открываемых крышек, люков) из нормального ряда, выбирается тип аппарата и габаритные размеры.
3. Рассчитывается толщина стенки аппарата, Так, для аппаратов, работающих под наливами, по известной формуле расчета толщины стенки цилиндрической обечайки на внутреннее давление
в которой расчетное давление Р (МПа) определяется по высоте жидкости в сосуде
Р = Н ж ρ g ∙ 10–6.
Dв – внутренний диаметр аппарата, м; C – поправка на коррозию и эрозию; σ – допустимое напряжение; η – поправочный коэффициент, учитывающий условия эксплуатации; φш – коэффициент прочности сварного шва; ρ – плотность жидкости; Нж – высота слоя жидкости; g– ускорение силы тяжести.
|
|
|
Пример. Рассчитать толщину обечайки хранилища для моногидрата объемом 2100 м3, учитывая, что D в равен 18000 мм и Н ж составляет 9000 м. Хранилище без футеровки; материал – ВСт3ПС; [σ] = 134 МПа, прибавка на коррозию – 2 мм; φш = 0,95; 
при 30°С составляет 1826,1 кг/м3.
Определяем расчетное давление в хранилище
Р = 9,0 ∙ 1826,1 ∙ 9,81 ∙ 10–6 = 0,161 МПа.
Тогда толщина стенки хранилища составит
мм.
Толщина нижнего пояса составила 14 мм, однако в верхней части гидравлическое давление меньше и толщина может быть уменьшена. Фактическая толщина верхнего пояса из листов составит 12 мм.
4. Невысокие вертикальные аппараты далее проверяют на прочность по формулам для цилиндрических обечаек, работающих под внутренним или наружным давлением.
Высокие вертикальные аппараты рассчитывают на прочность и устойчивость как колонные, т. е. с учетом ветровых нагрузок и гидростатического давления от столба рабочей жидкости.
При расчете горизонтальных цилиндрических емкостных аппаратов их рассматривают как балку с равномерно распределенной нагрузкой, расположенную на двух или более опорах. Корпус проверяют на устойчивость в опасных местах
№21 Атмосферная коррозия и способы защиты от нее
Атмосферная коррозия возникает вследствие адсорбции паров воды из воздуха на поверхности металла. Деполяризатор-кислород, нов случае повышенного содержания в атмосфере кислых газов (НCl, SO2, H2S) может протекать электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией.
Скорость коррозии сильно зависит от влажности воздуха и степени его запыленности. Скорость атмосферной коррозии резко возрастает также при накоплении на поверхности металла гигроскопических продуктов коррозии, наличии щелей, трещин, так как происходит капиллярная конденсация.
| Атмосфера | Коррозионная активность, % |
| Сухая континентальная | 1–9 |
| Морская чистая | |
| Индустриальная | |
| Индустриальная сильно загрязненная |
Надежный способзащиты - применение материалов, устойчивых в данных условиях, но из-за стоимости для защиты от атм. коррозии также применяют множество различных методов.
|
|
|
Нанесение металлических или неметаллических покрытий. Неметаллическими защитными покрытиями могут выступать различные смазки, пасты, лакокрасочные материалы. Часто в их состав дополнительно вводят ингибиторы, пигменты, пассивирующие поверхность (например, цинк-хроматный пигмент для стали). Иногда поверхность превращают в труднорастворимый оксид или фосфат, обладающий защитными свойствами. Металлическими покрытиями служат цинковые, никелевые, многослойные.
Снижение относительной влажности воздуха. Очень эффективный способ защиты металла от коррозии. Удаление влаги осуществляют подогревом помещения (отопление) либо осушкой воздуха. Очень часто достаточно поддерживать влажность атмосферы до 50 %. Если воздух содержит пиль, другие примеси, то 50% влажность очень велика.
Применение контактных и летучих (парофазных) ингибиторов. Контактные замедлители коррозии наносятся на поверхность изделия в виде водных растворов. Примером контактного ингибитора атмосферной коррозии может служить NaNO2.
Легирование металлов. Добавление в сталь небольшого количества никеля, хрома, алюминия, титана (переводят поверхность стали в пассивное состояние), меди (катодная добавка), фосфора тормозят анодную реакцию.
№22 Крышки и днища аппаратов высокого давления
Днища емкостей высокого давления изготавливают плоскими, слабовыпуклыми, сферическими и эллиптическими, крышки – в виде плоских массивных плит.
Конструктивное оформление днищ
В цилиндрических обечайках высокого давления отверстия допускается выполнять только в крайних случаях. Трубопроводы и КИП присоединяются к крышкам и днищам. Аппараты высокого давления, как правило, не снабжают штуцерами. Вокруг отверстий в крышках и фланцах обрабатывают привалочные поверхности и высверливают отверстия под шпильки.
Составной частью аппарата является днище, изготавливаемое, как правило, из того же материала, что и обечайка. В литых аппаратах днища составляют единое целое с обечайкой, в сварных – соединяются с обечайкой сваркой или пайкой. В отдельных случаях крышки принимают отъемными, присоединяемыми к корпусу на фланцах.
Эллиптические днища (с отбортовкой на цилиндр) – наиболее широко используемый тип в сварных химических аппаратах, особенно подведомственных Госгортехнадзору. Это связано с тем, что в результате непрерывного изменения радиуса кривизны днища внутреннее напряжение распространяется равномерно и опасных концентраций напряжений не возникает. Изготавливаются штамповкой из листового проката цельными или составными с последующей сваркой.
|
|
|
Основные размеры днищ представлены в ГОСТе 6533–78. Толщина стенок по ГОСТ составляет от 4 до 100 мм, диаметр – от 133 до 4500 мм.
Полушаровые (полусферические) днища имеют постоянный радиус кривизны, равный внутреннему радиусу. Их рекомендуется использовать в крупногабаритных аппаратах, подведомственных Госгортехнадзору с диаметром более 4 м, а также для аппаратов, работающих под вакуумом. Для горизонтальных аппаратов эти днища можно применять независимо от давления. Стальные полушаровые днища изготавливают диаметром 3600–12000 мм и толщиной 10–36 мм.
Сферические неотбортованные днища должны соответствовать требования ГОСТа 25221–82. Применяются в аппаратах под наливом при избыточном давлении до 0,07 МПа, а также в виде составных частей фланцевых крышек аппаратов, работающих под давлением. Рекомендуются для цилиндрической сварной горизонтальной и вертикальной аппаратуры, работающей при температуре до 200°С. Изготавливают диаметром от 400 до 3000 мм и толщиной 4–12 мм.
Торосферические днища можно рассматривать как разновидность сферических, т. е. для них R ≤ D, но для них характерен тороидальный переход с радиусом r 1.
Плоские круглые днища (крышки) широко применяются в кованных аппаратах высокого давления, в сварных аппаратах вертикального исполнения при работе под наливом. С точки зрения распределения напряжений эта форма наименее рациональна. Изготавливаются отбортованными из углеродистой, легированной или двухслойной сталей в соответствии с ГОСТ 12622–78 для работы под наливом. Размеры: диаметр – от 219 до 4000 мм, толщина – 4–12 мм.
Изготавливаются также неотбортованные круглые плоские днища для работы под наливом, а также для сосудов и аппаратов с диаметром до 500 мм, работающих под давлением не более 1,6 МПа.
Эллиптические и сферические крышки состоят из стандартных днищ, сваренных со стандартными или специальными фланцами. Способы сварки могут быть различными, одни из них – фланцы приваривают встык.
Плоские крышки являются цельными и изготавливаются из листов или ковок.
№23 Расчет тонкостенной цилиндрической оболочки(обечайки) на внутреннее давление
|
|
|
