Способы защиты оборудования от коррозии
Один из основных методов борьбы с коррозией химического
оборудования – нанесение на его поверхность защитного покры-
тия из химически стойкого к этой среде материала. В этом случае
металлический корпус обеспечивает прочность аппарата, а за-
щитное покрытие предохраняет его от воздействия среды.
Существует множество видов покрытий. Основные из них:
пленочное, листовое, футеровка.
Выбор вида покрытия определяется физико-химическими
условиями работы аппарата, свойствами материала и степенью
сложности геометрической формы защищаемой поверхности.
Пленочные защитные покрытия. Покрытия наносят одним
из следующих способов;
– осаждением слоя коррозионно-стойкого металла электрохи-
мическим методом;
– многослойной окраской поверхности лаками, красками и биту-
мами;
– напылением порошкообразных полимерных материалов и по-
следующим их спеканием;
– многослойным нанесением эмульсий (суспензий) из поли-
мерных материалов, сушкой и спеканием;
– механическим или электрофоретическим нанесением шихты из
порошкообразных материалов и ее спеканием в стекловидное со-
стояние (кислотоупорная эмаль).
Толщина пленочного покрытия составляет 0,1–0,5 мм. К
достоинствам защитного покрытия, полученного электрохимиче-
ским методом, относят простоту его образования, возможность
нанесения слоя на поверхности сложной конфигурации, сохране-
ние полезного объема аппарата и его массы. Однако этот метод
защиты в химической промышленности используют редко.
Окраску аппаратов применяют для защиты их наружной по-
верхности от атмосферной коррозии. Лакокрасочный материал
многокомпонентен. Он состоит из смеси пленкообразующего ве-
щества с растворителями, пластификаторами и пигментами.
Пленкообразующее вещество может растворяться в воде (водо-
растворимые полимеры) и не растворяться (растительные масла,
полимеры и олигомеры, битумы и т. д.). В качестве растворите-
лей используют скипидар, толуол, ацетон, спирты и пр. Пласти-
фикаторами служат хлорированный нафталин и дибутилфталат.
Они сообщают покрытию необходимую пластичность.
Пигменты придают лакокрасочному материалу необходи-
мый цвет, а иногда повышают механическую прочность. В каче-
стве пигментов обычно используют высокодисперсные порошки
оксидов металлов.
Растворы пленкообразующих веществ в органических рас-
творителях называют лаками, при добавлении в лак пигмента по-
лучают эмаль. Лакокрасочный материал, полученный на основе
водорастворимых пленкообразующих с добавлением пигмента,
называют краской. Основой масляных красок служат олифы.
В химическом машиностроении применяют грунтовки,
шпатлевки, лаки, эмали, приготовленные на основе природных и
синтетических олигомеров и полимеров (эпоксидные, фенолфор-
мальдегидные, перхлорвиниловые), битумов, эфиров целлюлозы
(нитраты целлюлозы).
Технологические режимы окраски поверхностей различны-
ми лакокрасочными материалами различны, но в общем процесс
образования защитного слоя покрытия сводится к следующему:
– подготовка поверхности – очистка от загрязнений (ржавчины,
старой краски и т. д.) и обезжиривание;
– нанесение на поверхность грунтовки – для обеспечения хо-
рошей адгезии (сцепляемости) лакокрасочного материала с по-
верхностью; зачистка абразивом высохшего слоя грунта;
– шпатлевание поверхности – для получения ровной окрасочной
пленки; зачистка абразивом высушенной поверхности шпат-
левки;
– окраска поверхности (при многослойной окраске последующие
слои наносят после высыхания предыдущего).
В химической промышленности широкое распространение
имеют лак-177, «Кузбасслак², лаки и эмали на основе перхлор-
виниловой смолы (ХСЛ, ХСЭ-3, ХСЭ-14, ХСЭ-23 и др.). «Куз-
басслак² – раствор каменноугольного пека в сольвенте. Он стоек
к слабым кислотам и щелочным средам. Лак-177 — это раствор
битумов в органических растворителях, его используют для изго-
товления термостойкой «алюминиевой² краски. Перхлорвини-
ловые эмали представляют собой раствор перхлорвиниловой
смолы в летучих растворителях с добавками пластификаторов и
соответствующих пигментов. Их применяют для окраски обору-
дования в цехах с атмосферой, содержащей пары минеральных
кислот и хлора.
Хорошей кислото-, щелоче- и атмосферостойкостью обла-
дают лакокрасочные материалы на основе эпоксидных смол (лак
Э-4100, эмали Э-5, Э-11, шпатлевка Э-4020 и др.). Перед приме-
нением в них вводят отвердитель (4-5 % полиэтиленполиамина
или гексаметилендиамина). Эпоксидная смола, составляющая ос-
нову этих материалов, начинает твердеть через 2-3 ч после сме-
шения с отвердителем.
Нанесение полимеров на поверхность металла в виде тонкой
пленки осуществляют методами напыления. Таким образом мож-
но получить защитные покрытия из полиэтилена, полипропилена,
поливинилхлорида, фторопластов и других полимеров. Сущность
указанных методов заключается в том, что порошкообразный по-
лимер в смеси со стабилизаторами и наполнителями, улучшаю-
щими свойства покрытия, наносят на металлическую поверх-
ность и оплавляют на ней.
Способ многослойного нанесения суспензии используют
для получения, например, покрытия из фторопласта-ЗМ. Спирто-
вую суспензию (30%-ную), стабилизированную поверхностно-
активным веществом с добавкой пластификаторов, наносят в 10–
15 слоев на защищаемую поверхность пульверизатором в про-
дольном и поперечном направлениях до полного покрытия по-
верхности. Сушку каждого слоя проводят при 120 ÉС в течение 20
мин, а оплавление (спекание) покрытия – при 260 ÉС в течение
25–40 мин.
Одним из наиболее эффективных способов защиты метал-
лов от коррозии является эмалирование. Процесс состоит в нане-
сении на внутреннюю поверхность стальных и чугунных аппара-
тов тонкого слоя стекловидной массы и обжиг ее при 800-900 ÉС.
Для получения стекловидного слоя (эмали) в качестве сырья ис-
пользуют смесь кремнезема, полевого шпата и различных глин,
которые спекают с плавнями (карбонатом, боратом и др.).
Эмалевое покрытие можно применять в аппаратах, работаю-
щих под давлением до 5 МПа и при температурах среды от –30
до 300 ÉС. Оно стойко во всех кислотах (за исключением плави-
ковой). Скорость растворения его в кислотах не превы-
шает 0,05 мм/год. Однако в щелочах эмаль растворяется с боль-
шей скоростью, например 2,7 мм/год в 10 %-ном NaOH при 100
ÉС.
Химическое машиностроение обеспечивает выпуск эмали-
рованной аппаратуры вместимостью до 50 м3 и более. Эмалиро-
ванное оборудование (колонны, холодильники, кристаллизаторы,
запорная арматура и др.) используют в производстве реактивных
кислот (серной, соляной) и некоторых солей.
Низкая теплопроводность эмалевого покрытия неблагопри-
ятно влияет на термостойкость аппарата, долговечность которого
зависит от термостойкости покрытия. При резких изменениях
температуры в эмалевом слое возникают микротрещины, которые
со временем создают сколы и являются очагами местной корро-
зии, поэтому рекомендуется нагревать и охлаждать аппарат со
скоростью не более 1–3 ÉС/мин. Допустимые скорости нагрева
зависят от конструкции аппарата и его размеров.
Листовые покрытия производят наклейкой на поверхность
раскаленных листов полимерных материалов или плакированием
(обкладкой без наклейки).
Достоинствами покрытий являются сравнительно простая
технология работ по наклейке листов и возможность применения
стандартного листового материала. Однако защищаемая поверх-
ность должна иметь простую геометрическую форму. В некото-
рых случаях возможна недостаточная адгезия клея.
Широко распространено гуммирование (покрытие резиной)
аппаратов, трубопроводов и арматуры. К положительным каче-
ствам таких покрытий следует отнести хорошую химическую
стойкость резин к ряду агрессивных сред при температурах до
70–110 ÉС, высокую адгезию покрытия к защищаемой поверхно-
сти, хорошую его деформируемость, обеспечивающую надежную
совместную работу покрытия и защищаемой поверхности при
изменяющихся условиях.
Технологический процесс гуммирования включает следую-
щие операции:
– очистку поверхности от загрязнений, промывку бензином, на-
несение клея;
– подготовку листов сырой резины и кромок, промывку их
бензином, нанесение клея;
– обкладку поверхности листами и прокатку их роликами;
– вулканизацию и проверку качества покрытия.
Наклеиванием можно наносить на защищаемую поверхность
листы из винипласта, полипропилена, полиизобутилена и поли-
этилена. Для улучшения способности к склеиванию поверхность
неполярных полимеров (полиэтилен) подвергают специальной
обработке (например, хромовой смесью). Можно также привить
полиэтилену другой полимер, обладающий адгезионной способ-
ностью, например полистирол.
При футеровке аппаратов штучными кислотоупорными из-
делиями плитки и кирпичи из кислотоупорной керамики, плавле-
ного диабаза, фарфора, стекла и антегмита закрепляют на защи-
щаемой поверхности специальными вяжущими составами, обыч-
но силикатной замазкой. Ее готовят из «жидкого стекла² (раствор
Na2SiО3), фторосиликата натрия Na2SiF6 (ускоритель твердения) и
наполнителей (андезитовой, кварцевой, фарфоровой муки и
других кислотоупорных порошков).
По конструкции футеровки (рис. 11) делят на простые (од-
нослойные), многослойные и комбинированные (многослойная
футеровка с подслоем из листового органического материала).
Однослойную футеровку применяют для защиты поверхно-
сти газоходов, полов в химических цехах, аппаратов с парогазо-
вой средой, в которой не происходит конденсации паров.
Рис. 11. Схемы футеровок:
а – однослойная; б – многослойная; в – комбинированная; 1 –
стальная стенка; 2 – вяжущий материал; 3 – плитка; 4 – кирпич; 5
– полиизобутилен
Многослойную и комбинированную футеровки используют
для защиты стенок аппаратов, работающих в наиболее тяжелых
условиях. Футеровочные материалы (керамика и др.) обладают
чаще всего определенной пористостью, поэтому при защите ап-
паратуры от высокоагрессивных сред на нее наклеиваются не-
проницаемые подслои покрытия из органического материала (ре-
зин, полиизобутилена и др.).
Проницаемость футеровок можно снизить разделкой швов
наружного слоя замазками на органической основе (арзамит, би-
тумные мастики, эпоксидная смола). Применение в подслое орга-
нических материалов, обладающих благоприятным сочетанием
механической прочности со значительной деформируемостью,
предупреждает образование трещин в футеровке. Однослойную и
многослойную футеровку используют, например, в аппаратах
сушильно-абсорб-ционного отделения сернокислотного произ-
водства, комбинированную футеровку – для защиты сушильной
башни в производстве хлора и промывной башни в производстве
серной кислоты.
Достоинства футеровок: высокая механическая прочность
(можно применять при механическом и абразивном воздействиях
среды), высокий предел рабочей температуры среды (300–400 ÉС)
и низкая стоимость. Недостатки: увеличение массы аппарата и
уменьшение его полезного объема.
Защита штуцеров и люков штучными изделиями возможна
лишь при их диаметре не менее 500 мм. Практика показала, что
наиболее надежной конструкцией защиты штуцеров является
|
вставка в них специального вкладыша (отрезка трубы) из мате-
риала, химически стойкого к данной среде при рабочей темпера-
туре. Наиболее распространены вкладыши из кислотоупорной
керамики, диабазового литья, фаолита и антегмита.
Для защиты оборудования от коррозии в производстве неор-
ганических веществ довольно часто применяют методы катодной
защиты и ингибирования (торможения) коррозионных процес-
сов.
Метод катодной защиты используют для предохранения от
коррозии подземных трубопроводов для транспорта электролитов
и воды. Его обычно сочетают с битумной изоляцией трубопрово-
дов. Для защиты от коррозии рассолопроводов перед укладкой в
землю их покрывают битумом, что однако не обеспечивает на-
дежной защиты. На участках с дефектами покрытия развиваются
интенсивные коррозионные процессы, для подавления которых
металлический трубопровод соединяют с катодом источника по-
стоянного или выпрямленного тока; положительный полюс при-
соединяют к анодному заземлению, расположенному параллель-
но трубопроводу на расстоянии 60–100 м от него. Заземление
представляет собой несколько стальных труб, зарытых верти-
кально в землю на расстоянии 5–6 м друг от друга и соединенных
между собой полосовым железом. В качестве источника тока
применяют селеновые выпрямители напряжением 22–24 В.
При наличии разности потенциалов между рассолопроводом
и анодным заземлением протекает слабый ток, под действием ко-
торого в местах дефекта на поверхности трубопровода (катод)
происходит разряд ионов водорода и медленное разрушение ано-
дов.
Одна станция катодной защиты мощностью 400 Вт обслу-
живает трубопровод длиной до 4 км. Катодная защита может
быть использована также и для подавления коррозии емкостных
аппаратов, содержащих другие агрессивные жидкости.
Ингибиторы коррозии – вещества, обладающие свойством
уменьшать скорость коррозионных процессов. Например, диэтил-
амин может быть использован в качестве ингибитора коррозии
черных металлов. Добавление его в выпариваемую щелочь до
концентрации 0,016 % замедляет коррозию аппаратов в 4 раза.
Введение в водные растворы NaCl и СаС12, применяемых в каче-
стве охлаждающих рассолов, хромата калия и щелочи до 0,2 %
приводит к снижению коррозии стальных трубопроводов в 4–5
раз и позволяет увеличить срок службы до 7–10 лет.
Механизм действия некоторых ингибиторов (например, ПБ-
5) связывают с их способностью избирательно адсорбироваться
на поверхности металла. Скорость коррозии металла обратно
пропорциональна катодной поляризации (затруднению) выделе-
ния водорода. На поверхности металла (но не окалины или на-
кипи) образуется ориентированная пленка из молекул ингибито-
ра, которая повышает перенапряжение выделения водорода и
создает высокое переходное сопротивление между раствором и
поверхностью металла.
Механизм действия других ингибиторов связан с образова-
нием на поверхности металла плотных, устойчивых кристалличе-
ских пленок или с процессом нейтрализации веществ (например,
ионов водорода и кислорода), разрушающих защитную пленку.
Рекомендовано много всевозможных ингибиторов. Различие
их физико-химических свойств и механизма действия требует
при выборе в каждом конкретном случае индивидуального
подхода.
Глава 5.