Коррозия и защита химического оборудования

Thread Content

С развитием экономики спрос на химическую продукцию постоянно растет, и все больше производственного оборудования работает сверх своих проектных параметров. Поэтому сегодня для химических предприятий по всему миру становится крайне важной задачей предотвращение поломок оборудования из-за коррозии, что может привести к значительным убыткам. Многие эксперты считают, что меры по защите материалов и их антикоррозийной обработке являются важной гарантией снижения затрат на техническое обслуживание и надежной, стабильной работы завода. 　　 Коррозионные повреждения встречаются повсюду, часто происходят инциденты, связанные с коррозией. Это обусловлено не только спонтанной природой самой коррозии, но и тем, что люди недооценивают её опасность, плохо понимают важность защиты от коррозии, не обладают достаточными знаниями в области науки о коррозии и защите от неё, а также не принимают мер по предотвращению коррозии или принимаемые ими меры носят недостаточный характер. 　　 В химических производственных предприятиях часто встречаются коррозионные среды, из-за чего оборудование подвергается более сильной коррозии, чем оборудование в других отраслях. В промышленности скорость коррозии оборудования на химических предприятиях, как правило, выше, чем в других отраслях. Поэтому необходимо принимать эффективные меры по защите от коррозии, учитывая все аспекты – от проектирования и строительства до эксплуатации, чтобы повысить устойчивость оборудования к коррозии и продлить срок его службы. Повышение защитных свойств химического оборудования имеет огромное практическое значение для современных отраслей, связанных с производством химикатов. 　　I. О коррозии 1. Определение коррозии Материал подвергается разрушению и уничтожению в результате химических процессов или действия химических веществ. На поверхностном уровне коррозия возникает в результате химических и электрохимических процессов, происходящих между материалом и окружающей средой, что приводит к определенному ущербу функциям самого материала. После коррозии химического оборудования могут происходить изменения в его цвете, внешнем виде и механических свойствах в разной степени. Это приводит к повреждению оборудования, а также к значительной трате энергии и ресурсов. В результате снижается производственная стоимость химических предприятий, что приводит к финансовым убыткам для них. Поэтому принятие активных и эффективных мер по защите от коррозии и повышение устойчивости химического оборудования к коррозии являются ключевыми проблемами, с которыми сталкиваются отрасли, связанные с производством химикатов, в наши дни. 　　2 Классификация коррозии. Коррозия: явление, при котором материал подвергается разрушению в результате взаимодействия с окружающей средой. 　　 Коррозия делится в зависимости от типа материала на коррозию металлов и коррозию неметаллов. 　 Коррозия по форме поверхности делится на полную коррозию и локальную коррозию ； Локальная коррозия включает в себя коррозию из-за мелких отверстий, коррозию под действием напряжений, коррозию в зазорах, электрохимическую коррозию, коррозию из-за износа и так далее ； 　　 По механизму коррозия металлов делится на физическую коррозию, химическую коррозию, электрохимическую коррозию и т. д. 　　 Физическая коррозия: разрушение материала под действием чисто физических факторов, обычно вызванное растворением или проникновением, такое как растворение контейнеров из расплавленного металла, растворение и проникновение высокотемпературных расплавленных солей и каустической соды в контейнеры. 　　Химическая коррозия: разрушение, возникающее в результате прямого химического взаимодействия металла с неэлектролитом. Процесс коррозии представляет собой чисто окислительно-восстановительную реакцию: молекулы коррозионного вещества напрямую сталкиваются с атомами на поверхности металла, в результате чего образуются продукты коррозии. В ходе этой реакции не возникает электрического тока; она соответствует законам химической кинетики. 　　Электрохимическая коррозия: разрушение металла, возникающее в результате электрохимической реакции с электролитным раствором. В процессе реакции анод теряет электроны, катод получает их, а также происходит поток электронов (ток); этот процесс соответствует законам электрохимической кинетики. 　　3. Вред коррозии В химической промышленности металлы являются основным материалом для изготовления оборудования. Однако они подвергаются коррозии из-за постоянного контакта с сильно коррозионными веществами, различными кислотами, щелочами, солями, органическими растворителями и коррозионными газами. Коррозия не только приводит к огромным потерям среди металлических и сплавных материалов, сокращая срок службы оборудования, но также ускоряет периоды его технического обслуживания, что увеличивает время простоя и расходы на ремонт ； Коррозия усугубляет проблемы утечек, просачивания и других негативных явлений в оборудовании и трубопроводах, что приводит к значительным потерям сырья и готовой продукции. Это влияет на качество продукции, загрязняет окружающую среду и наносит вред здоровью человека ； Аварии, такие как взрывы и пожары оборудования, вызванные коррозией, приводят к его повреждению и прерыванию производства, что сопряжено с огромными экономическими потерями и даже угрозой для жизни людей. 　　II. Меры по защите химического оборудования от коррозии В настоящее время существуют следующие основные технологии защиты от коррозии: разработка материалов, устойчивых к коррозии, технологии защиты поверхностей, технологии замедления процесса коррозии, электрохимическая защита и т. д. 　　1. Разработка коррозионностойких материалов. Материалы, используемые для изготовления оборудования общего назначения, в основном представляют собой обычную углеродистую сталь. Ее преимущества заключаются в низкой стоимости, легкости поставки и возможности обработки. При использовании в обычных условиях коррозия не представляет серьезной угрозы, однако в таких средах химической промышленности, где присутствуют высококонцентрированные коррозионные вещества, из-за низкой стойкости к коррозии материал легко подвергается ее разрушению. Например, сталь типа Q235 подвергается коррозии в среде кислородсодержащих газов и солевого тумана со скоростью 0,5–1,0 мм/год. Все предприятия регулярно покрывают компоненты оборудования антикоррозионным слоем. Однако при появлении царапин или частичном отслоении краски начинается электрохимическая коррозия, которая продолжает распространяться, в результате чего сокращается срок службы оборудования. Поэтому химическим предприятиям не следует использовать такую сталь в качестве сырья для производства механического оборудования. В качестве основного материала для изготовления оборудования следует использовать стали, устойчивые к коррозии, такие как 16MnCu, 09MnCuPTi и другие обычные низколегированные стали. Хотя такая сталь дороже предыдущей, её общая экономическая эффективность гораздо выше. Согласно статистике, срок службы оборудования, изготовленного из низколегированной стали, в 2–3 раза превышает срок службы оборудования, изготовленного из обычной углеродистой стали. Поэтому соотношение цены и качества у такого оборудования гораздо лучше. 　　Исследования в области разработки коррозионностойких материалов являются ключом к прогрессу в технологиях защиты от коррозии, и прогресс технологий во все времена был тесно связан с ними. Коррозионностойкие материалы в основном делятся на металлические материалы, полимерные материалы и неорганические неметаллические материалы. 　　Металлы и сплавы являются основой строительных материалов, среди которых сталь занимает ведущее положение. Однако устойчивость стали к коррозии имеет свои ограничения. Разработка и применение сплавов и цветных металлов с высокими характеристиками развиваются быстрыми темпами, что в определенной степени позволяет решить проблемы локальной коррозии и коррозии в особых условиях. Такие как коррозионностойкие сплавы с высоким содержанием молибдена, двухфазная нержавеющая сталь, высокочистая ферритная нержавеющая сталь, никелевые сплавы, низкосодержащая легированная сталь, титан и его сплавы. Коррозионностойкие неметаллические материалы в настоящее время широко применяются в химической промышленности как в странах мира, так и внутри страны. Неметаллические материалы обладают отличной стойкостью к коррозии, а их механические свойства можно улучшить путем усиления и т. д.; в некоторых областях уже наблюдается тенденция к замене стали такими материалами. В настоящее время разрабатываются такие материалы, как коррозионностойкие пластики, стеклопластик, графит, эмалированный стеклопластик, инженерная керамика.
2. Поверхностные покрытия
Среди существующих методов защиты от коррозии доля затрат на поверхностные антикоррозионные покрытия и технологии обработки металлических поверхностей составляет около 87% от общих затрат на борьбу с коррозией. Применение правильных технологий защиты поверхности от коррозии является необходимым способом для увеличения срока службы оборудования, снижения затрат на ремонт и повышения эффективности его эксплуатации. В то же время использование технологий защиты поверхности **повышает коррозионную стойкость всего материала. Распространенные технологии защиты поверхностей от коррозии в химической и нефтехимической промышленности включают покрытие, утепление, покрытие слоем металла, импрегнирование, а также различные высокотехнологичные методы, разработанные в последние годы. Среди них наиболее широкое применение находят покрытия и утеплители. 　　2.1 Антикоррозионные краски Разработка антикоррозионных красок является областью исследований, привлекающей внимание специалистов. В химической промышленности такие краски используются в основном для защиты внутренних и внешних поверхностей зданий, сооружений, оборудования и резервуаров, а также трубопроводов для транспортировки воды, нефти и газа. Согласно статистике, причиной повреждения антикоррозионных покрытий в 75% случаев является ненадлежащая обработка поверхности основания. Поэтому крайне важно уделять должное внимание качеству обработки поверхности. Несколько перспективных видов красок, таких как краски на основе цинка, высокостойкие антикоррозионные краски, краски, устойчивые к высоким температурам, керамические краски, краски для покрытия ржавчины, фторсодержащие краски и т. д., в настоящее время являются самыми активно изучаемыми красками в мире. 　　2.2 Технология покрытия и композитные трубы Технология покрытия предусматривает использование материалов с высокой прочностью (таких как углеродистая сталь, стеклопластик, чугун и т. д.) в качестве конструкционных материалов, а в качестве слоя покрытия используются материалы с отличными антикоррозийными свойствами. Технологии подкладки делятся на плотную и свободную подкладку; за рубежом основное внимание уделяется развитию технологии плотной подкладки. Технология покрытия часто используется в химическом оборудовании, трубопроводах и т. д. 　　2.3 Другие технологии обработки поверхностей Покрытие электролитическим способом и химическое покрытие находят применение в химической защите от коррозии. К основным методам электролитического покрытия относятся нанесение хрома, цинка и никеля. Пассивация покрытия из оцинкованной стали является очень активно развивающейся областью. За последние десять лет были разработаны методы цветной пассивации с низким содержанием хрома или без хрома, черная пассивация, военно-зеленая пассивация, а также мощные пассивирующие слои на основе силиконовых или других смол. Эти методы способствуют повышению стойкости оцинкованного покрытия к коррозии в морской и промышленной атмосфере, а также в промышленных и речных водах. Химическое покрытие — это технология формирования металлического покрытия на поверхности твердого тела путем самокаталитической окислительно-восстановительной реакции металлических солей и восстановителя в одном растворе. Химическое покрытие никелем-фосфором и тройными никелевыми сплавами обеспечивает продуктам лучшую стойкость к коррозии и более широкий выбор по сравнению с продуктами, полученными методом электропокрытия. Это один из самых быстро развивающихся методов обработки поверхностей в мире. 　　Покрытие путем распыления – это технология, при которой с помощью пламени, плазмы или дугового распыления на материалах и изделиях создается защитный коррозионно-устойчивый и износостойкий слой из металлов, сплавов, неорганических или органических веществ. 　　Химическая термообработка: химическая термообработка, в частности нанесение алюминия и хрома, на протяжении последних десяти лет находит широкое применение для защиты химического оборудования от коррозии. 　　Фосфатирование как важный предварительный этап покрытия используется уже многие годы. За последние десять с лишним лет тройные системы щелочных металлов, используемые для фосфатирования при низких или комнатных температурах, привели к качественному прогрессу в технологии фосфатирования. 　　3. Электрохимическая защита. Электрохимическая защита – это метод защиты от коррозии, при котором с помощью внешнего тока изменяется потенциал коррозии металла (включая сплавы), что позволяет снизить скорость его коррозии. Электрохимическая защита может быть разделена на катодную и анодную защиту. Технология электрохимической защиты привлекла большое внимание и находит широкое применение в области защиты от коррозии в химической промышленности. Это эффективный, экономичный и практичный способ защиты от коррозии. 　　Катодная защита заключается в подаче на поверхность металла достаточного количества катодного тока, что приводит к снижению его потенциала и уменьшению скорости растворения металла. Структура защищаемого оборудования, как правило, не должна быть слишком сложной. У оборудования с сложной структурой плотность тока вблизи вспомогательного анода велика, а вдали от него — мала, в результате чего не обеспечивается достаточный уровень тока для защиты. Они даже не обеспечивают защиты, что приводит к так называемому «эффекту закрытия». Катодная защита применяется в основном к металлическим конструкциям, находящимся в воде и почве, но обычно требуется в условиях, когда конструкция оборудования простая, а коррозионная активность среды не слишком высока. Катодная защита позволяет не только предотвратить обычную равномерную коррозию, но и защитить некоторые материалы от точечной коррозии, межкристаллической коррозии, ударной коррозии, селективной коррозии и т. д. 　　Анодная защита заключается в соединении защищаемого металлического элемента с положительным полюсом внешнего постоянного источника тока. В электролитическом растворе металлический элемент анодно поляризуется до определенного потенциала, что позволяет ему достичь и поддерживать стабильное состояние инертности. Благодаря этому процесс анодного разложения замедляется, скорость коррозии значительно снижается, что обеспечивает защиту оборудования. Для металлов, не обладающих свойствами тонирования, нельзя применять анодную защиту. Основные области применения: 1. Конструкции, используемые в производстве серной кислоты, такие как резервуары из углеродистой стали, различные теплообменники, генераторы трехокиси серы и т. д. 2. Структуры в растворах аммиака и аммонийсолей, карбонизационные башни, резервуары для аммиака и т. д. 　　В сильно окислительных средах в первую очередь следует рассмотреть возможность использования анодной защиты ； Когда возможно применение как анодной, так и катодной защиты, причем эффективность обоих методов схожа, следует отдать предпочтение катодной защите ； Если водородная коррозия нельзя игнорировать, необходимо применять анодную защиту. 　　4. Буферные вещества. Ингибиторы коррозии – это вещества, которые при очень низких концентрациях способны снизить скорость коррозии металлов в агрессивной среде. Это вещество может быть соединением или композитным веществом, состоящим из нескольких соединений. В химической промышленности ингибиторы коррозии используются в основном для предотвращения коррозии в системах промышленных охлаждающих растворов, а также для защиты химического оборудования, трубопроводов и котлов от коррозии во время химической чистки (обезжиривания). Также небольшое количество используется для технологической защиты от коррозии в процессе производства. 　　Ингибиторы коррозии для промышленных систем охлаждения. В процессе химического производства потребление промышленной воды для охлаждения очень велико, к тому же в результате аэрации в воду попадает большое количество растворенного кислорода, что способствует серьезной коррозии. Поскольку коррозия также ухудшает качество воды и приводит к потере ценных водных ресурсов, использование ингибиторов коррозии имеет значительные экономические и социальные преимущества. 　　Ингибиторы, используемые для химической чистки. На поверхности химического оборудования, трубопроводов, котлов и т. п. под действием химических, физических или биологических факторов могут образовываться загрязнения (например, известковый налет, ржавчина, масляный налет и биологический налет). Процесс удаления этих загрязнений с помощью химических средств с целью восстановления первоначального состояния поверхности называется химической чисткой. 　　В общем, в процессе производства на химических предприятиях химическое оборудование является необходимым средством для обеспечения нормальной работы предприятий. Проблемы, связанные с защитой химического оборудования от коррозии, также привлекают все большее внимание в сфере химического производства. Стремление повысить защитные свойства химического оборудования, максимально увеличить срок его службы и снизить производственные затраты химических предприятий стало ключевой проблемой в сфере производства в химической промышленности сегодня.