Общая характеристика процессов газовой коррозии

ГАЗОВАЯ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ

Влияние внутренних, внешних и конструктивных факторов на развитие коррозионных процессов.

Коррозия в неэлектролитах.

Способы повышения жаростойкости металлов.

Законы роста пленки.

Газовая коррозия протекает при контакте металлов с газами в отсутствии электропроводящих растворов.

В природных условиях газовая коррозия встречается редко, а в технологических процессах, особенно в металлургических и хими­ческих производствах, — достаточно часто.

Как правило, газовая коррозия протекает по химическому меха­низму.

Химическая коррозия металлов — это самопроизвольный окислительно-восстановительный процесс, подчиняющийся законам гетерогенных химических реакций, которые осуществляются одновре­менно в одном акте в точке взаимодействия металла с компонентом агрессивной среды. Металл в процессе химической коррозии вы­ступает в роли восстановителя, он отдает электроны и окисляется. Компонент агрессивной среды выступает в роли окислителя, акцептора электронов. В процессе реакции он восстанавливается. В роли окислителей могут быть О₂, Сl, НС1, SO₂, CO₂ и т.д.

Пример. В промышленности синтез хлористого водорода из хло­ра и водорода осуществляют при 1000-1200 °С. Если при этом применяют металлические печи, то внутренняя поверхность пе­чи подвержена газовой коррозии. В зависимости от содержания хлора и водорода в смеси газов протекают реакции:

Fe + С1₂ = FeCl₂ или

2Fe + 3C1₂ = 2FeCl₃.

Железо выступает в качестве восстановителя, хлор — окислите­ля, а на поверхности металла образуется солевая пленка.

Наиболее часто химический механизм реализуется в процессах газовой коррозии и в жидкой среде неэлектролитов.

Для большинства процессов основным условием осуществления химической коррозии является отсутствие на поверхности металла пленки воды. Это требование может быть достигнуто при соблюде­нии одного из трех условий:

• реагирующие газы содержат минимальное количество влаги (как правило, не более сотых долей процента);

• контакт металла и газов осуществляется при высоких темпера­турах, превышающих «точку росы», когда конденсация влаги на поверхности металла не происходит;

• металл находится в среде неполярных органических соедине­ний.

В технологических процессах часто вводят стадию осушки газов

для снижения их коррозионной активности.

Пример. Влажный хлор является коррозионноактивной средой. В нем стойки только титан или графитовые материалы. Поэтому заключительной стадией производства хлора является осушка газа серной кислотой, что позволяет снизить содержание влаги до 0,003-0,04 %. При соблюдении этих условий скорость коррозии резко снижается и возможно применение стальной аппаратуры и трубопроводов. Аналогичную операцию проводят при получении брома, понижая на последних стадиях процесса содержание влаги до 0,003-0,01 %.

Академик П.А. Ребиндер классифицировал формы связи воды с материалом в зависимости от энергии связи. Вода в адсорбционных слоях (физико-химическая связь) отличается от свободной воды как по химическим, так и по термодинамическим свойствам. Диэлек­трическая постоянная адсорбированной воды в 40 раз меньше, чем у свободной воды, а температура замерзания на несколько десятков градусов ниже. Предполагают, что при контакте металла с газами, содержащими до 0,05% Н₂О, на поверхности металла находится только физико-химически связанная вода.

Область существования высокотемпературной газовой коррозии определяется интервалом температур. Нижняя граница соответству­ет температуре конденсации пара на поверхности металла. Это со­стояние, называемое «точкой росы», зависит от парциального дав­ления паров воды. Для воздуха при атмосферном давлении оно оце­нивается температурой, равной
240-250 °С, а для отходящих газов теплоэлектростанций — 90-100 °С.

При температурах, превышающих «точку росы», начинается об­ласть химической газовой коррозии.

Верхняя температурная граница определяется такими свойства­ми металла, как жаростойкость и жаропрочность.

Жаростойкость характеризует способность металла сопротив­ляться коррозионному воздействию газов при высокой температуре.

Жаропрочность определяет способность материала в условиях высокотемпературного воздействия сохранять хорошие механиче­ские свойства, длительную прочность и сопротивление ползучести.

Металл может быть жаростоек, но не жаропрочен, и наоборот — жаропрочен, но не жаростоек. Так, например, жаропрочные стали на основе железа можно экс­плуатировать при температурах до 700° С, алюминиевые и медные сплавы — до 400-450 °С, свинец — до 150 °С. Эффективное сочета­ние жаропрочности и жаростойкости достигается в сплавах системы никель-хром — до 1000° С.

Высокотемпературное взаимодействие металлов с окислитель­ной средой имеет место при многих химических процессах.

Примеры. При производстве серной кислоты стадия обжига серосодержащего сырья протекает при 700-800° С, а контактное окисление диоксида серы SO₂ при 420-550°С. При получении азотсодержащих соединений конверсия метана СН₄ осуществля­ется при температуре 700-800° С, синтез аммиака NH₃ при дав­лении 35-40 МПа и 400 °С, окисление аммиака при производстве азотной кислоты при 750-800 °С, синтез хлористого водорода НС1 при 1000-1200°С, хлорирование метана при 400-450 °С, получе­ние метилового спирта СН₃ОН при 375-400° С, крекинг нефте­продуктов выше 450 °С.

Во всех приведенных примерах поверхность аппаратов подверга­ется воздействию агрессивной газовой среды, что должно привести к образованию на металле оксидных или солевых соединений.

Дата добавления: 2014-01-03