По предмету: Основи матеріалознавства і общеслесарних робіт
На тему: Способи захисту суден від корозії
1. Поняття корозії
При звичайних умовах метали можуть вступати в хімічні реакції з речовинами, що містяться в навколишньому середовищі, - киснем і водою. На поверхні металів з'являються плями, метал стає крихким і не витримує навантажень. Це призводить до руйнування металевих виробів, на виготовлення яких було витрачено велику кількість сировини, енергію і кількість людських зусиль.
Корозією називають мимовільне руйнування металів і сплавів під впливом навколишнього середовища.
Яскравий приклад корозії - іржа на поверхні сталевих і чавунних виробів. Щорічно через корозію втрачають близько чверті всього виробленого в світі заліза. Витрати на ремонт або заміну судів, автомобілів, приладів і комунікацій, водопровідних труб у багато разів перевищують вартість металу, з якого вони виготовлені. Продукти корозії забруднюють навколишнє середовище і негативно впливають на життя і здоров'я людей.
Хімічна корозія відбувається в різних хімічних виробництвах. В атмосфері активних газів (водню, сірководню, хлору), в середовищі кислот, лугів, солей, а також в розплавах солей та інших речовин відбуваються специфічні реакції з залученням металевих матеріалів, з яких зроблені апарати, в яких здійснюється хімічний процес. Газова корозія відбувається при підвищених температурах. Під її вплив потрапляють арматура печей, деталі двигунів внутрішнього згоряння. Електрохімічна корозія відбувається, якщо метал міститься в будь-якому водному розчині.
Найбільш активними компонентами навколишнього середовища, які діють на метали, є кисень О2. водяна пара Н2О, карбон (IV) оксид СО2. сірки (IV) оксид SО2. азоту (IV) оксид NО2. Дуже сильно прискорюється процес корозії при контакті металів з солоною водою. З цієї причини кораблі іржавіють в морській воді швидше, ніж в прісній.
Суть корозії полягає в окисленні металів. Продуктами корозії можуть бути оксиди, гідроксиди, солі і т.д. Наприклад, корозії заліза можна схематично описати наступним рівнянням:
Зупинити корозію неможливо, але її можна уповільнити. Існує багато способів захисту металів від корозії, але основним прийомом є запобігання контакту заліза з повітрям. Для цього металеві вироби фарбують, покривають лаком або покривають шаром мастила. У більшості випадків цього достатньо, щоб метал не руйнувався протягом декількох десятків або навіть сотень років. Інший спосіб захисту металів від корозії електрохімічне покриття поверхні металу або сплаву іншими металами, стійких до корозії (нікелювання, хромування, цинкування, сріблення і золочення). У техніці дуже часто використовують спеціальні корозійностійкі сплави.
2. Принцип дії протекторної захисту
Метод електрохімічного захисту був винайдений і вперше застосований в Англії в 1824 році для захисту обшивки кораблів від корозії.
Електрохімічний протекторна захист металів від корозії заснована на припинення корозії металів під дією постійного електричного струму. Поверхня будь-якого металу гальванически неоднорідна, що і є основною причиною його корозії в розчинах електролітів, до яких відносяться морська вода, все пластові і все підтоварної води. При цьому в першу чергу руйнуються ділянки поверхні металу з найбільш негативним потенціалом (аноди), з яких струм стікає в зовнішнє середовище, а ділянки металів з більш позитивним потенціалом (катоди), в які струм втікає із зовнішнього середовища, не руйнуються. Механізм дії протекторної захисту полягає в перетворенні всієї поверхні, що захищається металевої конструкції в один загальний неруйнівного катод. Анодами при цьому будуть підключені до конструкції, що захищається електроди з більш електронегативного металу - протектори. Електричний захисний струм виходить внаслідок роботи гальванічної пари протектор-захищається конструкція. При своїй роботі протектори поступово зношуються (анодно розчиняються), захищаючи при цьому основний метал, тому за кордоном протектори називають «жертовними анодами». Електрохімічний захист однаково ефективна як для споруджуваних, так і для знаходяться в експлуатації суден, резервуарів та іншого обладнання.
Протекторна захист зазвичай застосовується спільно з лакофарбовим покриттям. Таке поєднання пасивної, який є забарвлення, і активного захисту, до якої відноситься протекторна, дозволяє зменшити витрату протекторів і тим самим збільшити термін їх служби, забезпечити більш рівномірний розподіл захисного струму по поверхні захищаються конструкцій і, нарешті, компенсувати всі дефекти покриття, пов'язані з неминучим його руйнуванням при монтажі, транспортуванні та процесі експлуатації, в тому числі внаслідок природного старіння (набухання, спучування, розтріскування, відшаровування).
При цьому слід зазначити, що на оголеній поверхні металу при його катодного поляризації в морській, пластової і подтоварной водах випадає катодний сольовий осад, що складається з нерозчинних солей кальцію і магнію і грає роль додаткового покриття. Разом з тим, протекторна захист в змозі забезпечити повний захист від корозії сталевих зварних споруд і без їх забарвлення. В цьому випадку повинна бути забезпечена більш висока щільність захисного струму на неокрашенной сталевий поверхні, що вимагає збільшення кількості протекторів і посилить їх витрата. Однак, беручи до уваги високу трудомісткість нанесення лакофарбових покриттів, особливо на судах і резервуарах, які вже перебувають в експлуатації, такий спосіб протикорозійного захисту за допомогою установки тільки одних протекторів представляється для них вельми перспективним.
Оскільки основна маса металевих конструкцій робиться, як правило, зі сталі, в якості протектора можуть використовуватися метали з більш негативним, ніж у сталі електродним потенціалом. Серед основних їх три - цинк, алюміній і магній. Використовувати чисті метал в якості протекторів не завжди доцільно. Так, наприклад, чистий цинк розчиняється нерівномірно через крупнозернистой дендритних структури, поверхня чистого алюмінію покривається щільною оксидною плівкою, магній має високу швидкість власного корозії. Для додання протекторам необхідних експлуатаційних властивостей в їх склад вводять легуючі елементи.
3. Магнієві протектори
Через високий робочого потенціалу магнієвого протекторного сплаву (мінус 1,45 В за хлорсеребряного електрода порівняння) відбувається швидкий знос протекторів і тому не представляється можливим за допомогою цих протекторів здійснити захист на прийнятний для практики тривалий термін. Слід зазначити також що у магнію і магнієвих сплавів, на відміну від цинку і алюмінію, відсутній поляризація, супроводжувана зменшенням токоотдачи.
Небажано застосування магнієвих протекторів для захисту внутрішньої поверхні танків, резервуарів інших ємностей для зберігання, відстою або перевезення нафти і нафтопереробки, так як магнієві протектори є вкрай пожежовибухонебезпечними (при зіткненні магнію зі сталлю утворюються іскри), а при роботі магнієвих протекторів виділяється газоподібний водень, який сам здатний створювати вибухопожежонебезпечних середу.
Найбільш вигідно застосування магнієвих протекторів для захисту трубопроводів, днищ резервуарів зовні, металоконструкцій, які працюють в середовищі прісної води, атмосферних умовах, зонах змінного змочування і грунтах з високим питомим опором.
4. Цинкові протектори
Протектори з цинкового сплаву повністю вибухопожежобезпеки, що дозволяє їх застосовувати на об'єктах, до яких висуваються жорсткі вимоги щодо вибухопожежобезпеки. Крім того, при їх анодному розчиненні не утворюються продукти, які забруднюють робочу середу.
Досвід показує, що в піщано-парафінистих відкладеннях на днищах резервуарів через їхню невисоку електропровідності анодної активності алюмінієвого сплаву недостатньо. Тому, з огляду на, що протектори з цинкового сплаву мають більш високий робочий потенціал, ніж протектори з алюмінієвого сплаву, для захисту від корозії внутрішньої поверхні нафтових резервуарів, в першу чергу, днищ і нижніх поясів, найбільш раціонально застосовувати протектори з цинкового сплаву.
5. Алюмінієві протектори
Короткозамкнені протектори зі сплаву з підвищеною анодної активністю призначені для захисту днищ резервуарів, схильних до накопичення піщано-парафінових відкладень, питома електропровідність яких значно нижче, ніж у пластових вод. Такий матеріал характеризується величиною робочого і стаціонарного негативного потенціалу по водневого електрода порівняння відповідно 850-900 мВ. Застосування таких сплавів дозволяє також забезпечити захист конструкції при наявності в агресивному середовищі сульфатвосстанавлівающіх бактерій, присутніх в нафти практично завжди. Браслетні алюмінієві протектори дозволяють захистити зварні стикові з'єднання промислових трубопроводів, які найбільш уразливі для корозії.
6. Методика розрахунку протекторного захисту
корозія метал захист протектор
6.1 Розрахунок протекторного захисту днища сталевих резервуарів від ґрунтової корозії
При протикорозійного захисту днищ РВС протекторними установками, заглиблені в грунт, основним завданням є визначення числа протекторів і терміну їх служби. опору ізоляції днища і питомої електричного опору грунтів.
Алгоритм розрахунку протекторного захисту днища сталевих резервуарів від ґрунтової корозії виглядає наступним чином:
1. оцінюється перехідний опір ізоляції днища резервуара виходячи з перехідного опору системи резервуар-грунт, що визначається за показаннями приладу і площі днища резервуара;
2. захисна щільність струму приймається в залежності від питомої електричного опору ґрунту і знаходиться сила струму, необхідна для захисту днища резервуара від корозії;
3. перевіряється можливість повного захисту резервуара від корозії за допомогою протекторів;
4. визначається орієнтовна кількість протекторів виходячи з опору розтікання струму з протектора, опору проводу телефонної лінії, сили струму і абсолютних значень потенціалів резервуару і протектора до підключення;
5. після коригування числа протекторів за допомогою коефіцієнта екранування, приймається їх остаточна кількість;
6. на заключному етапі оцінюється термін служби протектора з урахуванням його ККД, маси, сили струму, коефіцієнта використання і теоретичного еквівалента матеріалу протектора.
6.2 Розрахунок протекторного захисту внутрішньої поверхні днища і першого поясу сталевих резервуарів
Як і в попередньому випадку, основним завданням розрахунку є визначення кількості протекторів, що розташовуються на днище резервуара, і термін їх служби.
Число протекторів можна визначити виходячи з радіуса резервуара, зони дії одного протектора і рівня підтоварної води в резервуарі.
Термін служби оцінюється з урахуванням технологічного коефіцієнта, що характеризує умови роботи резервуара, маси протектора і сили його струму, яка, в свою чергу, залежить від діаметрів протектора і електроліту (резервуара), поляризаційного опору протектора, різниці потенціалів протектор-днище при розімкнутому ланцюзі і поправочного коефіцієнта, що залежить від рівня підтоварної води.
Розміщено на Allbest.ru