Химсопрмат

Термодиффузионные покрытия на железе можно создавать сле-

дующими металлами:

1)алюминием – термоалитирование;

2)хромом – термохромирование;

3)кремнием – термосилицирование.

При термоалитировании происходит процесс выделения хлори-

стого алюминия, который, являясь летучим соединением, быстро достигает поверхности стального изделия, и протекает реакция

Освобожденный хлор взаимодействует с алюминием и вновь дает летучий хлористый алюминий. Таким образом, осуществляется перенос металла покрытия на металл изделия через газовую фазу. Затем происходит диффузия атомов алюминия в поверхностный слой детали. Нагрев ведут при 950-1000 °С в течение 5-6 часов. Глубина защитного слоя тем больше, чем выше температура и продолжительность процесса (рис. 7.35). Обычно получают поверхностные слои толщиной от 0,3 до 0,6 мм.

Рис. 7.35. Влияние продолжительности и температуры процесса алитирования на толщину защитного слоя

369

Термоалитирование значительно повышает жаростойкость стальных изделий (рис. 7.36). Они могут эксплуатироваться продолжительное время при температурах 800-900 °С. Обеспечивают хорошую защиту против газовой коррозии в атмосферах, содержащих соединения серы. При температурах выше 1000 °С их защитные свойства па-

дают [14, 24].

Рис. 7.36. Повышение жаростойкости стали при термоалитировании поверхности (t = 800 °С):

1 – сталь с покрытием; 2 – сталь после термоалитирования

Диффузионное насыщение стали алюминием является одним из самых надежных способов защиты от действия кислорода при высоких температурах. Алитированные изделия могут использоваться вместо жаростойких сталей [24].

Внешний алитированный слой обладает повышенной хрупкостью. Поэтому алитированию подвергаются изделия в собранном виде.

Алитирование находит широкое применение для защиты от газовой коррозии оборудования нефтеочистительных и нефтеперегонных установок, деталей газогенераторов, муфельных печей и т. д.

Термохромирование – процесс насыщения поверхности изделия из стали или чугуна хромом. Его проводят при температуре 1000-

370

1500 °С в смеси порошкообразного хрома или феррохрома, каолина и хлористого аммония. Процесс продолжается 8-16 часов. За это время получают слой толщиной 50-200 мкм.

Термохромированные изделия обладают высокой жаростойко-

стью, твердостью и жаропрочностью. Они широко применяются в химической и нефтехимической промышленности, особенно в окис-

лительных средах, и в деталях, испытывающих повышенные нагрузки от трения.

Термосилицирование является аналогичным технологическим процессом. Оно осуществляется с применением смеси порошков или в газообразной среде. Глубина защитного слоя составляет 0,8-1,0 мм.

Такое покрытие хорошо защищает углеродистую сталь от газовой коррозии.

Металлизация напылением. Сущность метода состоит в нане-

сении расплавленного металла на поверхность защищаемого изделия с помощью струи сжатого воздуха или инертного газа. Частицы рас-

плавленного металла, двигаясь с большой скоростью, ударяются о поверхность основного металла и сцепляются с ней, образуя метал-

лическое покрытие. Металл поступает в распылитель в виде проволо-

ки и расплавляется либо в газовом пламени, либо в электрической ду-

ге, создаваемой между двумя электродами.

Покрытия наносят с целью защиты изделий от коррозионного воздействия среды, для восстановления изношенных трущихся по-

верхностей, для придания изделиям жаростойкости. Путем металли-

зации можно покрывать большие сложной формы конструкции в соб-

ранном виде.

Основной металл детали в процессе металлизации нагревается весьма незначительно, поэтому он не претерпевает структурных из-

менений, и его усталостная прочность не понижается.

Метод напыления применяется в промышленности для защиты крупногабаритных конструкций в собранном виде, например, газ-

гольдеров, резервуаров и т.д.

371

Горячий метод, или метод погружения в расплавленный ме-

талл. Это старейший и наиболее простой способ нанесения металла на стальные листы, проволоку и готовые изделия. «Горячие» покры-

тия образуются при погружении защищаемого металла в расплав ме-

талла, используемого для покрытия, в качестве которого применяют металлы, имеющие невысокую температуру плавления: цинк, олово,

свинец, алюминий.

Перед нанесением на металл покрытия его обрабатывают флю-

сом, состоящим из 52-56% хлорида аммония, 5-6% глицерина, ос-

тальное – хлорид покрываемого металла. Флюс защищает расплав от окисления и удаляет с поверхности оксидные и солевые пленки. К

числу недостатков этого способа относятся сравнительно большой расход наносимого металла, неравномерность покрытия по толщине

иневозможность нанесения металла на резьбу, в узких отверстиях

ит. д.

Вхимическом машиностроении используют нанесение на железо или сталь алюминия. Алюминиевые покрытия получают в ваннах с расплавленным алюминием, нагретым до 780-800 °С, погружая в них детали на 40-50 мин.

Большое применение нашел способ горячего свинцевания. Горя-

чие свинцовые покрытия применяют для защиты мешалок, кранов,

различной арматуры. При толщине покрытия в несколько миллимет-

ров на железе получают плотный беспористый слой свинца.

Для защиты особо ответственных аппаратов или при работе с очень агрессивными средами применяют гомогенное свинцевание. По этому способу свинец наносится на предварительно луженую поверхность защищаемой конструкции в виде капель расплава, которые, смачивая деталь и растекаясь по поверхности, образуют гомогенное покрытие.

Плакирование – термомеханический способ. Является наиболее совершенным методом защиты малостойких металлов сплавами или металлами, обладающими повышенной коррозионной стойкостью.

372

Способ плакирования заключается в том, что на матрицу основного металла накладывают с обеих сторон листы другого металла, затем весь пакет подвергают горячей прокатке. В результате термодиффузии на границе раздела металлов получают прочное многослойное изделие.

Для плакирования применяют металлы и сплавы, обладающие хорошей свариваемостью, например, углеродистые и кислотостойкие стали, дюралюмины, сплавы меди.

В качестве защитного покрытия для плакирования используют алюминий, тантал, молибден, титан, никель, нержавеющие стали.

Толщина плакирующего слоя колеблется от 3 до 40% от толщины защищаемого металла. Плакированную сталь можно подвергать всем видам механической обработки, в том числе штамповке и сварке.

Метод плакирования позволяет экономить дорогостоящие металлы или высоколегированные сплавы и находит широкое применение в промышленности.

373

Глава8 КОРРОЗИЯОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕГАЗОПЕРЕРАБОТКИ

Проблема антикоррозионной защиты оборудования и нефтегазо-

переработки приобрела в настоящее время первостепенное значение и требует практического решения.

Высокие коррозионные потери в нефтеперерабатывающей и неф-

техимической промышленности определяются значительными объе-

мами производства и большой металлоемкостью.

При проектировании установок необходимо провести первичный анализ доступа и расположения потенциальных мест коррозионных разрушений, так как многие проблемы появляются только после того,

как аппараты или другие изделия были отданы в эксплуатацию. Про-

ведение мероприятий для решения коррозионных проблем во время работы аппарата или какого-то изделия может быть очень дорогим занятием, а в некоторых случаях это сделать просто невозможно.

На рис. 8.1 представлен график классического цикла жизни сис-

темы, известный как U-образная кривая жизни [53], который показы-

вает жизненный цикл системы от установки до выхода ее из строя.

Рис. 8.1. Классический цикл жизни системы

374

Как видно из графика, существует три фазы жизни системы:

1)представления для работы;

2)нормальное операционное использование;

3)износ.

Во время первой фазы дефекты идентифицируются и устраняют-

ся, результатом чего становится большое количество поломок в на-

чальной стадии, за которым следует их стабильный спад. Для систем,

сконструированных с недостаточным вниманием к коррозии, эта на-

чальная фаза отвечает за идентификацию и ослабление неожиданной коррозии. Основная часть жизненного цикла проходит в нормальной работе системы (вторая фаза) только при постоянном обслуживании и соблюдении графика проведения ремонтных работ. Очень важно пра-

вильно обслуживать систему во время этой фазы, проводя необходи-

мые мероприятия по устранению коррозии оборудования. Если не предпринимать эти шаги, система будет подвергаться коррозии, ус-

коряя начало третьей фазы, когда количество поломок и связанных с этим мероприятий по обслуживанию начинает стабильно возрастать,

и система достигает максимума операционной жизни. Правильный выбор материалов во время фазы разработки и использование подхо-

дящих мероприятий по предотвращению коррозии во время эксплуа-

тации продлят жизнь системы.

Существует прямая зависимость между количеством поломок,

показанных на кривой жизненного цикла, и величиной полных затрат

(рис. 8.2). С ростом количества поломок (и соответствующих мер по предотвращению коррозии) растут и общие затраты. Можно предпо-

ложить, что в системах, сконструированных без коррозионной стой-

кости, фаза износа будет достигнута за более короткий период време-

ни. Следовательно, в новой системе должны быть запланированы устройства, которые в качестве альтернативы необходимы для сохра-

нения существующей системы в рабочем состоянии, что также требу-

ет значительных затрат.

375

форминга, на поверхностях теплообмена в теплообменниках и печ-

ных змеевиках, что может приводить к определенным технологиче-

ским осложнениям.

Особенность этих проявлений заключается в том, что негативное влияние таких отложений зачастую обнаруживается в значительном отдалении по ходу технологических потоков от тех зон технологиче-

ской схемы, где и происходит образование этих продуктов вследст-

вие коррозии оборудования. Продукты коррозии, накапливающиеся в составе технологических сред, способствуют образованию отложений иной природы. На это указывает присутствие в составе коксовых от-

ложений или солевых инкрустаций, возникающих в технологическом оборудовании и трубопроводах, продуктов коррозии металла в значи-

тельных количествах [55].

Мероприятия по защите металла от коррозии должны предусмат-

риваться [25]:

в период эксплуатации установок на проектной производи-

тельности;

в период эксплуатации установок на пониженных загрузках;

в периоды горячей и холодной циркуляции;

в периоды консервации;

при подготовке оборудования установок к ремонтам;

в периоды проведения ремонтов.

Особенно это касается оборудования и трубопроводов, выпол-

ненных из аустенитных материалов или сваренных аустенитными электродами.

Существующий характер эксплуатации оборудования приводит к большому числу выходов из строя колонн, емкостей, корпусов тепло-

обменников в результате коррозионного растрескивания резервуар-

ного парка.

Коррозионный износ оборудования может наблюдаться в период его простоя, что в основном определяется [25]:

377

1) поступлением в оборудование кислорода и влаги из атмосфе-

ры;

2)присутствием в оборудовании коррозионно-активных газов, образовавшихся в процессе эксплуатации;

3)наличием на поверхности металла оборудования коррозионноагрессивных отложений;

4)окислением отложений с образованием более коррозионноагрессивных продуктов.

По характеру проявления разрушение оборудования может быть постепенным и внезапным [25, 28]. Постепенное разрушение связано с протеканием общей коррозии металла и обычно обнаруживается и контролируется в период ревизии при ремонтных работах. Такое раз-

рушение оборудования достаточно легко прогнозируется при отсут-

ствии серьезных отклонений от технологического режима.

Внезапное разрушение связано с локальными видами коррозии

(питтинговая, язвенная, межкристаллитная) и коррозионным растрес-

киванием, прогнозирование и контроль которых сложны и неодно-

значны.

Для правильной оценки работоспособности оборудования и оп-

ределения его остаточного ресурса необходимо учитывать коррози-

онную агрессивность технологических сред на всех этапах эксплуа-

тации оборудования, включая агрессивность технологических сред и особенности химико-технологических методов защиты при работе установок в регламентном режиме, агрессивность конденсатов, обра-

зующихся при пропаривании аппаратов, а также состав присутст-

вующих в них отложений.

Операция пропаривания оборудования осуществляется перед проведением ремонтных работ в целях удаления из аппаратов и тру-

бопроводов остатков углеводородных продуктов и токсичных газов,

которые, кроме того, могут самовозгораться за счет содержания пи-

рофорных соединений железа при вскрытии оборудования и поступ-

ления в него кислорода воздуха [25].

378