Повышения работоспособности оборудования
Оборудование предприятий ЦБП подвержено общей питтинговой, межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию. Из статистики отказов машин и аппаратов следует, что 31,5% разрушений вызвано общей коррозией, по причине коррозионного растрескивания – 21,6%, на долю питтинговой и межкристаллитной приходится 15,7% и 10,2%. Процессы коррозии приносят колоссальные убытки: США ежегодно расходует до 40% производимого металла, СНГ – 25 млн. т. сталей и сплавов.
Поверхности деталей, находящиеся в непосредственном контакте с газообразными и жидкими агрессивными средами различного состава, при различных температуре и скорости относительного движения, и коррозионной активностью изнашиваются весьма интенсивно.
Одновременно с коррозионным воздействием среды поверхность многих деталей подвергается локальным механическим нагружениям, возникающим при трении и других видах взаимодействия сопрягаемых поверхностей, износу твердыми абразивными частицами, динамическому воздействию потока жидкости и т.п. Все это приводит к преждевременному выходу оборудования из строя вследствие интенсивного развития процессов коррозии и изнашивания рабочих поверхностей.
Необходимое условие для обеспечения требуемой длительности межремонтной эксплуатации оборудования — правильный выбор конструкционных материалов. Эти материалы должны обладать прежде всего достаточно высокой стойкостью против коррозии и изнашивания в агрессивных средах.
Реальный путь повышения работоспособности оборудования — защита металлов от коррозии с помощью антикоррозионных покрытий. Достигнутые успехи в этой области хотя и бесспорны, однако те потери металлов, которые все еще имеются, заставляют искать новые, более эффективные пути борьбы с разрушениями. Поиск их связан с глубоким изучением факторов, определяющих интенсивность развития коррозионных процессов, и разработкой новых способов нанесения коррозионностойких, износостойких и антифрикционных покрытий.
Коррозия оборудования в агрессивных средах
Коррозия — процесс разрушения металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой. Поскольку подавляющее большинство технологических сред представляют собой электролиты, то основным видом коррозии оборудования является электрохимическая коррозия. При этом вследствие электрохимических процессов происходит разрушение поверхности металлов
Для оборудования целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП) характерны сплошная (равномерная и неравномерная) и местная коррозии.
Сплошная коррозия проявляется в постепенном уменьшении первоначальной толщины элементов сосудов, аппаратов и деталей машин. Скорость коррозии при этом может быть заранее рассчитана, исходя из имеющихся данных по коррозионной стойкости конструкционных материалов в конкретных технологических средах.
Большую опасность представляет местная (избирательная) коррозия. Основными причинами появления местной коррозии, охватывающей отдельные участки поверхностей деталей машин и аппаратов, являются как внутренние факторы — непостоянство структуры и свойств материала, состояние поверхности, неоднородное напряженное состояние в элементах конструкции и т.п., так и внешние факторы, определяемые прежде всего условиями взаимодействия металла со средой (температура, давление, время, условия контактирования, состав коррозионной среды и т.п.). Для оборудования ЦБП характерна местная коррозия: пятна и язвы, точечная, контактная и щелевая.
Большинство аппаратов ЦБП изготовлены с применением сварки. При выполнении сварочных работ в результате специфических условий кристаллизации и воздействий термодеформационного цикла возникают неблагоприятные изменения в металле сварной конструкции и сварном шве. При этом для сварных соединений характерными недостатками являются структурно-химическая макро- и микронеоднородность в отдельных зонах соединения (основной металл вне зоны термического влияния, переходные структуры в пределах каждого участка зоны термического влияния основного металла, металл сварного шва), неоднородность напряженного состояния вследствие наличия остаточных напряжений, пластических деформаций, дефектов сварных швов, технологических и конструктивных концентраторов напряжений. Все это приводит к повышению термодинамической неустойчивости и чувствительности металла к воздействию агрессивной среды. В этом случае анодные участки металла, имеющие отрицательный потенциал, являются менее устойчивыми по сравнению с катодными, поэтому коррозионная среда растворяет преимущественно анодные участки.
В связи с наличием неоднородности возможны случаи, когда анодом является сварной шов или отдельные участки зоны термического влияния. При электрохимической коррозии эти участки сварного соединения будут растворяться, что приведет к специфическим видам местной коррозии, проходящей иногда со значительной скоростью.
Оценивать и прогнозировать процессы развития местной коррозии практически невозможно, поэтому она во многих случаях приводит к внезапному выходу конструкции из строя. Значительно снижают работоспособность сварной конструкции такие виды избирательной коррозии, как межкристаллитная коррозия, характерная для сварных конструкций, изготовленных из нержавеющих хромистых и хромоникелевых сталей, и ножевая коррозия по линии cплавления.
Для оборудования ЦБП характерным видом коррозионных разрушений является также коррозионная усталость и коррозионное растрескивание. Коррозионная усталость возникает при одновременном воздействии циклических растягивающих напряжений и агрессивной среды и обусловлена значительным понижением предела усталости в специфических условиях по сравнению с пределом усталости этих металлов на воздухе. Коррозионное растрескивание имеет место при одновременном воздействии коррозионной среды и внешних или внутренних растягивающих напряжений с образованием транскристаллитных или межкристаллитных трещин.
На склонность к образованию коррозионных трещин оказывают существенное влияние концентрация и характер коррозионной среды, ее давление и температура, физико-химические свойства металла, величина и характер распределения растягивающих напряжений и т.п. В ЦБП коррозионное растрескивание малоуглеродистых и низколегированных сталей наблюдается в щелочных растворах, особенно при температурах более 40-45оС. В этом случае растрескивание происходит при высоком уровне растягивающих напряжений, близком к пределу текучести. В сварных соединениях трещины образуются чаще всего в зоне максимальных остаточных напряжений, в дефектах формы шва и в околошовной зоне, т.е. в тех местах, где имеется структурно-химическая неоднородность и неоднородность упругопластической деформации.
Хромоникелевые коррозионностойкие стали подвергаются наиболее часто транскристаллитному коррозионному растрескиванию в хлоросодержащих средах при повышенных температурах (свыше 60°С), что является характерным для многих аппаратов ЦБП.
Коррозионное растрескивание и коррозионную усталость связывают с процессом электрохимической коррозии и с факторами механического и адсорбционного снижения прочности металлов в агрессивных средах. У этих процессов много общего, однако при циклическом нагружении имеет место постоянное разрушение защитной оксидной пленки и более интенсивное перемешивание коррозионной среды, что интенсифицирует протекание процессов коррозионной усталости.