Аналіз корозійних та корозійно-механічних руйнувань конструкційних матеріалів і розробка антикорозійного захисту технологічного обладн

Одним из эффективных методов повышения надежности и долговечности деталей оборудования молочной промышленности является нанесение износостойких покрытий из металлических порошков методом наплавки напыления, эмалирования и термодиффузионного припекания.

Для получения износостойких покрытий с наполнителями [27] используют следующие порошковые материалы: железный ПЖО, ПЖ1, ПЖ2, медный ПМ, ПМА, ПМС-1, никелевый ПНК, ПНЭ, ПН-1, ПН-2, свинцовый ПАС, ПС1, ПС2, наплавочный состав ПГ-С1, ПГ-УС25, графитовый ЭУТ, ГАК-2, УЭН, фторопластовый (фторопласт-4), фторид кальция, дисульфид молибдена МВ-41, МВ-42, МВ-43, феррохрома \УС; для вспомогательных добавок - стеарат цинка, хлорид аммония, борфторат аммония.

Из класса гальваностатических покрытий в качестве износостойких применяют хромовые покрытия. Так, для нанесения износо- и коррозионно-стойкого покрытия из стали Ст.З используется следующий состав (в г/л):

-хромовый ангидрид 260;

-серная кислота 2,5;

-при температуре в ванне 328-333 К;

-плотность тока 50-80 А/дм2;

-выход по току 10-15%. 
Толщина покрытия составляет 20-50 мкм [28].

Также может быть использован газовый метод хромирования. При этом используется смесь газов водорода и хлорида либо только хлорид водорода. Диффундирующим веществом служит хлорид хрома, получающийся в результате воздействия хлорида водорода на хром или феррохром при высокой температуре.

Для поверхностного упрочнения деталей машин, работающих в условиях эррозионно-коррозионного и абразивного износа, рекомендуется применять комплексное насыщение или боррирование, с соответствующим выбором материала основы.

Для насадок аппаратов можно применять упрочнение поверхности электролизным боррированием при 1173-1193 К (плотность тока 0,15 А/см2). В качестве основы предлагается малолегированная сталь типа ШХ15 [29].

Поверхности деталей машин можно упрочнять и другими способами боррирования, в частности, в засыпке из 84% карбида бора и 16% буры (с добавкой хлористого аммония, 1273-1373 К) или в вакууме, используя спеченные брикеты с геометрией контактной поверхности, идентичной поверхности насыщения детали (например, брикетированная втулка и деталь цилиндрической формы).

Алитирование. Поверхность стали марки Ст.З, используемой для изготовления деталей, которые работают в условиях интенсивного гидроабразивного износа, упрочняется алитированием при температуре 1223 К в засыпке: пудра алюминиевая - 40%, порошок глинозема - 58%, хлористый аммоний -2% с последующим азотированием при 803 К в аммиаке (30 ч.) [30].

Для повышения коррозионной стойкости конденсаторов, рабочих колес насосов широкое использование получило диффузионное хромирование покрытий.

В результате хромирования углеродистых сталей 45 и У8А при 1373-1423 К образуется карбидный слой (Сг, Ре)2зСб, под которым располагается нетравящийся эвтектоид. При температуре насыщения последний соответствует твердому раствору хрома и углерода в железе. Общая глубина диффузионного слоя - около 50 мкм, глубина карбидного слоя - 20 мкм.

Хромирование сталей 20 и 45 можно производить при температуре соответственно 1413-1433 К и 1323-1473 К в течение 16 часов (разрешение 10-2 мм рт.с.).

Для восстановления механических свойств изделий их подвергали термоупрочняющей обработке - нормализации от 1147 К, 1,5 - 2 ч. [40].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.9 Разработка  химико-технологических методов  снижения коррозии и изнашивания

 

В производстве широко используют химическое нанесение металлических покрытий на изделия. Процесс химического металлирования является каталитическим или автокаталитическим, а катализатором является поверхность изделия. Раствор, используемый для металлизации, содержит соединение наносимого металла и восстановитель. Поскольку катализатором является поверхность изделия, выделение металла и происходит именно на ней, а не в объеме раствора. В автокаталитических процессах катализатором является металл, наносимый на поверхность. В настоящее время разработаны методы химического покрытия металлических изделий никелем, кобальтом, железом, палладием, платиной, медью, золотом, серебром, родием, рутением и некоторыми сплавами на основе этих металлов. В качестве восстановителей используют гипофосфит и боргидрид натрия, формальдегид, гидразин. Естественно, что химическим никелированием можно наносить защитное покрытие не на любой металл. Чаще всего ему подвергают изделия из меди.

Наиболее простым и экономичным способом борьбы с коррозией является также применение нейтрализаторов совместно с ингибиторами коррозии. Целесообразно использовать дополнительную ингибиторную защиту. Рекомендуется применять ингибиторы ИКБ-2-2, ТАЛ-3 в сочетании с нейтрализацией воды.

Контроль над выполнением химико-технологических мероприятий должен осуществляться службой коррозии завода и сотрудниками химических лабораторий [41].

Использование винипласта для футерования различных технологических емкостей, поверхности которых находятся в контакте с жидкими пищевыми средами.

 

7.10 Разработка  организационно-технических мероприятий  понижения коррозии и изнашивания

 

       В  промышленности  разработан  ряд  организационно-технических мероприятий снижения коррозии и изнашивания.

1. Все мероприятия по защите от коррозии должны быть контролируемы. Их состояние и эффективность в течение всего времени эксплуатации следует проверять в условиях, определяемых выбранными конструктором геометрическими формами объекта, его местоположением и устройством.
2. Все предусмотренные противокоррозионные мероприятия должны 
   быть такими, чтобы ремонт или их повторное проведение были по возможности 
   достаточно простыми при данном местоположении объекта и окружающих его 
   условиях.
3. Предпочтительность замены всего объекта вместо повторного ремонта должна быть установлена на основании рабочих и экономических параметров объекта.
4. Чтобы избежать серьезных помех при обслуживании и ремонте, могут потребоваться коренные изменения идеи протектора; в особенности это относится к сложным по конструкции видам сооружений и оборудования в коррозионно-агрессивных средах.
5. К  противокоррозионному обслуживанию  должны  предъявляться 
   требования либо минимально возможного времени выполнения работ, либо 
   проведения этих работ через максимально возможные промежутки времени.
6. Противокоррозионное обслуживание является частью общей планируемой программы обслуживания объекта при его эксплуатации; эта про 
   грамма должна выполняться с наименьшими помехами для функционирования 
   или использования объекта и одновременно с этим должна быть совместимой с 
   характеристиками коррозионной стойкости.
7. Периодичность   обслуживания  должна   соответствовать   рабочим 
   циклам и создавать минимально возможные неудобства во всех отношениях.
8. Необходимо принимать все возможные меры, чтобы снизить до 
   минимума  степень  трудности  и   стоимости  периодического   обслуживания, 
   включая демонтаж и последующую сборку сооружений и оборудования, очистку и подготовку поверхностей на месте, предохранительные меры.
9. Следует обеспечивать безопасность обслуживающего персонала.
10. Быстро корродирующие детали не должны размещаться в недоступных местах, внутри объекта, т.к. это заставляет обслуживающий персонал производить операции разборки.
11. Материалы  и системы защиты необходимо  выбирать  с учетом 
    свойственной им экономически обоснованной продолжительности сохранения 
    стойкости к коррозии.
12. Противокоррозионное обслуживание следует регулировать таким 
    образом, чтобы оно соответствовало решению проблем, возникающих при общетехнологическом обслуживании.
13. Доступность для осмотра должна быть увязана с выборочными 
    контрольными операциями и методами разрушающих и неразрушающих испытаний.
14. Реально ожидаемый профессиональный уровень персонала, который будет заниматься обслуживанием при эксплуатации, определяет устанавливаемые эксплуатационные требования.
15. Рекомендуется применение модульных блоков, отвечающих требованиям защиты от коррозии [42].

Перед началом осуществления работ по текущему или капитальному ремонту работники отдела главного механика должны составить смету или дефектурную ведомость с расшифровкой видов работ.

Отчет по форме № 1-кор. подразделяется на три основных раздела:

1. Потери от коррозии металла и затрат на защиту основных фондов и готовой продукции.

2. Затраты на противокоррозионную защиту основных фондов и готовой 
   продукции.
3. Расход материалов на противокоррозионную защиту.

Потери подразделяются на прямые и косвенные. К прямым относятся затраты на осуществление текущего и капитального ремонта в связи с коррозией, недоамартизированная стоимость основных фондов, списанных из-за коррозии металла, и потери от коррозии материалов, полуфабрикатов, запасных частей, изделий и др. деталей, не учитываемых при текущем и капитальном ремонте.

Служба отдела главного механика определяет долю коррозии по содержанию осуществляемых работ при ремонте на основании дефектной ведомости или сметы. Потери от коррозии материалов, полуфабрикатов, комплектующих изделий, готовой продукции в результате наблюдения требований условий хранения, транспортировки, устанавливают на основании актов о списании материалов, где указывают причины списания.

Потери от брака и снижения сорта продукции по причине коррозии основных фондов, устанавливают на основании актов и распоряжений лабораторий предприятий, где указана причина снижения сорта или брака.

В затраты на противокоррозионную защиту основных фондов и готовой продукции входят затраты на приобретение и монтаж оборудования для защиты основных фондов и готовой продукции. В отчете также приводятся сведения об использовании противокоррозионных материалов как во время текущего и капитального ремонта, так и в процессе эксплуатации основных фондов.

После составления отчета противокоррозионная служба предприятия должна проанализировать основные показатели отчета, установить основные источники потерь от коррозии, эффективность средств и методов противокоррозионной защиты. На основании данных анализа за отчетный год антикоррозионная служба предприятий должна разработать план мероприятий на планируемый год по снижению потерь от коррозии и применению прогрессивных методов защиты [43].

 

 

7.11 Разработка  вариантов рационального конструирования

и модернизации оборудования

 

Экономический подход к конструированию оборудования

Проектирование - важнейший этап "жизненного цикла" оборудования, на котором закладываются его основные параметры, обеспечивающие надежную и стабильную работу. Достижение этих параметров связано с определенными затратами, влияющими на срок окупаемости и другие экономические показатели, отражающиеся на эффективности функционирования оборудования. Поэтому необходимо создавать такие конструкции оборудования, при которых обеспечивается максимальная эффективность его функционирования в течении всего "жизненного цикла" с учетом оптимального соотношения затрат на проектирование и изготовление, с одной стороны, техническое обслуживание, ремонт (ТОиР) и эксплуатацию - с другой. Определяющим условием достижения высокой эффективности функционирования является необходимый уровень базовой и эксплуатационной надежности оборудования. Обеспечение надежности в процессе проектирования, изготовления и эксплуатации связано с тремя основными видами затрат на всех этапах его "жизненного цикла": затраты на проектирование и изготовление; модернизацию; техническое обслуживание и ремонт. Теоретически можно достигнуть неограниченно большой надежности оборудования. Однако в этом случае общие затраты на ее достижение могут оказаться настолько большими, что в итоге снизят эффективность функционирования до неприемлемого уровня.

показано изменение составляющих общих затрат в зависимости от заданной величены надежности. Кривая 1, характеризующая затраты на проектирование и изготовление оборудования, показывает, что с увеличением надежности эти затраты возрастают, причем наиболее резкий рост наблюдается, начиная с величины надежности, равной 0,75 - 0,80. Затраты на ТОиР (кривая 2) с увеличением надежности сокращаются и стремятся к нулю при достижении надежности, равной 1,0. Затраты на модернизацию оборудования (кривая 3) уменьшаются с увеличением надежности. Общие затраты (кривая 4) на достижение заданной надежности равны сумме указанных составляющих затрат. Кривая 5, характеризует общие затраты без учета затрат на модернизацию. Кривые 4 и 5 имеют характерный минимум, который соответствует оптимальной надежности, обеспечивающей эффективное функционирование оборудования. Однако в случае, когда базовая надежность недостаточна и для достижения требуемой эксплуатационной надежности необходима модернизация оборудования, общие затраты и оптимальный уровень эксплуатационной надежности, требуемые для поддержания эффективного функционирования, оказываются выше. В этом случае оптимальный уровень эксплуатационной надежности составляет 90% против 70%, когда потребность в модернизации отсутствует. Так как базовая надежность конструкции выбирается с учетом суммарной экономичности, то из приведенного сравнения можно сделать вывод, что целесообразно увеличить расходы на проектирование и изготовление оборудования с целью сокращения затрат на последующую модернизацию. В этом случае, во-первых, общие затраты уменьшаются на 20 - 40%, во-вторых, требуемый уровень надежности, при котором обеспечивается необходимый уровень эффективности функционирования оборудования, может быть на 15 - 20% меньше уровня при низкой стоимости проектирования и изготовления и необходимости модернизации.

Рисунок 2.15. - Изменение составляющих общих затрат в зависимости от заданной величены надежности.

Анализ эффективности капиталовложений позволяет принять такие решения, при которых ограниченные ресурсы используются наилучшим образом. Необходимость такого анализа обусловлена усложнением оборудования, повышением стоимости его изготовления и требований к его качеству; ускорением темпов замены действующего оборудования новым, более производительным, то есть сокращением срока наступления морального износа; высокой стоимостью исследований и разработок; возрастанием стоимости энергии и сырья и некоторыми другими факторами. Кроме анализа общих затрат на изготовление и эксплуатацию отдельных видов оборудования, анализ эффективности капиталовложений учитывает также общие затраты на эксплуатацию агрегатом, в который оно входит. Это позволяет обеспечить такую надежность отдельных видов проектируемого оборудования, при которой достигается требуемый уровень надежности агрегата.