Вопрос № 3. Поведение конструкционных материалов в агрессивных пожаровзрывоопасных средах

Коррозии подвержены все конструкционные материалы: металлы, полимерные материалы, силикаты и другие материалы. Почти треть производимого в мире металла разрушается коррозией, причем десятая его часть теряется безвозвратно. Около 70 % аварий и повреждений оборудования происходит по этой причине. Коррозия оборудования с пожаровзрывоопасными средами часто становится причиной аварий, пожаров и взрывов на технологических установках. В возникновении этих видов опасностей всегда присутствует фактор неожиданности, так как уменьшение толщины стенок оборудования и, тем более, изменение механических свойств материалов в результате коррозии трудно поддается контролю и протекает наиболее интенсивно в недоступных для осмотра местах. Практически многие виды коррозии обнаруживаются только в момент аварийного разрушения конструкции, образования сквозных поражений стенок аппаратов и трубопроводов.

Классификация коррозионных воздействий среды на оборудование осуществляется по многим признакам, основными из которых являются характер коррозионных разрушений и механизм коррозии. Характерные коррозионные разрушения металлов, встречающиеся на практике, и относительные частоты их появления приведены на рисунок 6.

Рисунок 6 – Виды коррозионных разрушений металлов

Коррозионная стойкость металлов делится на шесть групп стойкости и оценивается по десятибалльной шкале:

- совершенно стойкие (1 балл) – скорость коррозии не превышает 0,001 мм/год;

- весьма стойкие (2–3 балла) – скорость коррозии не превышает 0,01 мм/год; стойкие (4–5 баллов) – скорость коррозии не превышает 0,1 мм/год;

- понижено стойкие, малостойкие и нестойкие (6–10 баллов)

- скорость коррозии от 0,1 до 10 мм/год и более.

Для изготовления оборудования с пожаровзрывоопасными средами рекомендуются металлы, обладающие 1–5 баллами стойкости, скорость коррозии которых в технологических средах не превышает 0,1 мм/год.

Под скоростью коррозии металлов П понимают проникновение коррозии в глубину металла. Скорость коррозии рассчитывается из опытных данных потери массы металла после удаления продуктов коррозии. Расчет скорости коррозии производится по формуле:

П = К / ρ

(1.4)

где	К	– потеря массы, кг/(м–год);
	ρ	– плотность металла, кг/м^3.

Скорость коррозии металлов учитывается в процессе проектирования при расчете аппаратов на прочность, а в процессе эксплуатации – для оценки степени коррозионного износа оборудования. Для компенсации потерь от коррозии предусматривают увеличение толщины стенок оборудования на величину:

С = П´τ

(1.5)

где

τ

– срок службы оборудования, годы.

При проведении проверочных расчетов оборудования на прочность, а также при анализе возможных причин его разрушения напряжения определяют с учетом фактического износа материала от коррозии, измеряя толщину стенок оборудования в местах наиболее подвергшихся коррозионному разрушению. Толщину стенки аппарата в месте коррозионного поражения через определенный период эксплуатации можно оценить по формуле:

Sф =Sап – C

(1.6)

где	Sф	– фактическая (действительная) толщина стенки аппарата;
	Sап	– толщина стенки нового аппарата (первоначальная толщина), принимаемая по паспорту, сертификату или иному документу.

В зависимости от механизма взаимодействия металла с коррозионной средой различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химической коррозией называется самопроизвольное разрушение металлов, вызванное химическими процессами. Химическая коррозия имеет место в среде жидких диэлектриков или сухих газов, обычно нагретых до высоких температур, и не сопровождается протеканием коррозионных токов в конструкциях.

На скорость коррозии оказывают влияние такие технологические параметры, как температура, давление, концентрация компонентов, а также расход перерабатываемой среды. Определить скорость коррозии того или иного материала в перерабатываемой или окружающей среде и, тем более, выявить влияние технологических параметров процессов на скорость коррозии можно только экспериментально.

Повышенное давление среды в аппарате, также как и повышенная температура процесса, приводит к увеличению скорости коррозии, особенно в газовых средах.

Увеличение расхода технологической среды (перерабатываемых веществ и материалов) вызывает не только усиление абразивного износа материала оборудования (эрозии), но и интенсифицирует процессы коррозии, т.к. при этом облегчается доступ коррозионных примесей, содержащихся в технологической среде, к поверхности металла. Помимо этого, движущаяся среда истирает тонкий защитный (плакирующий) слой, образующийся в некоторых случаях на поверхности металла при его взаимодействии со средой, в результате чего скорость коррозии возрастает.

Опыт эксплуатации резервуаров–отстойников на нефтепромыслах показывает, что их фактический срок службы (вследствие интенсивной коррозии с образванием сквозных поражений днищ и стенок) не превышает 1,5–2 лет при норматином сроке эксплуатации 20 лет. Обследования резервуарных парков магистральных нефтепроводов показали, что днища резервуаров уже через 3–5 лет требуют капитального ремонта, так как в каждом из них имелось до 30–50 сквозных коррозионных поражений и до 300–500 язв глубиной 1–3 мм при толщине листов 4–5 мм.

Резервуарное оборудование нефтеперерабатывающих заводов, предназнченное для хранения бензинов, подвергается коррозии сернистыми соединениями, кислой подтоварной водой (рН = 2) и растворенным в бензине и воде кислородом. Скорость коррозии стали в этом случае достигает 0,4–0,6 мм/год. Резервуары с темными нефтепродуктами из–за наличия растворенной в продуктах воды, содержщей кислород и другие агрессивные примеси, и в результате воздействия микроорганизмов разрушаются уже через 11–12 месяцев. Сильной коррозии подвержены танкеры, перевозящие нефтепродукты (скорость коррозии стенок и днищ танков при транспортировке бензинов в три раза больше, чем при транспортировке сырой нефти).

ВЫВОД ПО ВОПРОСУ:

Как уже отмечалось, у резервуаров с нефтепродуктами наблюдается интенсивная коррозия нижних поясов стенок и днищ, так как здесь постоянно имеется отстой сильно минерализованной воды и слой твердого осадка. Наиболее интенсивно коррозия протекает на границе раздела фаз: нефтепродукт вода. Дополнительно к приведенным в данном параграфе сведениям необходимо отметить, что все твердые отложения солей и окислов металлов, в том числе окислов железа, по отношению к материалу резервуаров – стали ведут себя как катоды.

Правильный выбор конструкционных материалов для изготовления технологического оборудования способствует увеличению срока его эксплуатации, продолжительности межремонтного пробега, а также значительно снижает пожаровзрывоопасность производств, что подтверждается статистическими данными.

Дата добавления: 2014-01-11