 |
Виды коррозионных разрушений металлов и сплавов
|
|
|
|
В зависимости от вида коррозии и условий эксплуатации наблюдаются различные виды коррозионных разрушений:
1) сплошная коррозия;
2) местная коррозия.
Сплошная коррозия возникает при отсутствии защитных пленок на поверхности металла или при равномерном распределении анодных и катодных сростков, например при воздействии соляной кислоты на железо, азотной кислоты на медь, щелочей на алюминий. Потеря прочности пропорциональная уменьшению массы образца, поэтому этот вид коррозии менее опасен.
Для местной коррозии характерно разрушение отдельных участков металла. Различают следующие разновидности местной коррозии:
· пятнистая;
· язвенная;
· точечная;
· подповерхностная;
· структуроизбирательная;
· внутрикристаллическая (межкристаллитная).
Пятнистая коррозия характеризуется большой площадью очагов коррозии и их малой глубиной (этот вид коррозии близок к сплошной).
При язвенной коррозии глубина разрушений превышает их протяженность.
Точечная коррозия часто сопровождается образованием сквозных отверстий. Наблюдается при наличии ионов Cl– и растворенного кислорода. Ее очагами являются примеси, микротрещны, поэтому металлы высокой чистоты и легированные стали менее ей подвержены.
Местная коррозия, в частности точечная, более опасна, чем сплошная, так как прочность образцов снижается в большей мере, чем потеря массы.
При поверхностной коррозии очаг разрушения распространяется под поверхностью металла, что ведет к его вспучиванию и расслоению продуктами коррозии.
Структуроизбирательная коррозия обусловлена разрушением одного из компонентов сплава. К избирательной коррозии относится и межкристаллитная, при которой разрушение идет по границам зерен кристаллов. К ней особенно склонны хромсодержащие стали при температурах свыше 500–800°С, это обусловлено образованием на границе зерен кристаллов карбидов хрома, что, в свою очередь, ведет к снижению содержания хрома на границе зерен (ниже порога устойчивости 12,5%). При содержании углерода не более 0,01% межкристаллитная коррозия не наблюдается.
|
|
|
Разрушение распространяется по кристаллам вглубь металла. Межкристаллитная коррозия – самый опасный вид коррозии, так как значительно снижается прочность металла и трудно контролировать коррозию по потере массы.
Щелевая коррозия – разновидность электрохимической – обусловлена неравномерным гидродинамическим движением реагентов в аппарате. В этом случае образуются застойные зоны в аппарате, концентрация кислорода в которых намного больше ее среднего значения в аппарате, и металл на этих участках становится анодом. На участках, омываемых раствором, металл становится катодом. Способ снижения щелевой коррозии – правильный выбор конструкции аппарата.
№47 Критерии прочности, коэффициенты запаса прочности и условия их использования
В зависимости от практических целей выполняют проектные или проверочные расчеты на прочность.
Проектные расчеты выполняются при проектировании новых машин и аппаратов. Их выполнение, как правило, сочетают с элементами конструирования (т. е. выбор для определенных элементов определенной конфигурации, конструктивным заданием отдельных размеров, определение которых расчетным путем нецелесообразно).
Проверочные расчеты выполняются для проверки возможности использования выбранного аппарата в конкретных условиях эксплуатации. Определяются фактически возникающие в элементах напряжения и сравниваются с допускаемыми при заданных температурах.
2.2.1. Определение допускаемых напряжений
|
|
|
Напряжение, при котором обеспечивается прочность аппарата с расчетным запасом и минимальным расходом конструкционного материала, называют допускаемым напряжением:
Допускаемое напряжение для углеродистых и низколегированных сталей определяется по формуле:
[σ]= η ∙ min (σтили 
/ n т; 
/ n в; 
/ n д; 
/ n п);
где η (эта)– поправочный коэффициент, учитывающий условия эксплуатации аппарата, принимают от 0,7 до 1,0 в зависимости от категории опасности химических продуктов, как правило, всегда равен 1,0 за исключением стальных отливок (для них η = 0,7–0,8);
– предел текучести материала при расчетной температуре; 
– предел прочности на растяжение (временное сопротивление) при расчетной температуре t 0;
– условный предел текучести, при котором остаточное удлинение составляет 0,2%;
–среднее значение предела длительной прочности за 105 ч при расчетной температуре;
– средний 1%-ный предел ползучести за 105 ч при расчетной температуре;
n в, n т, n д – коэффициенты запаса прочности по пределу прочности, пределу текучести, пределу длительной прочности;
Значения коэффициентов запаса прочности
| Условия Нагружения | Запас прочности | |||
| n в | n т | n д | n п | |
| Рабочие условия | 2,4 | 1,5 | 1,5 | |
| Гидравлическиеиспытания | 1,1 | - | - | - |
Для широко используемых в химическом машиностроении марок сталей значения допускаемых напряжений для рабочих условий, рассчитанные согласно формуле, при значении η = 1 приведены в справочниках (Лощинский, Толчинский Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: справочник. – 1970; Смирнов Толчинский Конструирование безопасных аппаратов для химических и нефтехимических производств: справочник. – Л., 1988) и по ГОСТ 14249–80.∙В таблице 1 приведены значения допускаемые напряжения при различных температурах для углеродистых и легированных сталей.
Допускаемые напряжения для углеродистых и легированных сталей
| tR,°C | Допускаемое напряжение [σ], МПа | ||
| ВСт3 | 10Г2 | 15Х5М | |
| … | |||
При температурах ниже 20°С и отрицательных расчетных температурах значение [σ] принимают равным [σ] при температуре 20°С.
Упругие свойства металлов характеризуются значениями модуля продольной упругости Еt, МПа, и коэффициентом Пуансона μ. Эти значения используются при расчетах на устойчивость формы.
|
|
|
Еt характеризует жесткость материала и его способность противостоять деформации, рассчитывается по закону Гука:
Еt = 
где ε – относительная продольная деформация.
Значения модуля продольной упругости Е приводятся в ГОСТе 14249–80 (приложение 4) либо в справочниках.
Коэффициент Пуансона – безразмерная величина, характеризующая способность металла к поперечной деформации. Значения коэффициента μ изменяются в следующих пределах: 0 ≤ μ ≤ 0,5. Для основных сортов сталей μ = 0,3.
При расчете на прочность и устойчивость сварных элементов аппаратов в расчетные формулы вводят коэффициент прочности сварных швов, значение которого зависит от типа шва и условий сварки [приложение 5].
Коэффициенты прочности сварного шва
| Вид сварного шва | Коэффициент прочности сварного шва | |
| Длина контролируемых швов составляет 100% общей длины | Длина контролируемых швов составляет от 10 до 50% общей длины | |
| Стыковой илитавровый с двухсторонним проваром, выполненный автоматической и полуавтоматической сваркой | 1,0 | 0,9 |
| Стыковой с под варкой корня шва или тавровый с двухсторонним сплошным проваром, выполняемый вручную | 1,0 | 0,9 |
| Стыковой, доступный к сварке только содной стороны и имеющий впроцессе сварки металлическую подкладку со стороны корня шва,прилегающую по всей длине швак основномуметаллу | 0,9 | 0,8 |
| Стыковой, выполняемый автоматической и полуавтоматической сваркой с одной стороны с флюсовой или керамической подкладкой | 0,8 | 0,65 |
| Втавр с конструктивным зазором свариваемых деталей | 0,9 | 0,8 |
| Стыковой, выполняемый вручную с одной стороны | 0,9 | 0,65 |
2.2.2 Прибавки к номинальным расчетным толщинам
На практике к найденной номинальной расчетной толщине детали или аппарата обычно дается прибавка С, которая определяется по формуле:
С = С к + С э + С о + С д,
где С к – прибавка на коррозию материала, мм,
С к = (срок службы аппарата) ∙ (глубинный показатель коррозии);
С э – прибавка на эрозию, мм, определяется по опытным данным, учитывают при скорости жидкости более 20 м/с, газа – 100 м/с либо при наличии абразивных частиц;
|
|
|
С о – прибавка на округление размера до размера по стандарту (прибавка на минусовое значение предельного отклонения толщины листа), мм;
С д – прибавка по технологическим, монтажным и другим соображениям (изменение С происходит при вытяжке, штамповке, ковке) (С д = 0,8 мм).
Прибавки С о и С д учитываются, если их сумма составляет более 5% от С расч. Обычно в химическом машиностроении С принимается равной до 2 мм.
S = SR + C,
где S – исполнительная величина; SR – расчетная величина.
№48 Порядок расчета аппаратуры
№49 Насосы, их разновидности, области применения
В химической промышленности на предприятиях технологии неорганических веществ наибольшее применение нашли центробежные и поршневые насосы. Остановимся на описании этих типов насосов.
Центробежные насосы – устройства, в которых перемещение жидкости осуществляется за счет центробежных сил, возникающих при вращении рабочего колеса (ГОСТ 15110–79Е). По особенностям конструкции они делятся на:
– консольные; – погружные; – осевые; – вихревые.
По числу рабочих колес центробежные насосы могут быть:
– одноступенчатые (одноколесные) с напором до 50 л;
– многоступенчатые, в которых рабочие колеса смонтированы на одном валу, соединены последовательно, снабжены направляющими и переливными устройствами для направления жидкости с одного колеса на другое, имеют одну всасывающую и одну нагнетательную линию; общий напор равен сумме напоров, создаваемых каждым из колес.
В общем случае, чем больше число колес, их диаметр и частота вращения, тем выше напор. Зависимость между Н, Q и r выражается следующими формулами:
Н 1 / Н 2 = (r 1 / r 2)2; Q 1 / Q 2 = (r 1 / r 2)3.
Следовательно, увеличить Н и Q можно, увеличив r и n вращения. Однако существует еще один путь: для увеличения Q несколько насосов включают параллельно; для увеличения Н – последовательно.
Методика расчетов наиболее полно и правильно изложена (Проектирование П и АХП Иоффе). В остальных пособиях не совсем корректно предлагается расчет мощности, поскольку рассчитывается только величина мощности, потребляемой насосом, и именно мощности на валу.
N п – полезная мощность, затрачиваемая на перемещение жидкости, Вт: N п = ρ gHQ.
N – мощность электродвигателя насоса на выходном валу, Вт: N = N п / (ηн ηп),
где ηн – КПД насоса, находится как произведение объемного, механического и гидравлического КПД (методика расчета приведена на стр. 28 Иоффе); ηп – КПД передачи от электродвигателя к насосу, ηп ≈ 1 для центробежных насосов, ηп = 0,93–0,98 – для поршневых.
|
|
|
Преимущества центробежных насосов:
– отсутствие кривошипно-шатунного механизма и. как следствие, простота конструкции;
– низкая стоимость изготовления и малые габариты;
– отсутствие клапанов, что повышает их надежность;
– простота ремонта и регулирования количества подаваемой жидкости;
– равномерность подачи жидкости.
Недостатки центробежных насосов:
– необходимость заполнения насоса жидкостью перед запуском;
– зависимость производительности от создаваемого напора и сопротивления линии.
Общие правила эксплуатации центробежных насосов.
Для создания нормальной, устойчивой работы центробежных насосов необходимо на всасывании обеспечить так называемый кавитационный запас, т. е. минимально допустимое превышение атмосферного давления над давлением насыщенных паров жидкости. В противном случае, если давление перекачиваемой жидкости на всасывающей линии окажется ниже давления ее насыщенных паров, в жидкости образуются пузырьки газа. При последующем движении жидкости в насосе давление повышается, пузырьки сжимаются, пустоты заполняются жидкостью Для лучшей всасывающей способности скорость жидкости на входе в насос должна составлять от 1 до 2 м/с, а сопротивление всасывающего трубопровода быть минимальным. Высота всасывания центробежного насоса – до 5 м.
Центробежные консольные насосы типа Х для химической промышленности
Данные насосы используют для перекачки как чистых, так и загрязненных (до 0,2 мас. % частиц) жидкостей; Q – от 2,2 до 700 м3/ч; Н – 10–30 м. Корпуса могут быть изготовлены из легированных сталей и сплавов, фарфора, титана, пластмасс (для 30%-ой H2SO4 при температуре до 60°С), _______?? либо гуммируются (например, для H2SO4 и H2SiF6). Марок центробежных насосов типа Х насчитывается очень много. Так, в пособии Иоффе их рассмотрено более тридцати. Вывод вала обычно уплотняют сальником с мягкой набивкой.
Погружные центробежные насосы типа ХП для забора жидкости из резервуаров имеют Q от 2 до 600 м2/чи Н до 54 м. Используются в сернокислотном производстве, при получении фосфорнокислых суспензий, желтого фосфора и т. д. (т. е. для перекачивания агрессивных жидкостей). Насосная часть постоянно погружена в жидкость на 1,2–2 м, привод – электрический двигатель и муфта над резервуаром.
Насосы типа ХПС самовсасывающие, в их нижней части имеется вспомогательный бак, постоянно заполненный жидкостью.
|
|
|
