Анализ коррозионно-механических разрушений конструкционных материалов и разработка антикоррозионной защиты оборудования хлебопекарной промышленности

Анализ коррозионно-механических разрушений конструкционных материалов и разработка антикоррозионной защиты оборудования хлебопекарной промышленности

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

УКРАИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ОТПП

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине КАЗО

На тему: Анализ коррозионно-механических разрушений конструкционных материалов и разработка антикоррозионной защиты оборудования хлебопекарной промышленности

Выполнил:ст. гр. 4-ХВ -43

Туренко Р.С.

Проверил:зав. каф. проф., к.т.н.

Тищенко Г.П.

Днепропетровск 2011г

РЕФЕРАТ

Стр.115, табл. 11, рис. 26.

Ключевые слова: коррозия, защита, агрессивные среды, металлы, сплавы, покрытия, методы защиты, оборудование и аппараты отрасли.

Были изучены состояние и агрессивность среды в хлебопекарной промышленности, факторы которые ускоряют коррозию и изнашивание.

Предложены организационно-технические и химико-технологические методы защиты от коррозии, варианты рационального конструирования и модернизация оборудования, комплексная антикоррозионная защита оборудование хлебопекарной промышленности.

Был сделан подбор коррозионно-устойчивых материалов и нанесение тонких покрытий химически устойчивых металлов или протекторная защита более активных металлов.

Сделаны выводы и даны рекомендации по повышению технического уровня производства, эксплуатации, надежности оборудования данной отрасли.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Виды коррозионно-механических разрушений конструкционных  материалов

.1 Анализ агрессивности сред отрасли

.2 Виды коррозии и изнашивание

.3 Факторы, ускоряющие коррозию и изнашивание

.4 Выводы

. Разработка антикоррозионной защиты оборудования отрасли

.1 Выбор коррозионно-стойких металлов

.2 Выбор химически стойких неметаллических материалов

.3 Выбор модификаторов продуктов коррозии

.4 Выбор ремонтно-реставрационных материалов

.5 Выбор антикоррозионных покрытий

.6 Выбор износостойких материалов и покрытий

.7 Выбор специальных покрытий

.8 Обоснование технологии упрочнения поверхности

.9 Разработка химико-технологических методов снижения коррозии и изнашивания

.10 Разработка организационно-технических мероприятий снижения коррозии и изнашивания

.11 Разработка вариантов рационального конструирования и модернизации оборудования

.12 Выбор эффективных ингибиторов коррозии

.13 Разработка вариантов электрохимической защиты оборудования отрасли

.14 Разработка методов комбинированной антикоррозионной защиты

. Выводы и производственные рекомендации по поводу эксплуатации, надежности оборудования отрасли

Литература

ВВЕДЕНИЕ

оборудование коррозия изнашивание конструирование

Современное развитие хлебопекарной промышленности, разработка новых технологических процессов, протекающих в агрессивных средах, предъявляют к конструкционным материалам высокие требования. Наиболее важными конструкционными материалами являются металлы и их сплавы. В процессе эксплуатации изделий, вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой происходит коррозия, что приводит к разрушению металлических конструкций, аппаратов, трубопроводов и др.

Коррозия начинается с поверхности металла и, при дальнейшем развитии этого процесса, распространяется вглубь. Средой, в которой происходит коррозия металлов, являются различные жидкости и газы. Коррозионный процесс протекает на границе двух фаз: металл - окружающая среда, т. е. является гетерогенным процессом взаимодействия жидкой или газообразной среды с металлом. Широкое применение в химической промышленности находят сплавы железа, меди, алюминия, никеля, титана и др. Дальнейшее развитие техники выдвигает проблему применения таких металлов, как тантал, цирконий, рений, германий, торий, иридий [1].

Масштабы коррозии и убытки, причиняемые ею, станут очевидными, если учесть, что около 10% всего производимого металла безвозвратно теряется вследствие разрушающего действия коррозии. Экономические потери от коррозии можно разделить на прямые и косвенные. Прямые потери включают стоимость заменяемых металлических конструкций и механизмов или их частей, стоимость коррозионностойких металлов и сплавов, применяемых вместо материалов, имеющих те же механические свойства, но нестойких к коррозии, стоимость различных видов защиты от коррозии и т. д. К косвенным потерям относятся расходы, связанные с простоем оборудования во время замены части машины или аппарата, разрушаемых коррозией, с загрязнением выпускаемых изделий продуктами коррозии и др.

Повышение цен на энергоресурсы и металлы до мирового уровня привело к резкому сокращению и объемов, и областей применения нержавеющих сталей, титана. Одновременно повышается интерес к современным полимерным коррозионностойким материалам в области химического машиностроения.

Химические, физические и биологические загрязнения природной среды приводят к заметной интенсификации коррозионных процессов. Понятия о необходимости и достаточности противокоррозионной защиты должны корректироваться с учетом экологической обстановки.

С другой стороны, коррозионные повреждения часто оказываются причиной крупномасштабных загрязнений окружающей среды. Лидерами здесь являются нефтедобыча, транспорт нефтепродуктов, нефтехимическая и химическая промышленности. Общие убытки, причиняемые народному хозяйству от коррозии металлов, огромны. Для правильной постановки практической работы по защите химических, пищевых машин и аппаратов от коррозии необходимо знание теории процессов коррозии и методов борьбы с ней [2].

1. ВИДЫ КОРРОЗИОННЫХ И КОРРОЗИОННО-МЕХАНИЧЕСКИХ РАЗРУШЕНИЙ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

В пищевых отраслях химической коррозии подвергаются только некоторые аппараты и коммуникации вспомогательных цехов (холодильно-компрессорных, углекислотных, котельных). Оборудование технологических цехов в основном подвергается электрохимической коррозии. В зависимости от агрессивности среды и условий протекания электрохимических процессов распространены следующие ее виды:

атмосферная (воздействие на оборудование и металлоконструкции вне зданий при наличии загрязнения воздуха промышленными газами);

почвенная (разрушение подземных газопроводов, водопроводов, канализационных сетей, теплотрасс, мазутохранилищ, металлоконструкций, подземных сооружений);

электрическая (влияние блуждающих токов на металлы);

кислотная (растворы азотной, серной, соляной кислот при дезинфекции, молочной кислоты при подкислении заторов и т. д.);

солевая (разрушение рассольных насосов, трубопроводов, батарей охлаждения, испарителей, оборудования натрий-катионных установок и т. п.);

щелочная (щелочные моющие и дезинфицирующие растворы особенно сильно разрушают металлоконструкции моечных машин, воздуховоды систем вентиляции цехов розлива);

контактная (при контакте двух разнородных металлов, имеющих разные потенциалы);

биологическая (разрушение продуктопроводов, аппаратуры, металлических и железобетонных конструкций, расположенных в грунтах).

Бетонные и железобетонные конструкции, емкости, сборники, фундаменты оборудования пищевых предприятий подвергаются интенсивному коррозийному воздействию: физическому, биологическому и физико-химическому [5].

Химическая коррозия возникает при действии органических кислот пищевых сред на составные части цементного камня бетона и железобетона.

Биологическая коррозия является следствием жизнедеятельности микроорганизмов на поверхности строительных конструкций, смоченных пищевыми средами.

Физико-химическая коррозия вызывает разрушение строительных конструкций, например, при теплообмене с окружающей средой, при действии жидких пищевых продуктов в результате замерзания.

В зависимости от среды, материалы покрытий могут быть абсолютно или относительно неустойчивы, например полихлорвинил неустойчив в ржаной закваске.

В органических кислотах, сахарозе, моющих и других веществах, содержащихся в средах пищевых производств, стойкость полимеров достаточно велика. Универсальной стойкостью к пищевым средам обладают композиции на основе эпоксидной смолы. Стойкость защитных покрытий из различных полимеров, определяемая путем изменения внешнего вида и способности к набуханию, под действием некоторых органических сред пищевых производств меняется в широких пределах.

Высокие требования к надежности технологического оборудования пищевых производств обусловлены тем, что в большинстве случаев отказы в работе приводят к нарушению технологического процесса и потере продукта.

Как правило, моральный срок службы современного оборудования не превышает 5 лет, физический срок службы при проектировании закладывается в пределах 5-7 лет. С другой стороны, необходимо знать, как задается время амортизационных отчислений, в течение которого стоимость оборудования полностью списывается на себестоимость выпускаемой продукции [3].

1.1 АНАЛИЗ АГРЕСИВНОСТИ СРЕДЫ ПРОИЗВОДСТВА

Технологические среды пищевых производств по составу и свойствам можно условно разделить на органические и неорганические. К органическим средам относятся органические углеродосодержащие соединения растительного и животного происхождения. К неорганическим - химически активные водные растворы неорганических кислот, щелочей, солей и др.

Сильными коррозионноактивными средами являются среды хлебопекарного производства, к которым относятся солевые растворы, жидкие дрожжи и заторы для их приготовления, ржаное тесто, опара, тесто из пшеничной муки и некоторые полуфабрикаты. Продуктами брожения заквасок, теста и полуфабрикатов хлебопекарного производства являются: этиловый спирт, углекислый газ, различные органические кислоты, главным образом молочная и уксусная, некоторые альдегиды и сложные эфиры. Кислотность может изменяться в пределах рН = 6,0-4,2.

Технологические процессы пищевых производств протекают при высоких и низких температурах, высоком давлении и вакууме, больших скоростях потоков и длительной выдержке пищевых сред в состоянии покоя, с изменениями рН сред в широком диапазоне и сопровождаются другими факторами, обусловливающими агрессивность пищевых сред.

Многие пищевые среды представляют собой электролиты, поэтому коррозия в них носит электрохимический характер. Химическая природа электролита обусловлена наличием в составе сред кислот и минеральных веществ. Количество и степень диссоциации кислот и минеральных веществ, в основном, и определяют агрессивность среды.

На различных этапах технологического процесса химические свойства сред изменяются, в связи с чем снижается или повышается их коррозионное воздействие на поверхность аппаратов.

Непосредственный контакт с технологическими и пищевыми средами, длительная непрерывная работа, абразивное воздействие некоторых пищевых продуктов, агрессивное влияние окружающей среды, моющих и дезинфицирующих растворов, а также другие специфические условия определяют особые требования к выбору и назначению конструкционных материалов.

Аппараты пищевых производств подвергаются периодическому воздействию агрессивных моющих и дезинфицирующих растворов: 1-2%-ной соды каустической, 5-10%-ной соды кальцинированной, 2%-ной серной кислоты, 2%-ной соляной кислоты, 3%-ной азотной кислоты, 0,2-0,5%-ного перманганата калия и др. Наиболее агрессивное воздействие на технологические аппараты и сборники дезинфицирующих растворов оказывают кислотные дезинфекторы. Изготовление сборников дезинфицирующих растворов и трубопроводов из нержавеющих сталей не всегда приводит к повышению их коррозионной стойкости [4].

1.2 ХАРАКТЕРНЫЕ ВИДЫ КОРРОЗИИ И ИЗНОСА

К основным критериям работоспособности оборудования и их отдельных деталей относятся: прочность, жесткость, износостойкость, тепло- и хладостойкость, виброустойчивость, коррозионная стойкость.

Для элементов технологического оборудования, контактирующего с пищевыми средами или моющими средствами, особо важную роль играет коррозионная стойкость. Под коррозионной стойкостью понимается способность поверхностей элементов машин и аппаратов противостоять воздействию пищевых сред, продуктов, моющих и дезинфицирующих растворов с учетом тепловых воздействий, скоростей истечения рабочих сред, значительных перепадов давления и т. д.

Износ является наиболее характерным видом разрушения поверхностей рабочих органов и деталей оборудования.

Износ есть результат процесса постепенного изменения размеров детали, происходящего под действием поверхностных сил при трении и связанного с потерей массы. Различным видам изнашивания наиболее подвержены трущиеся детали рабочих органов технологического оборудования: уплотнительные кольца торцовых уплотнителей центробежных насосов, сепараторов, центрифуг; подшипники скольжения; плунжеры насосов; манжетные уплотнения; гильзы цилиндров-дозаторов; ножи резательных машин, мясорубок, волчков, куттеров и т. д.

Под тепло- и хладостойкостью при конструировании понимают способность деталей оборудования сохранять работоспособность при повышенных или низких температурах, а также при циклических колебаниях температуры. Как правило, это обеспечивается только правильным выбором материала [6], [4].

.3 ФАКТОРЫ, УСКОРЯЮЩЕЕ КОРРОЗИЮ И ИЗНОС

Скорость и характер процесса электрохимической коррозии определяются внутренними, внешними, механическими и конструктивными факторами.

Внутренние факторы электрохимической коррозии связаны с природой металла, его структурой, составом, состоянием поверхности, напряжениями в металле и др.

Внешние факторы коррозии определяются условиями протекания коррозионного процесса, такими, как характер среды, скорость ее движения, температура раствора и др.

Механические факторы - это коррозионное растрескивание, коррозионная усталость, коррозионная кавитация. Конструктивные факторы определяются конструктивными особенностями химических машин и аппаратов [7].

Внутренние факторы коррозии

К внутренним факторам относятся следующие характеристики металла: термодинамическая устойчивость, положение в периодической системе Менделеева, структура и тип сплава, наличие примесей, внутренние напряжения и др.

Для оценки возможности самопроизвольного разрушения металла необходимо определить знак изменения изобарно - изотермического потенциала этого процесса или сравнить значения обратимых потенциалов анодного икатодного процессов.

Термодинамическую устойчивость металла можно приближенно оценивать по величине стандартных электродных потенциалов. Сдвиг потенциала в сторону более положительных значений можно рассматривать как повышение термодинамической устойчивости металла. Однако теоретическая возможность протекания данного коррозионного процесса говорит не о реальной скорости коррозии. В качестве примера рассмотрим следующий.

Стандартные значения потенциалов алюминия и железа соответственно равны - 1,67 В и - 0,44 В, т. е. с термодинамической точки зрения алюминий более склонен к коррозии. Однако алюминий устойчив, а железо нестойко в разбавленной серной кислоте, что связано с образованием пассивной пленки на алюминии.

Положение металла в периодической системе однозначно не характеризует его коррозионную стойкость, тем не менее в отношении коррозионного поведения наблюдаются достаточно определенные закономерности.

Наиболее коррозионно-неустойчивые металлы находятся в главных подгруппах I и II групп. Это щелочные и щелочноземельные металлы. В побочных подгруппах I и II групп коррозионная стойкость растет по мере возрастания атомного номера (Cu - Ag - Au, Zn - Cd - Hg). В побочных подгруппах IV и VI групп и в VIII группе находятся легко пассивирующиеся металлы, причем с ростом атомного номера склонность к пассивации в первом приближении падает (Ti - Zr - Hf, Cr - Mo - W).

Наиболее коррозионностойкие металлы находятся в восьмом ряду группы VIII (Os, Ir, Pt), а также Au в побочной подгруппе I группы. Структура металла оказывает различное влияние на скорость коррозии.

Так, укрупнение зерна не приводит к увеличению общей коррозии, но способствует развитию межкристаллитной.

Металлические сплавы по структуре можно разделить на две группы:

гетерогенные (двухфазные, с включением избыточных фаз, композиционные);

гомогенные (твердые растворы, интерметаллиды, аморфные сплавы).

Структура сплава в значительной мере определяет характер протекания коррозионного процесса. Коррозионное разрушение сплава типа «механическая смесь» будет определяться как атомным (массовым) соотношением, так и взаимным расположением фаз, выполняющих роль катода и анода. Если фазы распределены равномерно и доля анодной составляющей невелика, то коррозия будет сплошной, равномерной. При неравномерном распределении анодной фазы коррозия будет локальной, очаги коррозии при этом будут распространяться вглубь.

При электрохимической коррозии гетерогенного двухфазного сплава наблюдается чаще всего структурно-избирательная коррозия, при которой происходит преимущественное растворение электрохимически более отрицательной фазы или менее пассивирующейся и накопление на поверхности более устойчивой в коррозионном отношении, фазы.

Рассмотрим два примера: в одном случае в железе находится примесь с более положительным электродным потенциалом (рис.1.1,а), в другом - с более отрицательным электродным потенциалом (рис. 1.1,б).

Составим электрохимическую систему для обоих случаев:

В первом случае железо является более активным, и в коррозионном элементе будет играть роль анода, а никель с более положительным потенциалом будет катодом:

Во втором случае железо с более положительным электродным потенциалом будет играть роль катода, а марганец с более отрицательным электродным потенциалом - анода:

Таким образом, примеси с более положительным электродным потенциалом, чем потенциал основы, будут ускорять электрохимическую коррозию, а примеси с более отрицательным электродным потенциалом - замедлять.

В гомогенном сплаве типа «твердый раствор» атомы различных компонентов сплава не теряют полностью своей индивидуальности. Атомы металла, более коррозионностойкого в данных условиях, остаются таковыми и в сплаве, и активность атомов сплава по отношению к коррозионному раствору не выравнивается. Это объясняется тем, что при образовании сплава типа «твердый раствор» термодинамическая активность атомов сплава незначительно отличается от термодинамической активности атомов в чистом металле. Свободная энергия атомов при образовании сплава уменьшается примерно на 4,8 кДж на 1 г-атом, что соответствует изменению электродного потенциала металла на 20 мВ.

При образовании сплава не происходит нивелирования способности различных атомов к хемосорбции. Так, в сплаве железо - хром атомы хрома легче образуют хемосорбционную связь с кислородом, легче пассивируются

по сравнению с железом.

Таким образом, поверхность сплава типа «твердый раствор» не является гомогенной. В этом случае в начальной стадии коррозии наблюдается компонентно - избирательная коррозия. Поверхность постепенно обогащается более электроположительными включениями. Причем обогащение поверхности твердого раствора атомами более устойчивого в данных условиях компонента происходит независимо от того, вызвана ли эта устойчивость их термодинамической стабильностью или большей склонностью к переходу в пассивное состояние. Например, поверхность сплава цинк - никель (18 % никеля) в процессе хранения в коррозионной среде постепенно обогащается атомами никеля.

Помимо субмикронеоднородностей, вызываемых разнородностью атомов в сплаве, существует еще энергетическая неоднородность атомов в различных точках кристаллической решетки. Наибольшей энергией обладают атомы, находящиеся на углах грани и связанные только с тремя соседними атомами, которые и будут служить центром активного растворения атомов сплава.

Тщательность обработки поверхности, шлифовка, полировка повышают устойчивость против коррозии. Это объясняется образованием на гладкой поверхности более совершенных, плотных пассивирующихся оксидных пленок. В условиях атмосферной коррозии большая устойчивость полированных поверхностей металла в значительной степени определяется тем, что на таких поверхностях менее вероятна конденсация влаги по сравнению с шероховатыми.

Внешние факторы коррозии

К внешним факторам электрохимической коррозии металлов относятся: состав коррозионной среды, ее кислотность, температура, скорость движения жидкости, ингибиторы и стимуляторы коррозии и др.

Влияние кислотности среды

Влияние концентрации ионов водорода в коррозионной среде на скорость коррозии металлов определяется или их непосредственным участием в электродном процессе, или их способностью влиять на растворимость продуктов коррозии, или возможностью образовывать защитные оксидные пленки при изменении рН раствора. Увеличение концентрации ионов водорода влияет на скорость коррозии особенно сильно в том случае, когда процесс коррозии контролируется не диффузионными стадиями, а процессом разряда ионов водорода.

Скорость коррозии железа зависит от рН раствора (рис. 1.2, кривая 1). В области значений рН от 4 до 10 скорость коррозии не зависит от концентрации водородных ионов. В этом интервале рН скорость коррозии железа в неперемешиваемых электролитах определяется скоростью диффузии кислорода к поверхности металла. В указанной области поверхность железа находится в контакте со щелочным раствором, насыщенным гидратированным гидроксидом железа (II), рН которого составляет 9,5. В кислой области (рН<4) пленка гидроксида железа растворяется; катодным процессом является восстановление ионов водорода, вследствие чего происходит ускоренное растворение железа. При рН>10 скорость коррозии снижается в результате пассивации железа в щелочных растворах, а затем при рН>13 наступает некоторое увеличение скорости коррозии из-за растворения пассивной оксидной пленки на железе в концентрированной щелочи. Каждый металл характеризуется определённой зависимостью скорости коррозии от Рн раствора (рис. 1.2).

Независимость скорости коррозии благородных металлов (платина, золото, серебро), устойчивых и в кислых, и в щелочных средах, от рН выражается прямой 2, параллельной оси абсцисс. Цинк и алюминий неустойчивы и в кислотах, и в щелочах. В кислотах образуются катионы Zn2+ и А13+, а в щелочах - анионы ZnO22- и AlO21-, поэтому на кривой 3 наблюдаются подъемы в кислой и щелочной областях. Никель и кадмий устойчивы в нейтральном и щелочном растворах и корродируют в кислом (кривая 4). Подобные зависимости скорости коррозии имеют место при отсутствии окислителей и других ионов, образующих защитные слои на металлах.

Влияние состава и концентрации нейтральных растворов

Коррозия большинства металлов в нейтральных растворах протекает с кислородной деполяризацией, и ее скорость сильно зависит от скорости протекания катодной реакции ионизации кислорода и подвода кислорода к корродирующей поверхности металла.

Скорость электрохимической коррозии металлов в растворах солей зависит от природы соли и ее концентрации. Водные растворы гидролизующихся солей влияют на скорость коррозионного процесса увеличением рН раствора (например карбонат натрия) или уменьшением его (например хлорид аммония). Некоторые соли могут образовывать с первичным катодным или анодным продуктом коррозии металла пленку труднорастворимого соединения (например пленки фосфорнокислого железа на железе в растворах фосфорнокислой соли), что приводит к снижению скорости коррозии. Растворы солей, обладающих окислительными свойствами, повышают скорость электрохимической коррозии металлов, если эти соли являются катодными деполяризаторами, но если они пассивируют металл, то скорость коррозии значительно снижается. Анионы ряда солей разрушают пленку, что приводит к повышению скорости коррозии.

Если в растворе присутствуют хлориды или сульфаты, то скорость коррозии до некоторой концентрации соли в растворе возрастает, а затем постепенно уменьшается (рис. 1.3).

При введении в воду небольших количеств хлоридов наблюдается увеличение скорости коррозии, что объясняется активирующим действием ионов хлора на анодный процесс. Последующее снижение коррозии стали объясняется уменьшением растворимости кислорода, являющегося катодным

деполяризатором, с повышением концентрации соли в растворе. Ионы, присутствующие в коррозионной среде, подразделяются на активаторы и ингибиторы (замедлители) коррозии. Ионы-активаторы бывают анионного и катионного типов. Анионы-активаторы (Cl−, Br−, F−) разрушают пассивную пленку или препятствуют ее возникновению, а также облегчают ионизацию металла, связывая ионы металла в комплексы.

Катионы-активаторы - это ионы металлов, имеющих переменную валентность, например ионы двух- и трехвалентного железа. Эти ионы, имея

высшую степень окисления, участвуют в катодном процессе, принимая электроны:

а имея низшую степень окисления, могут взаимодействовать с деполяризатором, например, с кислородом:

Растворимость ионов металлов в агрессивной среде значительная, поэтому они могут существенно ускорять катодный процесс.

Вещества, добавление которых в раствор в относительно небольших количествах приводит к значительному снижению скорости коррозии, называются ингибиторами или замедлителями коррозии. Замедлители коррозии нашли широкое применение в химической промышленности, в системах, работающих с малообновляемым объемом раствора (системы охлаждения, паровые котлы), при травлении окалины на металлах, при межоперационной защите металлических изделий и их консервации.

По механизму действия на электрохимические процессы ингибиторы делятся на анодные, катодные, экранирующие, т. е. изолирующие активную поверхность металла. По условиям применения их можно разделить на ингибиторы для растворов и летучие ингибиторы для защиты изделий от воздействия атмосферной коррозии. Механизм защитного действия большинства ингибиторов заключается в их адсорбции на корродирующей поверхности и последующем торможении катодных или анодных процессов.

К анодным замедлителям, в первую очередь, относятся замедлители окисляющего действия. При этом на аноде образуется пассивная пленка, способствующая снижению скорости коррозии. Примером анодных ингибиторов могут служить бихроматы, хроматы, нитраты, нитриты. Нитраты широко применяются в качестве ингибиторов в паровых котлах, нитриты - в машиностроении при межоперационной защите стальных деталей от коррозии.

Наряду с окислителями тормозить анодный процесс могут замедлители вторичного действия, образующие на поверхности металла пассивные пленки. Пленка образуется при взаимодействии ионов растворяющегося металла с замедлителем на корродирующей поверхности металла и тормозит, главным образом, анодный процесс. К подобным замедлителям можно отнести гидроксид и карбонат натрия.

При недостаточном содержании в растворе анодных ингибиторов они могут вызывать ускорение коррозии. В малых количествах анодные ингибиторы только частично пассивируют поверхность, но в то же время являются эффективными деполяризаторами катодного процесса. Вследствие этого происходит увеличение скорости коррозии. Поэтому при использовании анодных ингибиторов необходимо определить сначала их минимальную защитную концентрацию.

Катодные замедлители уменьшают скорость коррозии благодаря снижению эффективности катодного процесса или уменьшению площади катодов.

По характеру действия они различны.

Действие катодных замедлителей-поглотителей кислорода основано на уменьшении содержания кислорода в растворе и, следовательно, на снижении скорости катодного процесса с кислородной деполяризацией. Например:

SO3 +1/2О2 = Na2SО4.

Катодные замедлители, экранирующие катодные участки, образуют в условиях подщелачивания прикатодного пространства малорастворимые соединения:

Са(HCО3)2 + NaOH = СаСОз↓ + NaHCO3 + H2O;

ZnSO4 + 2NaOH = Zn(OH)2↓+ Na2SO4.

Выделяющиеся на катоде малорастворимые осадки карбоната кальция или гидроксида цинка экранируют металл, уменьшая тем самым эффективность катодного процесса.

Катодными замедлителями, повышающими перенапряжение катодного процесса, являются катионы солей некоторых тяжелых металлов: хлорид мышьяка, сульфат висмута и др. Катионы этих солей восстанавливаются на катоде в виде мышьяка или висмута, вследствие чего значительно повышается перенапряжение выделения водорода, т. е. данные ингибиторы замедляют только коррозию с водородной деполяризацией.

Скорость движения агрессивной среды в значительной степени определяет коррозионное поведение металлов. С увеличением скорости движения водопроводной воды, не содержащей значительных количеств солей, сначала происходит повышение скорости коррозии железа и стали из-за увеличения подвода кислорода к микрокатодам поверхности (рис. 1.4, кривая 1).

Последующее снижение скорости коррозии при достаточно быстром течении воды объясняется тем, что обилие кислорода приводит к пассивации анодных участков (кислород выступает как замедлитель коррозии). Наконец, при очень больших скоростях движения воды снова наблюдается увеличение скорости коррозии металла вследствие эрозии, т. е. механического разрушения защитных пленок или даже структуры самого металла. При наличии в растворе значительного количества активных анионов пассивация может не наступить, т. е. происходит постоянное возрастание скорости коррозии металла с увеличением скорости движения коррозионной среды, например в морской воде (рис. 1.4, кривая 2).

С повышением температуры скорость электрохимической коррозии, как правило, возрастает. Однако зависимость скорости коррозии от температуры довольно сложная, так как при этом приходится учитывать уменьшение растворимости кислорода с повышением температуры, изменение структуры образующихся продуктов коррозии, возникновение термогальванических микрокоррозионных элементов, влияние температуры на изменения значений потенциалов для различных металлов.

Так как многие химические процессы протекают при повышенных давлениях, то важно установить влияние давления на скорость коррозии. Повышение давления увеличивает скорость коррозии металлов с кислородной деполяризацией, так как растворимость кислорода возрастает пропорционально повышению давления в газовой фазе. Скорость коррозии металлов с водородной деполяризацией практически не изменяется.

Влияние конструктивных особенностей аппаратов на коррозионный процесс

Конструкция аппаратов оказывает существенное влияние на коррозионный процесс. Застойные зоны, концентрации механических и термических напряжений, контакт разнородных металлов и другие особенности аппаратов способствуют электрохимической коррозии. В связи с этим при конструировании необходимо учитывать следующие моменты:

Контакт разнородных металлов. Чем больше различие в величине электродных потенциалов контактируемых металлов, тем выше коррозионный ток. Необходимо подбирать металлы, имеющие незначительную разницу в величине электродных потенциалов, или изолировать места их соприкосновения.

Чистота обработки поверхности металлов. Полированная поверхность меньше корродирует, чем грубо обработанная. При наличии участков поверхности, имеющих различную обработку, могут возникнуть короткозамкнутые гальванические элементы.

Распределение температуры. Большая разница температур на различных участках аппарата (например теплообменника) приводит к образованию термогальванических элементов, увеличивающих электрохимическую гетерогенность корродирующей поверхности. Следствием этого является повышение скорости коррозии. Для выравнивания температуры необходимо интенсивно перемешивать растворы.

Распределение механических напряжений. При наличии в металле остаточных внутренних напряжений или приложенных извне механических нагрузок могут образовываться гальванические элементы на поверхности металла. При этом на участках, подверженных действию наибольших напряжений, появляются коррозионные микротрещины (растрескивание). Особенно большие напряжения возникают в местах сварки. Для уменьшения напряжений необходимо производить отжиг деталей или узлов аппаратов.

Наличие щелей, зазоров и застойных зон. Очень опасными в коррозионном отношении являются щели и зазоры, в которых может накапливаться влага или коррозионный раствор, что приводит к сильной местной коррозии вследствие неравномерной аэрации (доступа кислорода) участков поверхности. В застойных зонах значения рН раствора могут быть совершенно иными, чем в объеме раствора; в них накапливаются продукты коррозии металла, что приводит к увеличению коррозии [9].

Влияние механических факторов на коррозионный процесс

Металлические конструкции в процессе эксплуатации часто подвергаются разрушению при одновременном воздействии коррозионной среды и механических напряжений. По своему происхождению механические напряжения могут быть внутренними, возникающими в результате деформации или термообработки металла, или внешними, вызванными приложенными извне нагрузками (постоянными пли переменными). Кроме того, металл может подвергаться истирающему или кавитационному воздействию.

Скорость коррозии металлических изделий в агрессивных средах при одновременном механическом воздействии на конструкцию значительно выше, чем при отсутствии этого воздействия. В зависимости от характера механического воздействия различают следующие типы коррозии: коррозионное растрескивание - местное разрушение металла при одновременном воздействии на металл растягивающих напряжений и коррозионной среды; коррозионная усталость - разрушение при одновременном воздействии на металл агрессивной среды и знакопеременных напряжений; коррозия при трении - разрушение металла в результате механического истирающего воздействия на металл другого металла при наличии коррозионной среды или непосредственного воздействия самой жидкой или газообразной коррозионной среды на металл; коррозионная кавитация - механическое ударное воздействие самой агрессивной коррозионной среды.

Коррозионное растрескивание металлов

При наложении механических напряжений происходит понижение термодинамической устойчивости металла. На скорость коррозии металлов сплавов в напряженном состоянии оказывают влияние величина механических напряжений, характер катодного процесса, природа анионов.

В кислых средах при приложении растягивающих напряжений скорости коррозии сталей увеличивается. На степень увеличения скорости коррозии с водородной деполяризацией оказывает влияние природа аниона. Например, в

серной кислоте с добавкой хлорида натрия при приложении растягивающих напряжений скорость коррозии стали увеличивается в большей степени, чем в растворе чистой серной кислоты.

Наблюдаемую закономерность связывают с торможением адсорбции поверхностно-активных анионов на поверхности стали при приложении растягивающих напряжений в упругой области. При введении в раствор серной кислоты анионов хлора скорость коррозии ненапряженной стали, за счет адсорбции анионов Cl−, понижается. При применении растягивающих напряжений изгибом в упругой области адсорбция анионов Cl- тормозится, в результате чего общая скорость коррозии увеличивается.

При коррозии с кислородной деполяризацией влияние растягивающих напряжений на скорость коррозии в значительной степени зависит от соотношения силы коррозионного тока и предельного диффузионного тока по кислороду. Если скорость коррозии напряженного металла лимитируется скоростью диффузии кислорода, приложение растягивающих напряжений хотя и облегчает анодный процесс, однако не приводит к существенному увеличению скорости коррозии напряженной стали. Если же скорость коррозии напряженного металла существенно меньше предельного диффузионного тока, то приложение растягивающих напряжений вызывает увеличение скорости коррозии напряженной стали.

Постоянные растрескивающие напряжения (внешние или внутренние) увеличивают скорость общей коррозии металла примерно пропорционально их величине. При этом происходит, главным образом, местная коррозия или коррозионное растрескивание. Коррозионное растрескивание металлов при одновременном воздействии агрессивной коррозионной среды и растягивающих напряжений характеризуется образованием трещин в плоскостях, перпендикулярных направлению растягивающих напряжений. Коррозионному растрескиванию подвержены многие металлы: щелочная хрупкость металла паровых котлов, растрескивание некоторых коррозионностойких, например, хромоникелевых, сталей.

Коррозионно-механические трещины постепенно зарождаются на металлической поверхности под влиянием локализации анодного процесса и растягивающих напряжений на отдельных ее участках (например царапины, риски от обработки, дефекты защитной пленки и др.). Развитие коррозионных трещин происходит в результате действия трех факторов: электрохимического - из-за неоднородности структуры поверхности металла (дефекты защитных пленок являются активными анодами); механического - неравномерность напряжений приводит к электрохимической неоднородности; адсорбционного - образование трещин в поверхностном слое металла облегчается под расклинивающим воздействием адсорбирующихся из раствора поверхностно-активных веществ.

При коррозионном растрескивании металла можно выделить три основных периода в разрушении металла.

Инкубационный период - это процесс постепенного образования на поверхности металла микрокоррозионных трещин под воздействием коррозионной среды и локализации растягивающих напряжений. Наиболее благоприятными условиями для зарождения микротрещин являются такие, при которых и растягивающие напряжения, и коррозионный процесс локализуются на отдельных участках поверхности металла. В сильно агрессивных средах, вызывающих равномерную общую коррозию, вероятность коррозионного растрескивания гораздо меньше, чем в средах, которые вызывают местное разрушение металла (азотнокислые соли и щелочи для углеродистых сталей).

Развитие коррозионной трещины происходит при совместном действии коррозионной среды и растягивающих напряжений в металле. Рост трещины можно рассматривать как непрерывный электрохимический процесс, в значительной степени ускоряемый наложенными напряжениями растяжения (рис. 1.5) [8].

На боковой поверхности трещины образуется оксидная пленка продуктов коррозии. Острая часть трещины, развивающаяся под воздействием концентрирующихся на этом участке напряжений растяжения, постоянно обновляется, поэтому не защищена оксидными пленками. Возникает коррозионная пара, катодом которой служит вся боковая поверхность трещины, а анодом - острие трещины.

Коррозионная пара очень эффективна, так как и катод, и анод практически полностью неполяризуемы. Незначительная поляризуемость катода объясняется тем, что площадь его велика по сравнению с анодом. Отсутствие поляризуемости анода, несмотря на его очень малую площадь, вызвано постоянным появлением новых активных участков на поверхности металла. В таких условиях могут возникать высокие линейные скорости роста трещины от 1 до 10 мм/ч.

Конечное разрушение металла наступает, когда, вследствие все большей локализации напряжений, одна из трещин начинает ускорять свой рост во времени, а рост других трещин замедляется. Конечное разрушение металла происходит при преимущественном влиянии механического фактора.

На коррозионное растрескивание также оказывает влияние адсорбция, уменьшающая поверхностную энергию металла в вершинах трещин, что создает дополнительные условия для разрыва растягивающими напряжениями.

Коррозионная усталость металлов

Переменные напряжения (растягивающие), в том числе и знакопеременные, как известно, вызывают явление усталости металлов. Если переменные напряжения превышают величину предела усталости металла, то через некоторое число циклов переменных нагружений развиваются трещины усталости, и деталь разрушается (рис. 1.6, кривая 1). Ниже предела усталости металл не разрушается даже при очень большом числе циклов.

Многие детали машин подвергаются одновременному воздействию переменных напряжений и коррозионной среды, что сильно снижает коррозионную стойкость металла. Разрушение металла под действием коррозионноактивной среды и знакопеременных напряжений называется коррозионной усталостью металла. При коррозионной усталости наблюдается снижение предела усталости по сравнению с пределом усталости в отсутствие коррозионной среды. Механизм разрушения металла в условиях возникновения коррозионной усталости остается в основном тот же, что и при коррозионном растрескивании, но, естественно, должен относиться к периодам действия растягивающих напряжений. На рис. 1.6 показана зависимость величины приложенных знакопеременных напряжений от числа циклов до разрушения стали без воздействия (кривая 1) и при воздействии коррозионной среды (кривая 2).

Коррозионно-усталостная прочность металлов и сплавов (таблица 1.1) существенно зависит от их состава. Данные в таблице приведены для числа циклов 5·107.

От коррозионной усталости сильно страдают валы гребных пароходных винтов, оси и штоки насосов, лопатки турбин, рессоры и т. д. Переменные напряжения не вызывают усиления общей коррозии, но приводят к появлению сетки микротрещин, переходящих в крупную трещину коррозионной усталости, что ускоряет разрушение деталей.

Таблица 1.1.

Коррозия металлов при трении

Коррозией при трении называют механическое истирающее воздействие на металл другого твердого тела при наличии коррозионной среды или непосредственное воздействие на металл самой жидкой или газовой коррозионной среды. Коррозия при трении представляет собой два сопряженных процесса: электрохимическое или химическое взаимодействие металла с агрессивной средой и механический процесс износа поверхности защитных пленок и самого металла.

Стойкость металлов к коррозии при трении в значительной степени зависит от их коррозионной стойкости. В жидкости износ стали меньше, чем на воздухе. Это обусловлено тем, что жидкость является смазкой.

Коррозия металлов при кавитационном воздействии

Коррозионной кавитацией называют разрушение металла в результате механического переменного воздействия агрессивной среды на металл. При определенных гидродинамических условиях нарушается сплошность движущегося потока жидкости и образуются вакуумные пузыри. Затем пузыри сокращаются и исчезают. Такое явление в жидкости называется кавитацией.

При быстром заполнении жидкостью образовавшихся пузырей поверхность металла подвергается гидравлическим ударам, которые создают пульсирующие напряжения и разрушают металл. Этот вид коррозии приводит к образованию местных глубоких язв на перемешивающих устройствах в химических аппаратах и т.д [7].

.4 ВЫВОДЫ

Анализ данной литературы показал, что наиболее характерными в хлебопекарной промышленности агрессивные среды:

а) с повышенной температурой;

б) с содержанием комплекса органических кислот, что приводит к различным видам коррозионно-механического разрушения оборудования отрасли:

равномерной коррозии;

местной коррозии;

На коррозионно-механическое разрушение деталей оборудования отрасли влияют факторы, ускоряющие данный процесс, а именно:

а) депассивация металла;

б) рН среды;

в) температура и давление среды.

2. РАЗРАБОТКА АНТИКОРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫ ОБОРУДОВАНИЯ ОТРАСЛИ

В процессе эксплуатации химического оборудования металлы подвергаются коррозионному разрушению, что приводит к его преждевременному выходу из строя. На скорость коррозии оказывают существенное влияние материал, из которого изготовлено оборудование, его конструкционные особенности, природа агрессивной среды и условия эксплуатации. Для повышения долговечности и надежности вновь проектируемых аппаратов и изделий необходимо правильно выбрать материал для изготовления узлов и деталей и наиболее эффективную защиту от коррозии.

Коррозию металлов можно замедлить изменением их стационарных потенциалов, пассивированием, нанесением защитных покрытий, снижением концентрации окислителя в коррозионной среде, изоляцией поверхности металла от окислителя и т. д. При разработке методов защиты от коррозии используют различные способы снижения скорости коррозии, которые выбираются в зависимости от характера коррозии и условий ее протекания. Выбор того или иного способа определяется его эффективностью, а также экономической целесообразностью. Методы защиты металлов от коррозии различаются по механизму защитного действия и по способу применения защиты.

По механизму защитного действия методы защиты металлов от электрохимической коррозии можно разделить на следующие:

методы, тормозящие преимущественно катодный процесс (применение катодных ингибиторов, уменьшение концентрации катодных деполяризаторов в растворе, применение электрохимической катодной защиты, снижение катодных включений в сплаве);

методы, тормозящие преимущественно анодный процесс (применение анодных ингибиторов или пассиваторов, легирование сплава с целью повышения пассивности, применение анодной электрохимической защиты);

методы, увеличивающие омическое сопротивление системы (применение изоляционных прокладок между катодными и анодными участками системы);

методы, снижающие термодинамическую нестабильность коррозионной системы (покрытие активного металла сплошным слоем термодинамически устойчивого металла, легирование термодинамически нестабильного металла значительным количеством стабильного компонента, полная изоляция металла от коррозионной среды);

смешанные методы, т.е. методы, тормозящие одновременно несколько стадий коррозионного процесса.

Наиболее эффективным методом защиты металлов от коррозии обычно является метод, который преимущественно тормозит основную контролирующую стадию данного электрохимического коррозионного процесса.

Применение методов защиты, уменьшающих степень термодинамической неустойчивости системы, всегда в той или иной степени будет способствовать понижению скорости коррозионного процесса.

При параллельном применении нескольких методов защиты металлов от коррозии, как правило, легче достичь более полной защиты, если все эти методы действуют преимущественно на основную контролирующую стадию электрохимического коррозионного процесса. Например, при уменьшении коррозии металла добавлением анодных ингибиторов (пассиваторов) усиление эффекта защиты будет достигаться также введением катодных присадок в сплав или дополнительной анодной поляризацией.

По способу применения все методы защиты металлов от коррозии подразделяются на несколько групп.

Металлические защитные покрытия

Роль защиты от коррозии сводится к повышению термодинамической устойчивости металла и к изоляции изделия от коррозионной среды.

По методу нанесения металлические защитные покрытия подразделяются на горячедиффузионные и гальванические покрытия.

К горячедиффузионным покрытиям относятся покрытия, наносимые механо-физическими методами и основанные на взаимодействии металла изделия с покрываемым металлом, который находится в виде расплава, паров солей или в виде листов.

К этой группе относятся: горячее, диффузионное, металлизационное и плакировочное покрытия.

К гальваническим покрытиям относятся покрытия, наносимые электрохимическим методом.

Неметаллические покрытия

Защитные свойства неметаллических покрытий сводятся к изоляции защищаемого изделия от коррозионной среды. К неметаллическим покрытиям относятся:

неорганические покрытия (оксидные, фосфатные, эмалевые покрытия);

органические покрытия (лакокрасочные, битумные покрытия и поли- мерные пленки).

Коррозионностойкие материалы

Легирование железа такими металлами, как никель, хром, марганец, кремний, алюминий, молибден, вольфрам, позволяет повысить коррозионную устойчивость металла за счет образования на его поверхности коррозионностойкой оксидной пленки.

По составу сплавы железа подразделяются на низколегированные (до двух процентов легирующих компонентов) и высоколегированные, когда железо легируют одним или несколькими легирующими компонентами (общее содержание легирующих компонентов свыше 15%), например нержавеющая сталь 12Х18Н10Т. Сюда следует также отнести неметаллические конструкционные материалы.

Обработка коррозионной среды

Применяют два основных метода защиты: удаление из раствора агрессивных агентов, которые ускоряют коррозионный процесс, и применение ингибиторов коррозии, которые снижают действие агрессивных агентов.

В первом случае удаляют из агрессивной среды деполяризатор при работе коррозионного элемента. Например, кипячением удаляют из раствора кислород, что приводит к снижению скорости коррозии с кислородной деполяризацией.

Ингибиторы (замедлители коррозии) по механизму действия подразделяются на катодные, анодные и смешанные. Механизм защитного действия ингибиторов заключается в адсорбции ингибитора на корродирующей поверхности с последующим торможением катодных или анодных процессов коррозионного элемента.

Электрохимическая защита

Она подразделяется на протекторную, катодную, анодную и дренажную. Такая защита широко применяется для защиты подземных и подводных сооружений.

Комплексная электрохимическая защита

При такой защите применяются два и более методов защиты от коррозии, что способствует более высокой степени защиты изделий от коррозии, например защитное покрытие плюс катодная защита; защитное покрытие плюс катодная защита плюс обработка грунта и др.

Выбор метода защиты оборудования от коррозии обусловливается степенью агрессивности рабочих компонентов, а также внешними условиями, т.е. степенью агрессивности среды, в которой находится аппарат или машина [10].

2.1 ВЫБОР КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ МАТЕРИАЛОВ

Многообразие физических и химических процессов требует расширенного ассортимента конструкционных материалов в химическом машиностроении. В настоящее время для -изготовления химических аппаратов применяются различные металлы и сплавы. Наибольшее применение нашли стали: углеродистые, хромистые, хромоникелевые, хромомарганцевые, хромоникельмолибденовые, высоколегированные аустенитные, корозионностойкие сплавы на никелевой основе, сплавы титана с молибденом, палладием, сплавы на основе свинца и меди и др. В последние годы разработан метод получения хромистых сталей с пониженным содержанием углерода, хромомарганцовистых сталей с пониженным содержанием никеля (до 4%) или совсем не содержащих никеля.

Также в химическом машиностроении нашли применение неметаллические материалы на органической основе (пластмассы, углеграфитовые материалы каучуки, резины и др.), и неорганической основе (природные кислотоупорные, искусственные плавленные силикатные, керамические и др.).

Под понятием коррозионностойкие металлы и сплавы понимают конструкционные материалы, которые в агрессивных коррозионных средах обладают достаточной коррозионной стойкостью и жаростойкостью и могут

быть использованы без специальных средств противокоррозионной защиты.

При этом коррозионная стойкость конструкционного материала заключается не только в сохранении его основной массы, но и выполнении функциональных нагрузок самой металлической конструкцией [6].

Коррозионностойкое легирование металлов

Теория коррозионностойкого легирования металлов, устойчивых к электрохимической коррозии, основывается на учении о контролирующих факторах коррозии - омическом, катодном и анодном торможении процесса коррозии. На основе этих факторов разработаны три направления повышения коррозионной устойчивости сплавов:

. Создание сплавов, образующих более совершенный защитный слой продуктов коррозии на своей поверхности. В металл вводят компоненты, способствующие образованию плотной защитной пленки на поверхности металла. Торможение коррозии достигается как за счет увеличения омического сопротивления, так и за счет экранирующего слоя, тормозящего доставку к металлической поверхности веществ, необходимых для протекания катодного процесса или удаление продуктов электродной реакции. Например, при легировании железа медью наступает пассивное состояние железа, но этот метод имеет ограниченное применение, так как при электрохимической коррозии трудно достичь полного экранирования поверхности.

. Уменьшение катодной активности металлов. Защитные свойства металлов повышаются вследствие уменьшения площади микрокатодов или увеличения перенапряжения выделения водорода на микрокатодах, т. е. происходит торможение катодного процесса. При легировании железа сурьмой, висмутом, мышьяком увеличивается перенапряжение выделения водорода

. Снижение анодной активности металлов. Защитные свойства металлов повышаются в результате уменьшения активности анодной фазы путем введения компонентов, повышающих или термодинамическую устойчивость сплава, или его пассивность. Повышение коррозионной стойкости, например, стали, достигается легированием ее хромом, хромом и никелем, хромом, никелем и небольшими добавками палладия.

Жаростойкое легирование металлов

Жаростойкими называют сплавы, обладающие способностью сопротивляться химическому воздействию окислительных газов при высоких температурах. Если детали машин и аппаратов, используемые при высоких температурах, подвергаются механическому воздействию, то металл должен обладать и жаропрочными свойствами.

При жаростойком легировании на поверхности сплава образуется защитная оксидная пленка легирующего компонента, затрудняющая диффузию реагентов и окисление основного металла. Оксидная пленка легирующего элемента должна быть сплошной, т. е. ее объем должен быть больше объема металла, из которого она образована. Чтобы препятствовать встречной диффузии ионов металла, электронов и ионов кислорода, оксидная пленка должна иметь высокое электрическое сопротивление. Размер ионов легирующего компонента меньше, чем размер ионов основного металла, что облегчает диффузию легирующего компонента на поверхность сплава, где образуется оксидная пленка. При этом кристаллическая решетка легирующего компонента с меньшими параметрами препятствует диффузии основного металла. Оксид легирующего компонента должен иметь высокие температуры плавления и возгонки и не образовывать низкоплавких эвтектик в смеси с другими оксидами. С основным металлом легирующий компонент образует твердый раствор, необходимый для равномерного распределения его в металле и создания оксидной пленки на всей поверхности сплава.

В табл. 2.1. приведены основные коррозионностойкие стали, применяемые в химической и нефтехимической промышленности.

Таблица 2.1.

По существующему стандарту легирующие компоненты стали обозначаются следующим образом: Cr - X, Ni - H, Mo - M, Cu - Д, Si - C, Mn - Г, Al - Ю, V - Ф, Ti - T, Nb - Б, N2 - A. Цифра после обозначения легирующего компонента означает его содержание в %, а цифра перед маркой стали - содержание углерода (%), увеличенное в 100 раз.

Алюминий и его сплавы

Алюминий имеет достаточно высокую устойчивость в воде, нейтральных и слабокислых растворах, а также в атмосфере вследствие большой склонности к пассивации. Не только кислород воздуха или кислород, растворенный в воде, но и сама вода являются по отношению к алюминию пассиваторами. Пассивная пленка на алюминии (в отличие от титана) довольно легко разрушается под воздействием Cl-, Br-, F-, I-ионов, особенно в подкисленных растворах, а окислительные ионы типа хроматов или бихроматов, а также растворимые соли кремниевой кислоты и фторосиликаты являются сильными замедлителями коррозии алюминия. В HNO3 с повышением ее концентрации стойкость алюминия увеличивается. Это позволяет рассматривать алюминий как один из лучших материалов для хранения и транспортирования концентрированной HNO3. По стойкости он даже превосходит хромоникелевую сталь - это объясняется несклонностью алюминия к перепассивации [11], [4].

.2 ВЫБОР ХИМИЧЕСКИ-СТОЙКИХ НЕМЕТАЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

ФТОРЭПОКСИДНОЕ ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ ФЛК-3  ТУ 2412-002-54226479-2002 с доп. № 1 (взамен ТУ 2412-002-39495549-98)

Фторэпоксидное покрытие ФЛК-3 предназначено для длительной антикоррозионной защиты от воздействия агрессивных сред:

технологического оборудования в химической и пищевой промышленности;

систем питьевого холодного и горячего водоснабжения;

ёмкостей и трубопроводов, предназначенных для хранения и перекачки спирта, вино-водочных смесей, пива и безалкогольных напитков.

Покрытие ФЛК-3 имеет сертификат на применение для защиты стали 3 от воздействия соляной кислоты.

Покрытие ФЛК-3 имеет санитарно-эпидемиологическое заключение для применения в качестве долговременного защитного покрытия металлических и бетонных поверхностей от воздействия атмосферы и агрессивных сред, в том числе для защиты ёмкостей и трубопроводов, предназначенных для хранения и перекачки спирта, вино-водочных смесей, пива и безалкогольных напитков, а также для систем питьевого горячего и холодного водоснабжения.

Покрытие ФЛК-3 обладает высокими защитными свойствами по отношению к углеродистой стали при переменном воздействии прямогонного сернистого бензина и кипящей воды (заключение ОАО «ВНИИНефтехим»).

Таблица 2.2. Химическая стойкость покрытия

Таблица 2.3. Технические характеристики

*Верхний температурный предел эксплуатации покрытия в различных средах зависит от состава агрессивной среды.

Фторэпоксидное покрытие ФЛК-3 относится по ГОСТ 12.1.044-89 к трудногорючим материалам с умеренной дымообразующей способностью (группа Д2); не токсично.

Технология изготовления композиции допускает введение наполнителей и пигментов.

Покрытие ФЛК-3 не содержит растворителя, наносится кистью, валиком или безвоздушным распылением на очищенную поверхность в 1-2 слоя; возможно добавление 5-7% растворителя. Допустима подготовка поверхности без абразивоструйной обработки (при эксплуатации покрытия до 60оС), в этом случае для металлических поверхностей необходимо использовать грунтовку ЭП-0199.

Расход композиции составляет 200 - 450 г на 1 м2.

Покрытие отверждается при комнатной температуре. До начала эксплуатации в высокоагрессивных средах рекомендуется выдержать покрытие в течение 18-24 часов при 20оС, а затем 4-6 часов при 60-70оС.

Примечание: При выборе защитного покрытия следует принять во внимание, что при одинаковых условиях эксплуатации срок службы покрытия ФЛК-2 существенно превысит срок службы покрытия ФЛК-3. К тому же, за счёт лучших эксплутационных показателей (физико-механические свойства, химическая агрессивостойкость), вероятность случайного повреждения покрытия ФЛК-2 существенно уменьшается.

.3 ВЫБОР МОДИФИКАТОРОВ ПРОДУКТОВ КОРРОЗИИ

При защите оборудования хлебопекарной промышленности от коррозии особый интерес представляют способы подготовки поверхности без удаления продуктов коррозии.

При подготовке металлических поверхностей без удаления продуктов коррозии применяется в основном три вида обработки: пропитка ржавчины (рыбьим жиром, алкидными смолами на основе рыбьих жиров, фенольными смолами и др.); стабилизация ржавчины; преобразование ржавчины.

Пропитки подвергают твердые, плотные адгезионно прочно связанные с основным металлом слоя ржавчины. Благодаря пропитке слои продуктов коррозии уплотняются, повышается их влагопроницаемость.

Стабилизация ржавчины основана на переводе оксидов и гидроксидов железа в гематит (Ре зОд) и магнетит (Ре3 О4). Наибольшее распространение получили преобразователи ржавчины, превращающие гидратированные оксиды железа в прочно сцепленные с основным металлом слои, являющиеся основой для нанесения защитных лакокрасочных и полимерных композиций.

Модификаторы ржавчины, выпускаемые отечественной промышленностью, можно разделить в основном на две группы:

на основе кислот (ортофосфорной и до.) с различными комплексооб-разующими добавками;

на основе пленкообразующей (синтетических и природных) с добавками, образующими нерастворимые комплексы с продуктами коррозии железа.

Преобразователи ржавчины на основе кислот представляют собой раствор на основе ортофосфорной (ОФК), щавелевой, винной, салициловой и других кислот. При взаимодействии с продуктами коррозии они образуют труднорастворимые соединения. Преобразователями данной группы являются:

состав на основе раствора ОФК с комплексообразующими добавками в виде ферроцианида калия;

кислотные преобразователи ржавчины из 9 мае.ч. 40%-ной ОФК и 1 мас.ч. цинка (разработан НПО «Лакокраспокрытие»);

Перекись водорода Н2О2 ПО мг/кг обладает хорошим преобразующим эффектом, по отношению к продуктам коррозии, образующихся на стали марки 20.

Грунтовки - преобразователи ржавчины (ГПР), содержащие в своем составе пленкообразующие полимеры, при нанесении на ржавые металлические поверхности образуют пленки, обладающие одновременно преобразующим и защитным эффектом. Преобразующий эффект обеспечивается ортофосфорной кислотой и комплексопреобразователями, защитный эффект создают полимеры, пигменты, растворители, ПАВ. Наибольшее распространение из группы грунтовок-преобразователей получили Э-ВА-0112, Э-ВА-01 ГИСИ (Э-ВА-013 ЖТ).

Для защиты ржавых металлоконструкций используются грунт-стабилизатор ЭПГС и эпоксидная шпаклевка ЭП-0010. При этом скорость коррозии снижается в 2-3 раза по сравнению с хлорвиниловыми покрытиями, нанесенными на ржавую поверхность.

Ингибированные преобразователи ржавчины (№ 444, ФПР-2 и др.) в отличие от обычных преобразователей ржавчины содержат в своем составе рационально подобранны смеси ингибиторов коррозии, в которых максимально проявляется эффект синергизма (усилении защитного действия).

Характерными представителями ингибированных преобразователей ржавчины являются:

состав № 444, обладающий хорошими технологическими свойствами, нетоксичностью, экономичностью, состоящий: 60 г/л фосфорной кислоты, 25 л/л оксида цинка; гексаметафосфат Ка 0,01 г/л;

гипофосфат кальция 0,1 г/л; танина 1 г/л; метафосфата натрия 10 г/л; бура 0,1 г/л; грунтовка-преобразователь ФПР-2, состоящий из следующих компонентов (в мае.ч.), латекс сополимера бутадиена и 2 - метил - 5 - ви-нилпиридина (9:1) ДМ ВП-10Х (28%-ный) 64,2;

ФК (85%) 17,5; ПАВ ОП-7 (стабилизатор) 2,5;

оксиэтилцеллюлоза (загуститель) 0,3; оксид хрома (пигмент) 15,5.

Также одним из эффективных ингибиторов коррозии сталей в кислых средах является лигнин - основной компонент преобразователей ржавчины ПРЛ-6, порошковый преобразователь ржавчины (ППР).

Высокими физико-механическими свойствами, химической стойкостью, инертностью к пищевым средам обладает защитное покрытие ЭВА-01 ГИСИ (как преобразователь ржавчины) совместно с эпоксиполиамидной эмалью холодного утверждения ЭП-793 «ОНУ».

Применение преобразователей ржавчины позволяет существенно снизить трудоемкость антикоррозионных работ, сохранить прочность металлов, повысить долговечность защитных конструкций с труднодоступными поверхностями [12].

2.4 ВЫБОР РЕМОНТНО-РЕСТАВРАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

На предприятиях хлебопекарной промышленности для реставрации и ремонта изношенных поверхностей технологического и вспомогательного оборудования, коммуникаций и санитарно-технических изделий применяются полимерные композиции с различными наполнителями.

Составы ремонтных и реставрационных полимерных композиций наносятся на хорошо очищенную от ржавчины металлическую поверхность для обеспечения адгезии полимеров к металлам.

При ремонте трещин и пробоин в оборудовании применяется состав полимерных композиций (в мас.ч.) [13]:

эпоксидная смола ЭД-16- 100;

дибутилфталат- 15;

полиэтиленполиамин- 9;

алюминиевый порошок- 25.

Для ремонта изношенных деталей технологического оборудования применяется смесь (в мас.ч.):

эпоксидная смола ЭД-16- 100;  -дибутилфталат-10;  -полиэтиленполиамин-10-15;

чугунный порошок- 150;  -стеклоткань-0,7-1,5.

При ремонте сопряженных деталей технологического оборудования применяется полимерная композиция состава (в мас.ч.):

эпоксидная смола ЭД-16 -100;  -дибутилфталат-10;

полиэтиленполиамин- 17;

мелкая стальная стружка - 320;

графит ЭГ-1-130;

этиловый спирт- 9,5.

При ремонте выбоин на внутренних поверхностях технологического оборудования применяется полимерная композиция (в мас.ч.):

полиэтиленполиамин- 10;

При ремонте теплотехнического оборудования применяются полимерные композиции состава (в мас.ч.):

эпоксидная смола ЭД-16- 100;  -полиэтиленполиамин-15;

стальной порошок- 230.

На предприятиях хлебопекарной промышленности в качестве ремонтно-реставрационных материалов применяются полимерные композиции на основе эпоксидной смолы ЭД-16, полиэтиленполиамина, дибутилфталата с различными добавками для обеспечения достаточной адгезии с металлической поверхностью оборудования.

В качестве ремонтно-реставрационных материалов на предприятиях хлебопекарной промышленности широкое применение получили лакокрасочные материалы.

Лакокрасочные покрытия деталей и узлов продовольственных машин должны подбираться с учетом условий эксплуатации машин, степени отделки поверхности, необходимого цвета и других факторов.

По условиям эксплуатации лакокрасочные покрытия классифицируются по следующим основным группам: атмосферостойкие, стойкие внутри помещений, химически стойкие, термостойкие и электроизоляционные.

Атмосферостойкие покрытия применяют для значительной части оборудования пищевых предприятий, которые эксплуатируются на открытом воздухе. Атмосферостойкие покрытия стойкие к воздействию атмосферных осадков, колебаниям температур, солнечной радиации, промышленных и дымовых газов.

Для этих покрытий применяют следующие лакокрасочные материалы [14]:

пентафталевые: эмали ПФ для наружных поверхностей различных цветов;

краски эмалевые: эмаль ПФ-28 - черная; лак № 170 - бесцветный;

глифталевые: эмали различных цветов;

нитроглифталевые: эмали НКО;

перхлорвиниловые: эмали ПХВ, ХВ-16, ХВЭ, ПХВ-715т, лак ХСЛ;

фенольные: эмали ФЛ-76, ФЛ-3, ФЛ-20, ФЛ-14;

сополимеровинилхлоридные: эмали СХБ и СХЕМ;  -бутилметакрылатные: лаки 9-32, 9-32р, эмали АС-81, АС-72;  -алкидно-стирольные: эмаль МС-17;

нитроцеллюлозные: эмали НЦ-11, НЦ-11-43, НЦ-11-59, НЦ-11-63, лак АВ 4д/в;

масляно-битумные: лаки 42, 177, краска АЛ-177.

Для покрытий, стойких внутри помещений целесообразно применять следующие материалы [15]:

пентафталевые: эмаль ПФ-15;

глифталевые: эмали КФ-19г, марки А;

сополимеровинилхлоридные: эмаль ХС-77;

бутилметакрылатные: лак АС-82;

алкидно-стирольные: лак МС-25, эмали ЭС-41, ЭС-42;

эпоксидные: эмали ЭП-74т;

нитроэпоксидные: эмали ЭП-51;

мочевинные: эмали МЧ-13, У-418, У-421, У-311, МЧ-215, УЭ-151,1520, лак УВЛ-3;

нитроцеллюлозные: нитроэмали 623-с, 625, нитроэмали 924, 925, 400,401,402, 403, 404, 356, 357, 358;

масляные: эмали «муар», «муар-23», «муар-25», 9т, Ют, 29т, «муар-240», краски масляные густотертые, эмаль 1425.

Химически стойкие покрытия стойки к воздействию растворов кислот, щелочей, солей и атмосферы, содержащих агрессивные газы и пары. При нанесении химически стойких покрытий необходимо учитывать характер воздействия химических растворов. Концентрированные кислые растворы разрушают лакокрасочную пленку сильнее, чем защищаемый металл. Поэтому лакокрасочные покрытия широко применяют для защиты металла от воздействия растворов кислот пониженной концентрации и некоторых кислых продуктов. Защита металлов лакокрасочными покрытиями от воздействия растворов кислот концентрацией более 20% малоэффективна.

Для химически стойких покрытий могут быть применены следующие лакокрасочные материалы:

перхлорвиниловые: эмали ХСЭ, ХСЭ-25, лак ХСЛ;

сополимеровинилхлоридные: эмаль ХС-75, ХС-710, лак ХС-76,эмаль ВХЭ-4001;

эпоксидные: эмаль ЭП-4171, ЭП-4178, лак Э-4001, Э-4100;  -фенольные: лак бакелитовый А [12].

Водостойкие покрытия. Многие виды оборудования пищевых предприятий в процессе эксплуатации подвергаются воздействию, пресной или морской воды. На детали, работающие в воде, оказывают влияние температура, химический состав, скорость движения. Наиболее сильному воздействию подвергаются лакокрасочные покрытия в горячей проточной и морской воде.

Водостойкие покрытия должны обладать высокой механической прочностью, хорошей адгезией к металлу, достаточной химической стойкостью, не набухать в воде и быть практически беспористыми.

Для получения водостойких покрытий рекомендуются следующие лакокрасочные материалы:

сополимеровинилхлоридные: эмали ХС-78, ХС-78т, ХС-78с;

фенольные: лак бакелитовый А;

каменноугольные: лак каменноугольный А [16].

2.5 ВЫБОР АНТИКОРРОЗИОННОГО ПОКРЫТИЯ

Актуальность работы. Одним из наиболее весомых критериев в пищевой промышленности становится, наряду с обязательными технико-экономическими показателями, характеристика безопасности продуктов питания. В этой связи озабоченность технологов вызывают проблемы создания и практического использования веществ, обеспечивающих разделительный эффект на границе раздела пищевой продукт - поверхность технологической оснастки. Наиболее остро эта проблема стоит в хлебопекарной промышленности.

В процессе выпечки смазывающие материалы, не контактирующие с тестовой заготовкой, выгорают и накапливают продукты сгорания на поверхности оснастки, дальнейшее нагревание которых может приводить к протеканию сложных многоступенчатых химических реакций, в результате которых возможно образование многоядерных ароматических соединений, обладающих канцерогенным эффектом. При использовании полимерных покрытий, являющихся стационарным разделительным слоем, исключается применение пищевых смазок и, соответственно, образование нежелательных побочных продуктов.

В настоящее время сложность создания разделительных покрытий пищевого назначения обусловлена ограниченным выбором полимерных материалов, пригодных для покрытий, контактирующих с продуктами питания, и одновременно обладающих высокой термостойкостью, а также низкой поверхностной энергией, ответственной за уровень адгезионного взаимодействия с пищевыми средами. Широко известные на сегодняшний день покрытия для хлебопекарной промышленности на основе суспензионного фторопласта и кремнийорганических соединений предназначены, в основном, для эксплуатации в щадящих условиях: на агрегатах малой и средней мощности периодического типа, в режиме, исключающем горячие простои и термоудары. Они не рассчитаны на условия промышленной эксплуатации отечественных высокопроизводительных агрегатов непрерывного действия, в том числе с неполной и неритмичной загрузкой. Для работы на высокотемпературных агрегатах непрерывного действия, особенно при наличии «горячих простоев», необходимы покрытия нового поколения, так как жесткие условия приводят к быстрому «выгоранию» ранее известных типов покрытий. Одним из наиболее перспективных и современных подходов к созданию покрытий нового типа является применение порошковых фторопластов. Использование порошковых материалов является экологически благоприятным, позволяя создавать практически безотходные производства с использованием высокопроизводительных методов. Благодаря технологичности порошковых материалов возможно формирование равнотолщинных покрытий на поверхностях сложной конфигурации, в том числе перфорированных.

Однако фторопласты являются малоизученными материалами и многие технологически важные вопросы получения полимерных покрытий на основе порошкового фторопласта до сих пор не были рассмотрены должным образом. В данной работе представлены исследования по разработке порошковых фторопластовых покрытий, которые могут быть использованы в любых отраслях промышленности, где требуются экологически безопасные и биологически инертные покрытия, обеспечивающие стабильный разделительный эффект, термостойкие, сохраняющие работоспособность при знакопеременных температурах, обладающие высоким уровнем физико-механических свойств, обеспечивающих длительную эксплуатацию покрытий [17].

Лаковые покрытия.

Разработаны и выпускаются фторопластовые лаки марок ЛФ-32Л, ЛФ-42Л, фторопласто-эпоксидные лаки марок ЛФЭ-32ЛНХ, ЛФЭ-32ЛНГ, ЛФЭ-42ЛХ, ЛФЭ-42ЛГ (ТУ6-05-1884-80), фторполимерные покрытия из которых получаются обычными методами лакокрасочной технологии и формируются как при комнатной, так и повышенных (80-250 оС) температурах. Покрытия на основе этих лаков обладают высокими противокоррозионными и защитными свойствами (см. табл.), не набухают в воде. Они устойчивы к кислым и щелочным средам (98%-ная азотная кислота, 37%-ная соляная кислота, 50%-ная уксусная кислота, 50-98%-ная серная кислота, 50-90%-ная фосфорная кислота, 40%-ный раствор едкого натра), и также устойчивы к агрессивным газам и парам, содержащим фтористый водород, окислители и др. агрессивные компоненты [18].

Применение покрытий из фторопластовых лаков:

для защиты от коррозии, газоходов, вентиляторов, вытяжных шкафов, зондов в различных химических производствах, в электронике, оптике, в пищевой промышленности, для защиты емкостей и фильтров в производстве пива, вина и др. продуктов.

лаковые покрытия на основе Ф-42, наряду с хорошими физико-механическими свойствами, химстойкостью, обладают высокими триботехническими характеристиками, что позволяет их применять на различных манжетах уплотнениях, прокладках, диафрагмах из резины. Такие покрытия обеспечивают легкость и многократность использования резиновых изделий, повышают герметичность аппаратуры и ресурс ее работы [18].

Суспензионные защитные покрытия

Покрытия из суспензий фторопластов и композиций на их основе наносятся всеми методами, присущими лакокрасочной технологии и применяются в качестве антиадгезионных (противоналипающих) тефлоновых покрытий <#"654043.files/image016.gif">

а) б)

Рисунок 2.1. Зависимость разрушающего напряжения образцов покрытий из композиций на основе фторопласта-4МБ, снятых с подложки, от содержания модификатора: а - в интервале содержания модификаторов от 0 до 10 масс.ч.; б - в интервале содержания модификаторов от 0 до 1 масс.ч.

а ) б)

Рисунок 2.2. Зависимость относительного удлинения при разрыве образцов покрытий из композиций на основе фторопласта-4МБ, снятых с подложки, от содержания модификатора: а - в интервале содержания модификаторов от 0 до 10 масс.ч.; б - в интервале содержания модификаторов от 0 до 1 масс.ч.

а) б)

Рисунок 2.3. Зависимость адгезионной прочности образцов покрытий из композиций на основе фторопласта-4МБ, снятых с подложки, от содержания модификатора: а - в интервале содержания модификаторов от 0 до 10 масс.ч.; б - в интервале содержания модификаторов от 0 до 1 масс.ч.

На рисунках 4 и 5 представлены характерные микрофотографии поперечных срезов покрытий, снятых с подложки, и покрытий на подложке, на основе исходного фторопласта и модифицированных композиций. Отчетливо видно, что граница поверхности срезов модифицированных образцов характеризуется более ровными границами, вероятно, вследствие изменения соотношения кристаллической и аморфной фаз с образованием бездефектной однородной аморфизованной структуры. На микрофотографиях исходных образцов фторопласта, в отличие от модифицированных, на поверхности и на границе с подложкой видны микродефекты, на краях которых при нагрузке могут возникать перенапряжения. Это, скорее всего, и является причиной улучшения механических характеристик при модификации. При этом в объеме как исходных, так и модифицированных образцов не обнаружено пор или других дефектов.

Дополнительные данные о геометрии поверхности фторопластовых покрытий были получены путем снятия профилограмм. Высотные параметры (Ra, Rz, Rмакс.) позволяют судить о средней и наибольшей высоте неровностей, шаговые (Sm) - о взаимном расположении характерных точек (вершин) неровностей. В таблице 1 приведены данные, дающие представление о влиянии модифицирующих добавок на шероховатость поверхности покрытий.

Рисунок 2.4. Электронные микрофотографии поперечных срезов покрытий, снятых с подложки: а - исходного фторопласта-4МБ; б -фторопласта-4МБ (100 масс.ч.) + TiO2 (1 масс.ч.); в - фторопласта-4МБ (100 масс.ч) + ДФСД (0,05 масс.ч.).

Рисунок 2.5. Электронные микрофотографии поперечных срезов покрытий: а - исходного фторопласта-4МБ; б -фторопласта-4МБ (100 масс.ч.) + TiO2 (1 масс.ч.)

По данным таблицы, которые согласуются с данными электронной микроскопии, можно утверждать, что модифицирующие добавки значительно снижают шероховатость поверхности, образуя глянец. Исследуемые покрытия можно отнести к высшим классам чистоты поверхности.

Таблица 2.4. Шероховатость поверхности фторопластовых покрытий

Для выяснения характера распределения модифицирующих добавок были выполнены электронно-микроскопические исследования поперечных срезов покрытий, снятых с подложки, и покрытий на подложке, на основе модифицированной композиции, обеспечивающей максимальные значения прочностных и деформационных показателей.

На рисунке 2.6 представлены микрофотографии поперечных срезов и графики, характеризующие распределение основных элементов (углерода, кислорода, фтора, титана и хрома, а для покрытий - и алюминия) вдоль линии сканирования. По оси ординат показана интенсивность (I) вторичного рентгеновского излучения, характерного для данного элемента, а по оси абсцисс - координата положения сканируемого участка образца (Х). За начальную точку координаты сканирования приняли край пленки и границу между подложкой и покрыти-ем. Зависимость средней интенсивности излучения от координаты точки сканирования позволяет сделать вывод о том, что концентрация компонентов по срезу образца соответствует рецептуре состава, а характер ее свидетельствует одостаточно равномерном распределении этих элементов по толщине.

На рисунке 2.7 представлены поперечные срезы алюминиевой подложки с покрытиями из исходного фторопласта и модифицированных композиций. На микрофотографиях хорошо заметно, что граница раздела алюминий-покрытие менее дефектна у образцов с модифицированными покрытиями, чем у образца с покрытием из исходного полимера. У последнего наблюдаются зазоры (≈0,5-2 мкм) между фторопластом и подложкой, в то время как у образцов с модифицированными покрытиями таких дефектов не обнаружено. Вероятно, это связано с тем, что при электростатическом нанесении порошка частицы фторопласта-4МБ, имеющие низкую поляризуемость, медленнее перемещаются в электростатическом поле, чем частицы модифицированного полимера. Действительно, поляризуемость исходного порошка фторопласта - 4МБ составляет 0,31÷2,29×10-4 кл/кг, амодифицированных фторопластовых композиций 3,1÷8,91×10-4 кл/кг. Можно предположить, что заряженные дисперсные частицы модификаторов со сформированным вокруг каждой из них слоем частиц фторопласта (которые связаны с частицами модификатора силами межмолекулярого взаимодействия), притягиваются к противоположно заряженной поверхности u1072 алюминиевой подложки, обеспечивают повышение адгезионного взаимодействия на границе раздела. В результате модифицированные композиции обладают гораздо более высокой адгезией к металлическойподложке, чем покрытие из исходного фторопласта.

Методом ИК-спектроскопии исследовали образцы покрытий на основе исходного фторопласта, и на основе модифицированных композиций. В спектрах образцов «на просвет» наблюдаются полосы поглощения, которые относят к колебаниям в аморфной фазе, дефектам, обертонам и комбинационным полосам.

Зависимости изменения соотношения кристаллической и аморфной фазы в композициях от содержания модификатора представлены на рисунке 2.8. Соотношение интенсивностей полос поглощения, соответствующие волновым числам D780/D2365 характеризует аморфизацию композиций при модификации. Как видно из графиков, введение большего количества добавок приводит к увеличению содержания аморфной фазы, т.е. уменьшению степени кристалличности покрытия.

Рисунок 2.6. Электронная микрофотография поперечного среза и спектры излучения элементов по траектории сканирования: а - модифицированного покрытия снятого с подложки; б - подложки (левая светлая часть) с модифицированным покрытием.

Рисунок 2.7. Электронные микрофотографии поперечных срезов алюминиевой подложки (левая сторона микрофотографий) с покрытиями: а - из исходного фторопласта, б - фторопласта-4МБ (100 масс.ч.) + Cr2O3(1 масс.ч.); в - фторопласта-4МБ (100 масс.ч) + BN(0,3 масс.ч.).

Рисунок 2.8. Зависимость отношения интенсивности полос поглощения D780/D2365 от содержания модификатора: а - при содержании модификатора в композиции от 0 до 10 масс.ч; б - при содержании модификатора в композиции от 0 до 1 масс.ч.

Результаты ИК-спектроскопических исследований подтверждены данными дифференциального термического анализа образцов исходного и модифицированного фторопласта, как в виде пленок, так и порошков, который показал, что вследствие модификации происходит изменение соотношения кристаллической и аморфной фаз с образованием аморфизованной структуры, вероятно вследствие того, что образовавшиеся физические связи между частицами фторопласта и модификаторов в расплаве уменьшают подвижность молекул фторопласта и препятствуют его кристаллизации. В результате аморфизации остаточные напряжения в модифицированных покрытиях снижаются, что приводит к повышению адгезионного взаимодействия с алюминием.

При этом спектры, полученные методом МНПВО, идентичны и для исходных, и для модифицированных образцов.

Полученные данные можно интерпретировать следующим образом: - введение выбранных добавок приводит к некоторому снижению содержания кристаллической фазы в модифицированных покрытиях, что обеспечивает более высокую адгезионную прочность и физико-механические показатели по сравнению с исходным фторопластом из-за понижения уровня внутренних напряжений, возникающих при кристаллизации во время формирования покрытий; - структура очень тонких (менее 1 мкм) поверхностных слоев в модифицированных покрытиях остается аналогичной немодифицированным образцам, что обеспечивает антиадгезионные характеристики покрытия к продукту на уровне исходного фторопласта. Отсутствие модификаторов в поверхностном слое можно объяснить более медленным перемещением немодифицированного полимера в электростатическом поле при формировании покрытия на подложке.

Вероятность такого механизма формирования свойств покрытий подтверждается еще и тем, что наружная поверхность покрытий, как из исходных, так и из модифицированных фторопластов, имеет практически одинаковый коэффициент трения. Незначительная разница в показателях может быть отнесена за счет различной шероховатости поверхности (таблица 2.4).

Одним из важнейших факторов оценки качества полимерных покрытий является износостойкость. Исследовано влияние модифицирующих добавок на износостойкость покрытий при температурах от 200С до 150оС. Как следует из графиков, представленных на рисунках 9 и 10, износостойкость покрытий сильно различается, наименьшей стойкостью из всех исследованных образцов обладает исходный фторопласт. Вероятно, такая специфика поведения связана с тем, что по твердости фторопласты относятся к группе мягких пластмасс (по Бринеллю - 30÷40 МПа), а в результате равномерного распределения введенных модифицирующих добавок (рис. 6, 11), обладающих значительно более высокой твердостью, происходит повышение износостойкости.

Модификация существенно повышает стойкость композиций к износу. Наибольшей износостойкостью при 200С обладают покрытия на основе композиций 1, 2 и 4, наименьшей - покрытие на основе композиции 5 и исходный фторопласт-4 МБ. В интервале температур 20÷150оС исходная композиция характеризуется наибольшим износом, а наилучшие результаты демонстрировали композиции 1 и 2. Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

а) Покрытия, модифицированные предложенными добавками, в любом случае - как при различном числе циклов воздействия, так и при разных температурах, превосходят исходное фторопластовое покрытие.

б) Оптимальным вариантом модификации по результатам испытаний следует признать композиции 1 и 2.

Для получения дополнительной информации о характере распределения модификаторов с помощью рентгеновского микроанализатора проведены электронно-микроскопические исследования модифицированных покрытий, обладающих наилучшими физико-механическими характеристиками. На рисунке 2.11 представлена микрофотография поперечного среза модифицированного покрытия, снятого с подложки, а также микрофотографии, отражающие распределение элементов, присутствующих в композиции, на данном участке образца. Число светлых точек на единице поверхности в поле микрофотографии пропорционально содержанию элемента на этом участке образца.

Анализ характеристического вторичного излучения при сканировании позволяет убедиться в наличии добавок в объеме покрытия в ожидаемых концентрациях и равномерном характере их распределения, что согласуется с данными зависимости средней интенсивности излучения от координаты точки сканирования (рис. 2.6).

Чтобы оценить работоспособность покрытий в условиях воздействия нагрузки при повышенных температурах провели исследования температурно-деформационных характеристик фторопластовых покрытий, снятых с подложки. Характерные результаты представлены на рисунке 2.12. Из графиков следует, что модифицированные фторопластовые покрытия благодаря меньшей степени кристалличности отличаются большей эластичностью, чем исходный полимер. Однако, при этом модифицированные образцы выдерживали большую нагрузку при повышенных температурах, чем немодифицированные, которые разрушались при нагрузке 200 гс уже при температуре 70-80 оС.

Рисунок 2.9. Зависимость износостойкости покрытий при 200С от числа циклов воздействия индентора.

Рисунок 2.10. Температурная зависимость износостойкости фторопластовых покрытий после 5 циклов воздействия индентора.

Преимущества модифицированных образцов очевидны, однако представляло интерес выяснить температурные изменения физико-механических характеристик покрытий, нанесенных на металлическую форму. Такие измерения позволяют охарактеризовать поведение покрытий в условиях, максимально приближенных к реальным условиям работы форм для выпечки. Использовали три типа нагружения: трехточечный изгиб, сжатие, растягивающее усилие. При всех типах нагрузки в интервале частот нагружения от 1 кГц до 33 кГц были получены аналогичные результаты. Характерные кривые представлены на рисунке 2.13.

Рисунок 2.11. а - электронная микрофотография поперечного среза образца свободной пленки модифицированной композиции; б - е - снимки вторичного рентгеновского излучения элементов композиции: б - углерода, в - бора, г - фтора; д - титана, е - хрома

По результатам исследований в широком интервале частот нагружения установлено, что значение модуля упругости исходной композиции при низких температурах выше, чем у модифицированных. Однако при нагреве значение модуля упругости у исходной композиции уменьшается быстрее, чем у модифицированных композиций. При температурах выше 100оС модифицированные покрытия уже имеют преимущество, при дальнейшем повышении температуры значение модуля стабилизируется и падает незначительно вплоть до 300 оС, что соответствует максимальной температуре эксплуатации форм с антиадгезионным термостойким покрытием и свидетельствует о возможности успешного использования их в процессах термической обработки (в частности, выпечки хлебобулочных и кондитерских продуктов).

В фундаментальных исследованиях Басина В.Е., Берлина А.А., Зимона А.Д., Гуля В.Е., Кулезнева В.Н., доказано, что прочность адгезионных соединений в значительной степени зависит от режимов их формирования. В данной работе изучена зависимость величины адгезионной прочности формируемых покрытий от температуры оплавления и времени термообработки покрытий.

В соответствии с предварительными данными, термообработку покрытий проводили при температурах от 290 до 3700С в течение 2÷6 часов.

Рисунок 2.12. Термомеханические кривые фторопластовых композиций.

Рисунок 2.13. Зависимость модуля упругости при трехточечном изгибе от температуры при частоте нагружения 10 кГц для покрытий на основе исходного фторопласта и модифицированных композиций: №1-100масс.ч. Фт4МБ + 1 масс.ч. Сr2O3; №2- 100масс.ч.Фт4МБ + 0,5 масс.ч.BN

Результаты испытаний адгезионной прочности представлены на рисунке 20. По вертикальной оси отложены значения адгезии, по горизонтальным осям отложены значения температуры (от 290 до 3700С) и времени ее воздействия (от 2 до 6 часов). Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы: при увеличении времени контакта расплава модифицированной полимерной композиции с поверхностью металла от двух до четырех часов адгезионная прочность соединения возрастает, при контакте в течение шести часов - снижается; величина адгезионнойпрочности возрастает с ростом температуры оплавления полимера от 290 до 350 0С, скорее всего, за счет увеличения истинной площади контакта покрытия с подложкой, а после 350 0С значение ее падает, возможно, вследствие деструкции полимера; максимальная величина адгезионной прочности (около 20 МПа) модифицированных покрытий на основе фторопласта - 4МБ достигается при температуре 350 0С и времени оплавления 4 часа.

Рисунок 2.14. Зависимость адгезионной прочности модифицированного фторопластового покрытия от температуры и времени термообработки покрытий. Композиция -100 м.ч. Фт 4МБ + 1 м.ч. Cr2O3.

В результате математического моделирования были определены наиболее перспективные композиции с содержанием от 2 до 4 вышеуказанных модифицирующих добавок в пределах от 0,05 до 2 масс. ч. ( Составы композиций защищены патентом RU №2256681) Свойства данных композиций приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 .Свойства наиболее перспективных композиций, определенных в результате математического моделирования.

На основании этих экспериментов, я могу сделать следующие выводы:

. Показано, что введение небольших количеств некоторых модифицирующих добавок - от 0,05 до 1-2 масс. частей на 100 масс. частей фторопласта-4МБ позволяет значительно повысить прочностные и адгезионные характеристики покрытий. Высказано предположение, что этот эффект в порошковых покрытиях аналогичен известному действию «легирующих добавок» на расплавы термопластов.

. Выбраны наиболее перспективные модифицирующие добавки: нитрид бора, двуокись титана, дисульфид молибдена, окись хрома, дифенилсиландиол. Установлены оптимальные количества модифицирующих добавок в составе композиции с использованием методов математического анализа.

. Выполнен комплекс исследований по изучению структурных характеристик фторопластовых покрытий с использованием сканирующей электронной микроскопии. Исследованы как поперечные срезы, так и поверхность покрытий, что позволило установить, что причиной улучшенных механических характеристик модифицированных покрытия является равномерное распределение их по объему, приводящее к гомогенизации структуры, формированию гладкой поверхности покрытий и бездефектной границы раздела «металл-покрытие».

. Показано, что максимальная адгезионная прочность фторопластовых покрытий достигается в достаточно узком интервале значений параметров температуры и времени термообработки. При этом оптимальные области как для исходного фторопласта, так и для модифицированных композиций совпадают. Различия наблюдали только в величинах адгезионной прочности. Рекомендуемые значения - от 3,5 до 4,5 часов при температуре от 340 до 360°С.

. Показаны преимущества модифицированных покрытий по сравнению с исходным фторопластовым покрытием при температурно-деформационных испытаниях и испытаниях на износостойкость в широком интервале температур. Модификация покрытий повышает износостойкость в 1,5-2 раза.

. Методом ИК-спектроскопии установлено, что введение выбранных добавок приводит к снижению содержания u1082 кристаллической фазы в модифицированных покрытиях, что подтверждено методом дифференциального термического анализа. При этом химическая структура очень тонких поверхностных слоев (менее 1 мкм) модифицированных покрытий аналогична покрытию из исходного полимера. Это обеспечивает антиадгезионные свойства покрытия к продукту, аналогичные исходному фторопласту.

. Предложен механизм формирования покрытий, заключающийся в образовании комплексов «модификатор-фторопласт», образующихся на стадии сухого смешения порошковых композиций. Компоненты комплекса связаны силами межмолекулярного взаимодействия, что затем, на стадии оплавления порошка снижает подвижность молекул фторопласта и препятствует его кристаллизации. Гомогенная аморфизированная структура покрытий является причиной снижения остаточных напряжений и улучшения комплекса физико-механических характеристик покрытий [23], [24], [25], [26] [27], [28], [29], [30], [31], [32], [33], [34], [35], [36], [37], [38].

.8 ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ

Стойкость деталей в результате коррозионно-эррозионного воздействия сред зависит, в первую очередь, от физико-химических свойств поверхностных слоев, в которых концентрируются наибольшее напряжение и развиваются процессы коррозии и износа.

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 [39] 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 ангидрид260;

серная кислота2,5;

при температуре в ванне328-333 К;

плотность тока50-80 А/дм2;

выход по току10-15%. Толщина покрытия составляет 20-50 мкм [39].

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 [40].

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.) [40].

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].

.9 РАЗРАБОТКА ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ СНИЖЕНИЯ КОРРОЗИИ И ИЗНАШИВАНИЯ

В хлебопекарной промышленности на основании систематического изучения изношенных деталей технологического оборудования, экспериментального исследования процессов, протекающих в поверхностных слоях металлов при трении в контакте с агрессивной средой, определение износостойкости наиболее распространенных, а также перспективных для изготовления деталей малогабаритного оборудования, материалов и натурных испытаний в производственных условиях, разработан ряд химико-технологических методов снижения коррозии и изнашивания.

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.

.10 РАЗРАБОТКА ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ СНИЖЕНИЯ КОРРОЗИИ

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

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.

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.

Предпочтительность замены всего объекта вместо повторного ремонта должна быть установлена на основании рабочих и экономических параметров объекта.

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.

К противокоррозионному обслуживанию должны предъявляться требования либо минимально возможного времени выполнения работ, либо проведения этих работ через максимально возможные промежутки времени.

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.

Периодичность обслуживания должна соответствовать рабочим циклам и создавать минимально возможные неудобства во всех отношениях.

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.

Следует обеспечивать безопасность обслуживающего персонала.

Быстро корродирующие детали не должны размещаться в недоступных местах, внутри объекта, т.к. это заставляет обслуживающий персонал производить операции разборки.

Материалы и системы защиты необходимо выбирать с учетом свойственной им экономически обоснованной продолжительности сохранения стойкости к коррозии.

Противокоррозионное обслуживание следует регулировать таким образом, чтобы оно соответствовало решению проблем, возникающих при общетехнологическом обслуживании.

Доступность для осмотра должна быть увязана с выборочными контрольными операциями и методами разрушающих и неразрушающих испытаний.

Реально ожидаемый профессиональный уровень персонала, который будет заниматься обслуживанием при эксплуатации, определяет устанавливаемые эксплуатационные требования.

Рекомендуется применение модульных блоков, отвечающих требованиям защиты от коррозии [39].

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:

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

Затраты на противокоррозионную защиту основных фондов и готовой продукции.

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 [42].

.11 РАЗРАБОТКА ВАРИАНТОВ РАЦИОНАЛЬНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ И МОДЕРНИЗАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ВЫБОРУ ОПТИМАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ 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 [43].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.

На рисунке 2.15 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 величины надежности.

Для иллюстрации влияния стоимости проектирования и изготовления на общие затраты на рисунке 3 проведены три вертикали (I, II, III), соответствующие различным конструкциям машины, предназначенной для выполнения одинаковых функций. Конструкция I характеризуется низкой стоимостью проектирования и изготовления, однако вследствие больших затрат на техническое обслуживание и ремонты, вызванные низкой базовой надежностью, общие затраты оказываются выше, чем у конструкций II и III с более высокой базовой надежностью. Оптимальной является конструкция II, обеспечивающая минимальные общие затраты. Конструкция III не экономична, не смотря на высокий уровень базовой надежности. Минимум общих затрат главным образом определяет так называемый эффективный уровень капиталовложений. Бурное развитие промышленности в последние годы и связанное с ним увеличение затрат на производство требует анализа эффективности капиталовложений при создании новых конструкций и оборудования. Сущность этого анализа заключается в принятии такого конструктивного решения, при котором обеспечивается получение максимальной эффективности от общей суммы затрат на проектирование, изготовление, ТОиР за весь срок службы оборудования. 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.

Анализ эффективности капиталовложений учитывает технический уровень технологии и стоимость изготовления, технического обслуживания и ремонта (надежность), эксплуатации (рациональность конструкции и стоимость выпускаемой продукции) и другие факторы, поэтому в проведении анализа должны участвовать и конструкторы, и эксплуатационники. Очевидно, назрела необходимость создания при крупных промышленных предприятиях специальных групп экономического обеспечения проектирования, состоящих из высококвалифицированных инженеров, прошедших специальный курс экономической подготовки. Это, в конечном счете, поможет обеспечить создание высоконадежных конструкций оборудования и максимальную эффективность капиталовложений.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ АГРЕГАТОВ

Качество проектирования, определяемое главным образом соответствием оборудования требованиям выполняемого технологического процесса и необходимым уровнем базовой надежности, во многом зависит от правильного понимания структуры агрегатов, знания особенностей и условий их эксплуатации, а также устройств и элементов, из которых они состоят.

Агрегат представляет собой систему (комплекс) взаимосвязанных технологическим процессом устройств, обеспечивающих выпуск продукции. Эта взаимосвязь может выражаться в электрических или механических связях, в транспортных потоках жидких материалов или сырья. [43].

Процесс проектирования можно разделить на три основных этапа:

Разработка общей схемы и структуры агрегата.

Разработка конструкций механического оборудования, технологических аппаратов и установок.

Проектирование передаточных устройств.

На первом этапе разработку общей схемы агрегата необходимо начинать с выбора технологического процесса и определения последовательности технологических операций. На основании выбранной последовательности операций следует разрабатывать схематический план расположения установок и оборудования (эскизный проект), выбирать их тип и определять основные параметры - размеры, мощность, производительность и т.д. Затем следует преступить непосредственно к разработке конструкций оборудования, технологических аппаратов, установок и передаточных устройств. После завершения проектирования отдельных устройств необходимо создать окончательные рабочие чертежи плана расположения установок и оборудования.

При разработке общей схемы агрегата, как правило, возможно несколько вариантов ее осуществления, обеспечивающих эквивалентные технологические решения. Поэтому для обеспечения максимальной надежности агрегата необходимо на этом этапе выбрать такой вариант, при котором условия работы оборудования будут наилучшими. Следует отметить, что этот этап не требует больших затрат; при принятии правильного технологического решения создается возможность обеспечить надежность без больших затрат на изготовление, техническое обслуживание и ремонт.Вопрос о выборе технологической схемы агрегата следует рассматривать обязательно с учетом особенностей эксплуатации, т.е. проанализировать условия эксплуатации оборудования при заданном технологическом процессе, и влияние предшествующих процессов на его работу.

Таким образом, одним из эффективных направлений решения проблемы надежности на первом этапе проектирования является совершенствование организации технологических процессов - как предшествующих, так и осуществляемого данным агрегатом. Наряду с этим следует учитывать, что если изменение технологического процесса связано с большими затратами, не компенсируемыми улучшением функционирования оборудования и сокращением затрат на ТОиР, оно нецелесообразно.

На втором этапе проектирования необходимо прежде всего выбрать такие конструкции оборудования, аппаратов и установок, чтобы основные требования, предъявляемые к ним, достигались наиболее экономичным, надежным и простым способом. Большое внимание должно быть уделено выбору оптимальных конструкций отдельных деталей и узлов и тщательной разработке детальных чертежей, так как именно на этой завершающей стадии проектирования и происходит обычно наибольшее число ошибок.

При проектировании механического оборудования необходимо учитывать характер разрушений, которые в основном можно разделить на два вида:

аварийное, связанное с опасностью для персонала, простоями и последующими потерями производства, вызываемое большими перегрузками вследствие нарушения технологической дисциплины, избыточными вибрациями или несоответствием конструкции назначению. Этому разрушению подвергаются, как правило, незначительно изношенные детали, момент разрушения которых почти невозможно предсказать заранее. В таком случае обычно не удается быстро ликвидировать неисправность и необходим дорогостоящий восстановительный ремонт;

постепенное, возникающее вследствие износа, коррозии, ползучести, пластической деформации, усталости и т.д.

Такое разрушение может быть обнаружено до аварийной поломки. Для его ликвидации принимают соответствующие меры по ремонту или замене узла в процессе работы агрегата или во время запланированной остановки на ремонт. В связи с этим на втором этапе, кроме обеспечения соответствия оборудования технологическому назначению, необходимо предусматривать создание таких конструкций, при которых исключается возможность аварийного разрушения. Для этого в конструкцию оборудования включают различные устройства для защиты от перегрузок, а также отключающих и сигнализирующих устройств и т.д. Предупреждение постепенного разрушения достигается в основном различными методами упрочнения, улучшением условий смазки и т.д. Если применение таких методов невозможно или оказывается дорогостоящим, то следует предусматривать максимальную ремонтопригодность быстро изнашиваемых узлов и деталей для их быстрой замены. В некоторых случаях необходимо резервировать дополнительное количество узлов и деталей, вероятность выхода из строя которых велика. Однако это связано с увеличением капитальных затрат и целесообразно лишь, когда другие методы предупреждения разрушений не дают положительных результатов.

Эффективным способом предупреждения наступления критического состояния узлов и деталей является непрерывный контроль их состояния в процессе эксплуатации, осуществляемый с помощью различных приборов и устройств для измерения вибрации и температуры, загрязнения и изменения физико-химических свойств смазок и др. Одним из необходимых принципов проектирования на втором этапе является применение в проекте известных или новых приспособлений и устройств для инспектирования и обслуживания оборудования. На этом этапе также необходимо выполнить анализ возможных и особенно трудоемких и опасных ремонтных работ и предусматривают максимальную унификацию основных узлов и деталей и другие мероприятия, способствующие достижению высокой базовой надежности.

Разрушение технологических аппаратов и установок, в отличие от разрушений механического оборудования, носит иной характер и наступает вследствие коррозии, эрозии, износа футеровки, нарушение герметичности, перегрева или избыточного давления. Поэтому надежность этих устройств при проектировании следует повышать рациональным выбором материалов, резервированием установок, применением блокировок и различных сигнализирующих приспособлений. Предохранительные устройства на системах, транспортирующих жидкости и газы, позволяет точнее контролировать параметры установок. Так как разрушения вспомогательного оборудования металлоконструкций обычно происходит вследствие взаимодействия с механическим оборудованием, например, при больших вибрациях, то и проектирование их обычно необходимо осуществлять одновременно.

На третьем этапе, разрабатывая передаточные устройства, прежде всего необходимо устанавливать принципиальную схему и выбирать соответствующее гидравлическое, транспортное и другое оборудование и аппаратуру. Это следует выполнять одновременно с проектированием механического оборудования, связанного с устройствами, поддерживая тесную связь между соответствующими конструкторскими подразделениями. Как и на втором этапе, следует анализировать условия работы передаточных устройств и предусматривать меры по обеспечению их надежности. При этом, как и при проектировании механического оборудования, необходимо учитывать особенности разрушения передаточных устройств, которое можно разделить на два основных типа:

механическое, вызываемое избыточным давлением, утечками и загрязнением энергоносителя, приводящими к быстрому выходу из строя элементов устройств; такие отказы часто вызывают аварийную остановку связанного механического оборудования или даже всего агрегата;

постепенное, происходящее вследствие износа и обычно сопровождаемое утечками энергоноситель через образовавшиеся неплотности и снижением скорости и мощности гидро- или пневмоприводов; это разрушение довольно часто остается незамеченным при режимах, не достигающих критических.

Основным средством борьбы с разрушением первого типа является применение быстродействующих приборов обнаружения мест разрушения. Для этого предусматривают контрольные точки для замера давлений, расходов, температуры и соответствующую контрольную и регулирующую аппаратуру. Определением контрольных точек и аппаратуры значительно упрощается, если в соответствии с технологическим назначением предварительно правильно выбрано оборудование передаточных устройств. Разрушение второго типа (прогрессирующее) можно легко обнаружить контролем параметров основных элементов передаточных устройств, например, скорости перемещения и усилия на плунжере гидропривода. Для этого в проекте предусматривают соответствующую аппаратуру.

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОГЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ И ИЗГОТОВЛЕНИИ

Достижение высокой техногенной безопасности оборудования обеспечивается контролем базовой надежности и применением различных методов конструирования, а также учетом факторов инженерной психологии, обеспечивающих в конечном итоге максимальную надежность системы человек-машина [43].

Контроль надежности включает три основные стадии:

Первая стадия - предварительный сравнительный анализ надежности различных вариантов конструкции, в результате которого выбирают окончательный вариант.

Вторая стадия - анализ надежности окончательного варианта конструкции оборудования.

Третья стадия - испытание опытного образца оборудования и сравнение данных испытаний с результатами контроля надежности на второй стадии для установления соответствия расчетной и базовой надежности, определенной на основании испытаний.

Одним из методов повышения надежности при отсутствии ограничений в массе, объеме и стоимости конструкции является создание больших запасов прочности. Для оборудования запасы прочности могут достигать десятикратных. К методам достижения высокой надежности относятся упрощение и стандартизация элементов оборудования. Уменьшение числа деталей или различных типов используемых деталей всегда способствует повышению надежности. Стандартные детали и узлы, отработанные в процессе эксплуатации на других видах оборудования, обычно характеризуются высокой вероятностью безотказной работы. Конструкция оборудования должна быть такой, чтобы неправильная сборка или неверное его использование были невозможными или, по крайней мере, затруднительными, что, в свою очередь, делает невозможными аварии по этой причине. Если предусмотрена замена узла, то следует предусмотреть также необходимые для этого средства и использование персонала по возможности более низкой квалификации [43].Для повышения надежности важно, чтобы в проекте учитывалось проведение различных испытаний конструкции на заводе изготовителе и в производственных условиях. Конструктор должен так выбирать принцип действия, схему оборудования и его узлов, чтобы они могли быть подвергнуты полным неразрушающим функциональным испытаниям. Нужно также предусмотреть возможность контроля основных размеров конструкции, точности обработки поверхностей и других параметров, ухудшающихся в процессе эксплуатации, а для узлов одноразового пользования (подшипники качения, уплотнения и т.д.), проверка которых затруднена, заведомо более высокую надежность [44]. Если конструкция требует применения специальных технологических процессов или методов изготовления, это четко отражается в чертежах и технических условиях, содержащих, кроме того, сведения относительно организации системы контроля процессов и качества изготовления. Опыт показывает, что во многих случаях пренебрежительное отношение к свойствам оборудования, достижение которых в процессе изготовления сопряжено с большими сложностями, является источником его отказа в процессе эксплуатации [45]. Важным методом, используемым для достижения высокой надежности, является резервирование. Один из методов резервирования заключается в применении дублирующих устройств, установленных в потоке параллельно. Поскольку при таком методе необходимо увеличить количество оборудования и пространство для его установки, конструкторы стремятся по возможности уменьшить его массу и габариты. Это иногда приводит к тому, что надежность резервируемой системы оказывается ниже, чем не резервируемой. В этих условиях целесообразно отказаться от резервирования и стремиться усилить устройства, защищающие оборудование от воздействия отрицательных факторов. И наконец, так как резервирование всегда связано с увеличением стоимости оборудования, а также расходов на его техническое обслуживание, учитывая, что эти показатели являются весьма высокими, применение этого метода обязательно должно сопровождаться экономическим анализом резервированной и нерезервированной конструкций за весь период "жизненного цикла" оборудования.

РАЗРАБОТКА КРИТЕРИЕВ ТЕХНОГЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

К решению задач техногенной безопасности предложены следующие комплексные критерии, имеющие вероятностный характер:

Критерий потенциала опасности (P).

Критерий состояния (Q).

Критерий потенциала опасности является функциональной величиной, в который входит ряд параметров (энергетический потенциал, токсичность, химический потенциал и др.). Основными показателями опасного объекта является энергия и параметры, производные от нее, такие как мощность, поток энергии, энергоемкость и т.д.

Критерий состояния также является функциональной величиной, в которую входят ряд параметров (вероятность отказа объекта, наработка на отказ, влияние расположения объекта в пространстве и др.), которые в основном определяются путем применения теории вероятности.

Один из важных вопросов в решении проблемы техногенной безопасности - это правильно оценить потенциал опасности и вероятность реализации этой опасности.

Таким образом, уровень техногенной опасности (U) объекта можно представить в виде выражения:

,

где P - критерий потенциала опасности; Q - критерий состояния объекта (вероятность реализации потенциала опасности).

Очевидно, что общий уровень техногенной опасности технологического комплекса будет представлен выражением:

,

где Ui - уровень техногенной опасности по какому-либо i-тому нормируемому показателю; n - количество нормируемых показателей для данной категории объектов.

Поскольку критерии P и Q являются комплексными, то их анализ для единичного объекта или технологического комплекса на основе большого объема реальных данных позволит научно обосновать систему эффективных мероприятий, направленных на обеспечение необходимого уровня техногенной безопасности на стадии проектирования по двум основным направлениям: снижение потенциала опасности и уменьшение вероятности его реализации.

.12 ВЫБОР ЭФФЕКТИВНЫХ ИНГИБИТОРОВ КОРРОЗИИ

Снижение коррозионной активности среды может быть осуществлено

двумя способами:

удалением из агрессивной среды компонентов, вызывающих коррозию металлов;

введением в агрессивную среду специальных веществ, которые вызывают значительное снижение скорости коррозионного процесса. Такие

вещества называют замедлителями, или ингибиторами, коррозии[47].

Обработка коррозионной среды для снижения ее агрессивности осуществляется уменьшением в ней содержания деполяризатора. В растворах электролитов это достигается путем снижения содержания ионов водорода или удаления кислорода. В кислых растворах, вызывающих коррозию с водородной деполяризацией, повышают рН раствора, т.е. уменьшают концентрацию ионов водорода. В нейтральных растворах, вызывающих коррозию с кислородной деполяризацией, снижают содержание кислорода в электролите химическим, термическим, десорбционным способами. При нагревании воды или раствора электролита вследствие уменьшения растворимости кислорода происходит его удаление из агрессивной среды. Пропускание через раствор инертного газа также способствует снижению содержания кислорода в растворе. При химической обработке воды в нее добавляют восстановители, которые связывают растворённый кислород. К таким восстановителям относятся гидразин, сульфит натрия и др.

H4⋅H2O + O2 = N2 + 3H2O; (2.1)

Na2SO3 + O2 = 2Na2SO4. (2.2)

Удалить кислород из воды можно также пропусканием ее через слои железных стружек. При этом при температуре около 85°С происходит окисление железа, в результате чего кислород связывается

Fe + 2O2 = Fe3O4. (2.3)

Уменьшение агрессивности газовой среды сводится к изменению ее состава и созданию атмосферы, исключающей термодинамическую возможность протекания химической реакции взаимодействия металла с компонентами газовой среды.

При воздействии на железоуглеродистые стали газов, содержащих окислители, кислород и его соединения, при высоких температурах на поверхности металла происходит реакция между цементитом и этими газами

C + O2 = 3Fe + CO2. (2.4)

В результате этой реакции поверхностный слой обедняется углеродом. Обезуглероживание ведет к изменению механических свойств: уменьшается поверхностная твердость и понижается предел усталости. При наличии водорода в газовой среде при высоких температурах и давлении наблюдается

коррозия, которая резко снижает механические свойства конструкционных железоуглеродистых сталей.

Для снижения агрессивности среды в нее вводят компоненты, которые не вызывают окисления, обезуглероживания и наводороживания. Расчет состава защитной атмосферы для металлов и сплавов проводят с использованиемконстант равновесия, устанавливающихся в системе металл-газ. Для создания защитных атмосфер разработано несколько газовых смесей:

водород-водяной пар-азот;

водород-водяной пар-оксид углерода-азот;

водород-водяной пар-азот-оксид углерода-диоксид углерода;

азот-оксид углерода-водород.

В ряде случаев термическую обработку нержавеющих сталей проводят в вакууме или в атмосфере аргона.

Для снижения скорости атмосферной коррозии металла изделия помещают в герметичные чехлы из полиэтиленовой пленки, внутри которых создают атмосферу с относительной влажностью воздуха ниже критической (60%) за счет применения осушителей (силикагель). В искусственно созданной сухой атмосфере коррозионные процессы протекают очень медленно [47].

Характеристика ингибиторов

Замедлителями, или ингибиторами, коррозии называют вещества, введение небольших количеств которых в коррозионную среду значительно снижает скорость коррозии.

Уменьшение электрохимической коррозии при введении замедлителя может произойти вследствие торможения анодного или катодного процесса, воздействия на оба процесса или увеличения сопротивления системы при образовании на металлической поверхности пленки, обладающей пониженной электропроводностью.

Один из методов изучения механизма действия замедлителей коррозии-построение поляризационных кривых. Торможение ингибитором одной из стадий коррозионного процесса вызывает увеличение поляризации соответствующего процесса. Сравнение поляризационных кривых, полученных для данного металла в растворе с ингибитором и без него, позволяет выяснить, какой процесс преимущественно тормозится при введении данного замедлителя. По составу ингибиторы коррозии подразделяются на неорганические и органические.

По условиям, в которых они применяются, их можно разделить на ингибиторы для растворов и летучие ингибиторы, дающие защитный эффект в условиях атмосферной коррозии. Так как эффективность действия ингибитора зависит от рН среды, то ингибиторы подразделяются на кислотные, щелочные и ингибиторы для нейтральных сред. Замедлители наиболее часто применяют для борьбы с коррозией в системах с ограниченным объемом раствора и с атмосферной коррозией металла. Замедлители кислотной коррозии находят широкое применение в процессах удаления с изделий окалины или ржавчины.

По механизму своего действия на процесс электрохимической коррозии ингибиторы подразделяют на анодные, катодные и экранирующие, т.е. изолирующие активную поверхность металла. Механизм действия большинства ингибиторов заключается в адсорбции ингибитора на корродирующей поверхности с последующим торможением катодных и анодных процессов[47].

Анодные ингибиторы коррозии

Анодные ингибиторы коррозии (в первую очередь окислители) большей частью обладают пассивирующими свойствами. Принцип торможения коррозии анодными замедлителями сводится к снижению скорости перехода ионов металла в раствор или к уменьшению площади анодных участков коррозионного элемента за счет изоляции их образовавшимися нерастворимыми пленками.

Как видно из рисунка, в результате введения ингибитора коррозии сила коррозионного тока падает с величины I1 до величины I2, при этом наблюдается тенденция к облагораживанию стационарного электродного потенциала металла, т. е. смещение его в сторону положительных значений, от Е1 к Е2.

Рис. 2.16. Влияние анодного ингибитора коррозии на скорость коррозии:

- кривая анодной поляризации в отсутствии ингибитора; 2 - в присутствии ингибитора

Такие окислители, как хроматы и бихроматы, сильно пассивируют железо, алюминий, цинк, медь. Достаточно добавить в водопроводную воду 0,1% бихромата калия, чтобы резко снизить скорость коррозии углеродистой стали и алюминия.

К анодным ингибиторам относятся также нитриты и нитраты. Нитрит натрия значительно уменьшает скорость коррозии стали в растворах ряда солей, а также в морской воде. При необходимости длительного хранения стальных деталей их рекомендуется упаковывать в бумагу, пропитанную 10-15% раствором нитрита натрия.

Известны также анодные ингибиторы коррозии вторичного действия, образующие на анодных участках корродирующей поверхности металла нерастворимые продукты коррозии с ингибитором. К числу таких замедлителей коррозии углеродистой стали относятся гидроксид натрия, карбонат натрия, которые образуют на поверхности нерастворимый слой гидроксида, а также фосфатные соли, которые, в свою очередь, образуют нерастворимые фосфаты железа.

Однако анодные замедлители коррозии - окислители в некоторых случаях (например при низкой концентрации ингибитора) могут стимулировать коррозионный процесс, становясь катодными ускорителями коррозии[47].

Катодные ингибиторы коррозии

Катодные замедлители уменьшают скорость электрохимической коррозии за счет снижения интенсивности катодного процесса или сокращения площади катодных участков.

Торможение катодного процесса основано на снижении содержания кислорода в растворе электролита с целью уменьшения скорости коррозии металла с кислородной деполяризацией, или на затруднении протекания катодного процесса. К числу катодных ингибиторов относятся следующие:

Катодные замедлители - поглотители кислорода. Их действие основано на уменьшении содержания кислорода в растворе и, следовательно, снижении скорости коррозии с кислородной деполяризацией. К ним относятся сульфит натрия, гидразин и др. (см. уравнения (2.1), (2.2)).

Катодные замедлители, повышающие перенапряжение выделения водорода при катодной реакции. В процессах коррозии металлов, протекающих с водородной деполяризацией, торможение катодной реакции восстановления водорода достигается путем повышения перенапряжения выделения водорода при добавлении в раствор солей некоторых тяжелых металлов (соли висмута, сурьмы), катионы которых, восстанавливаясь на катодных участках, повышают перенапряжение выделения водорода.

Катодные замедлители, экранирующие площадь катодных участков. Сокращение площади катодных участков достигается образованием нерастворимых соединений в виде изолирующего защитного слоя. По отношению к железу такими замедлителями являются бикарбонат кальция, сульфат цинка, хлорид бария:

Ca(HCO3)2 + NaOH = CaCO3↓ + NaHCO3 + H2O. (2.5)

Выделяющийся на катодных участках нерастворимый карбонат кальция экранирует металл. Органические ингибиторы, адсорбируясь на катодных участках поверхности, также повышают перенапряжение выделения водорода (желатин, клей, декстрин и др.).

Катодные замедлители коррозии металлов совершенно безопасны, так как они никогда не приводят к увеличению скорости коррозии[47].

Летучие ингибиторы атмосферной коррозии

В последние годы широко применяются летучие, или парофазные, ингибиторы, которые используются для защиты машин, аппаратов и других металлических изделий во время их эксплуатации в воздушной атмосфере.

Летучие ингибиторы вводятся в контейнеры или в упаковочные материалы. Благодаря достаточно высокому давлению паров летучие ингибиторы достигают границы раздела металл - воздух и растворяются в пленке влаги, покрывающей металл. В качестве летучих ингибиторов обычно используются амины с небольшой молекулярной массой, в которые вводятся нитраты или карбонаты.

Недостатком летучих ингибиторов коррозии является прекращение их защитного действия после удаления их паров из атмосферы, окружающей металл[47].

Эффективность действия ингибитора выражается соотношением

где Z - защитное действие, %; К1, К0 - скорости растворения металла в среде c ингибитором и без него, г/(м2·ч).

Защитный эффект ингибитора определяется соотношением

Средства для санитарно-гигиенической обработки на предприятиях хлебопекарной промышленности.

Безразборная циркуляционная мойка и дезинфекция СИП.

Танки, фильтры, миксеры, трубопроводы, тара, шланги, теплообменники[48].

Таблица 2.6.