1.4.5. Особенности износа оборудования

Оборудование химических и нефтехимических заводов подвергается чаще всего одновременно несколькими видами износа, например механическому и коррозионному.

Многообразие аппаратов, различный характер процессов, протекающих в них, большое число газообразных, жидких и твердых сред определяют особенность физического износа технологических установок. Основными факторами, определяющими коррозионное разрушение, являются химические свойства и физическое состояние среды. В технологических потоках часто встречаются вещества (сернистые соединения, хлор и хлористый водород, окислы азота, различные кислоты и др.), обладающих сильными агрессивными свойствами. Многие технологические процессы переработки нефти проводят при высоких давлениях и температурах. В этих условиях коррозионную активность могут приобрести вещества, в обычном состоянии не действующие на металлы и их сплавы.

В нефти содержатся сернистые соединения, соли буровых вод и нафтеновые кислоты, которые вызывают довольно интенсивную коррозию оборудования. Кроме того, при переработке нефтяных дистиллятов в систему вводят различные кислоты, щелочи и катализаторы, которые или сами разрушают металл, или в виде агрессивных комплексов с углеводородами.

Многие нефти включают буровые воды с растворенными в них солями сильных и слабых кислот, из которых наиболее опасны хлориды магния и кальция. Эти соли легко гидролизуются при температуре выше 100^оС, выделяющийся при этом хлористый водород во влажной среде образует разбавленную соляную кислоту.

В результате образования соляной кислоты при первичной переработке нефти выходят из строя, например, верхние пояса ректификационных колонн, конденсационно-холодильное оборудование и системы орошения, изготовленные из углеродистой хромистой стали, серого чугуна, меди и др. Наиболее стойки в такой среде хромоникелевые стали, кремнистый чугун, некоторые медноникелевые сплавы.

На предприятиях нефтепереработки и нефтехимии широко применяется серная кислота. Характер коррозии металла в присутствии концентрированной и разбавленной кислот различен. Концентрированная кислота (концентрация более 80%) не вызывает существенного разрушения даже углеродистых сталей. С понижением концентрации серной кислоты ее агрессивность возрастает.

Сильно разрушается оборудование под действием фосфорной кислоты, стойкость к которой проявляют лишь некоторые медноникелевые и хромоникельмолибденовые сплавы.

Оборудование, изготовленное из углеродистых и низколегированных сталей, а также серого чугуна подвергается коррозии в средах, содержащих хлористый алюминий, двухлористую серу, азотную кислоту и др.

Характер механического износа оборудования определяется также работой трущихся деталей при высоких или очень низких температурах, а также возможностью коррозионного разрушения трущихся деталей. Одновременное действие коррозионного и механического износа приводит к ускоренному выходу оборудования из строя.

1.5. Способы контроля и измерения величины износа

Для оценки коррозионного разрушения применяют качественный и количественный методы.

Качественный метод заключатся в визуальном осмотре и рассмотрении образца под микроскопом с целью проверки состояния поверхности, обнаружения продуктов коррозии на этих поверхностях, установления изменения окраски и физико-химических свойств среды.

Количественные методы состоят в определении скорости коррозии и фактических механических характеристик металла. Скорость коррозии оценивают весовым или объемным способом.

Величины потерь веса дают представление об общей коррозии, но не позволяют судить о степени межкристаллитной и избирательной коррозии. Анализируя продукты коррозии, можно установить количество металла, подвергшегося коррозии.

Коррозионная стойкость металлов и сплавов в соответствии с ГОСТ оценивается по десятибалльной и пятибалльной шкалам. В соответствии с десятибалльной шкалой по величине скорости коррозии (мм/год) металлы подразделяются на совершенно стойкие ( 0,001 мм/год), весьма стойкие (0,001 - 0,01 мм/год), стойкие (0,01 - 0,1 мм/год), понижено стойкие (0,1 - 1,0 мм/год), малостойкие (1,0 - 10,0 мм/год) и нестойкие ( 10,0 мм/год).

Характер коррозии и ее скорость определяют путем систематических осмотров и замеров, производимых в течение всего срока службы оборудования. Однако такие обследования бывают периодическими и требуют довольно частого отключения аппаратов, их подготовки и вскрытия, что уменьшает производительное время работы. Коррозионные свойства среды в различных участках можно установить путем непрерывного контроля с помощью зондов.

Принцип работы зонда основан на контроле изменения электрического сопротивления образцов, изготовленных из того же материала, что и исследуемое оборудование. Образец, имеющий определенные размеры и форму, помещают внутри аппарата на тех участках, где изучение характера коррозии металла или агрессивных свойств среды представляет наибольший интерес. Зондирование дает довольно точную картину коррозии оборудования.

В работе каждой трущейся пары более или менее четко выделяются три периода: приработка, нормальная работа и нарастающий износ. Повышение величины износа в период приработки объясняется сглаживанием неровностей сопрягаемых поверхностей до достижения стабильной шероховатости и постоянной площади контакта.

Период нормальной работы характеризуется сравнительно небольшой величиной и постоянной скоростью износа. Когда величина общего износа превышает определенное значение, наступает период сильно нарастающего износа, приводящего к полному разрушению трущейся пары.

Наиболее простой и распространенный метод определения величины износа - микрометраж, т. е. измерение фактических размеров деталей (диаметра, длины, толщины стенки, отклонения от прямолинейности и др.) и их сопоставление с первоначальными размерами, или непосредственное определение зазора, образовавшегося между сопряженными деталями.

Для микрометража применяются самые разнообразные инструменты: штангенциркули, микрометры, калибры (скобы), резьбовые калибры, шаблоны, зубомеры, щупы и т. д.

Для более точного определения суммарной величины износа пользуются методом взвешивания, заключающимся в определении потери веса образцом в результате износа. При этом методе необходимы тщательная очистка и промывка деталей и высокочувствительные весы.

В некоторых случаях, когда требуется контролировать износ оборудования в процессе его работы (на ходу), пользуются интегральным методом, предусматривающим определение количества стали или чугуна, перешедшего в смазочное масло в результате износа поверхности трения. Для этого из картера машины периодически берется проба масла на химической анализ. Этому методу аналогичен метод искусственных изотопов, обеспечивающий более высокую точность измерений. Изотопы, введенные в металл в процессе плавки, по мере износа детали переходят в смазочное масло, их количество в масле определяется специальным счетчиком.

Величину линейного износа на определенном участке поверхности детали удобно оценивать методом отпечатков. На исследуемой поверхности при помощи алмазной пирамиды делают отпечаток квадратного сечения. Методика нанесения отпечатка аналогична той, которой придерживаются при испытании металлов на твердость. По изменению размера диагонали отпечатка определяют остаточную глубину, а по ней - величину износа.

Кроме нормального износа, который характеризуется равномерностью и постепенным развитием и неизбежен при соблюдении всех условий эксплуатации, в практике нередки случаи так называемого катастрофического износа, протекающего весьма быстро, а иногда и мгновенно (поломка). Возможность катастрофического износа следует устанавливать как можно скорее, чтобы предотвратить аварии. Для этого пользуются всеми доступными способами внешнего осмотра и проверкой «на ощупь».

При внешнем осмотре проверяется правильность взаимного расположения деталей и узлов машины, состояние конструктивных элементов, плотность и прочность соединений, крепление к фундаменту и т. д. «На ощупь» определяется температура трущихся деталей и вибрация машины или отдельных ее узлов. Повышенная температура и недопустимая вибрация могут быть следствием усиленного износа.

Поломку движущихся деталей, а в некоторых случаях и наличие повышенного износа, легко установить по стуку или шуму на слух или с помощью специального слухового прибора (стетоскопа). О повреждении судят по изменению шума или равномерных стуков, характерного для исправной работы данного оборудования.

Трещины на поверхности обнаруживаются после тщательной ее зачистки путем визуального осмотра. Надежным является способ обмазки меловым раствором. Исследуемую поверхность смачивают керосином, затем вытирают насухо и наносят на нее растворенный в спирте мел. После испарения спирта на сухом меле отчетливо выступает керосин, вырисовывая контуры трещины.

При сквозной трещине керосином желательно смачивать одну поверхность, а обмазывать мелом противоположную поверхность детали. Влажные пятна на сухом меле выступают в течение времени, определяемом толщиной стенки детали и размерами трещины на ней.

Скрытые дефекты деталей (раковины, шлаковые включения, волосовины и др.) выявляются рентгеноскопическими, дефектоскопическими и электромагнитными методами.