Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Коррозия и защита материалов

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОРРОЗИИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Проблема коррозии

Коррозия - самопроизвольное разрушение материалов вследствие их физико-химического взаимодействия с окружающей средой (агрессивной атмосферой, морской водой, растворами кислот, щелочей, солей, различными газами и т.п.).

Под действием агрессивной среды большинство металлов, обладающих в реальных условиях эксплуатации термодинамической нестабильностью, способны самопроизвольно разрушаться, переходя в окисленное состояние.

В ряде случаев протекание коррозионного процесса приводит к более серьезным последствиям, чем потеря массы металла. К наиболее опасным последствиям, обусловливаемым коррозией, относится потеря металлом важных технологических и физико-механических свойств: механической прочности, пластичности, твердости, отражательной способности и т.п. В связи с этим при оценке потерь от коррозии необходим комплексный подход, включающий рассмотрение всех возможных последствий, вызываемых ею.

Потери от коррозии можно разделить на прямые и косвенные.

Прямые потери - это стоимость заменяемых прокор- родировавших изделий (машин, механизмов, трубопроводов, кровельных материалов и т.д.), затраты на защитные мероприятия (гальванические и лакокрасочные покрытия, использование ингибиторов, строительство складских помещений для хранения техники и т.п.) и безвозвратные потери металла (распыление его вследствие коррозии). По подсчетам специалистов, безвозвратные потери металла составляют около 10-15% мировой продукции стали.

Косвенные потери гораздо труднее поддаются подсчету, но даже по приближенной оценке они исчисляются миллиардами долларов. Приведем примеры косвенных потерь.

  • 1. Простои. Замена прокорродировавшей трубы нефтеперегонной установки стоит несколько сотен долларов, но недовыработка продукции за время простоя может принести убыток до 20 тыс. долларов в час. Замена поврежденного коррозией котла или конденсатора на крупной электростанции может вызвать недовыработку электроэнергии на 50 тыс. долларов в день. Общая стоимость недовыработки электроэнергии в США из-за коррозионных простоев составляет десятки миллионов долларов в год.
  • 2. Потери готовой продукции. В межремонтный период происходят утечки нефти, газа и воды вследствие коррозионных повреждений технических систем; коррозия автомобильного радиатора ведет к потере антифриза, а утечка газа из поврежденной трубы может привести к взрыву.
  • 3. Потеря мощности. Из-за отложения продуктов коррозии ухудшается теплопроводность поверхностей теплообмена. Уменьшение проходных сечений трубопроводов из-за отложения ржавчины требует повышения мощности насосов. Подсчитано, что увеличение мощности насосов водопроводных систем обходится в миллионы долларов в год. В автомобильных двигателях внутреннего сгорания, где поршневые кольца и стенки цилиндров постоянно корродируют под действием газообразных продуктов сгорания и конденсатов, потери от увеличения потребления бензина и масла сравнимы с потерями от механического износа, а иногда превышают их. Потенциальные потери этого типа в системах преобразования энергии оцениваются в несколько миллиардов долларов в год.
  • 4. Загрязнение продукции. Небольшое количество меди, поступившее в систему в результате коррозии медного трубопровода или латунного оборудования, может испортить целую партию мыла. Соли меди ускоряют старение и порчу мыла и тем самым уменьшают срок его хранения. Примеси металлов могут изменить цвет красителей. Свинцовое оборудование нельзя использовать для приготовления и хранения пищевых продуктов из- за токсичности солей свинца. Мягкая вода, проходящая по свинцовым трубопроводам, небезопасна для питья. К этой же группе потерь относится порча продуктов питания из-за ржавления металлических емкостей. Один из заводов, где консервируют фрукты и овощи, терпел убытки около миллиона долларов в год до тех пор, пока не были выявлены и устранены факторы, приводившие к локальной коррозии. Другое предприятие, использовавшее металлические крышки на стеклянных консервных банках, теряло 0,5 млн долларов в год из-за точечной коррозии крышек, что приводило к бактериальному заражению продукции.
  • 5. Допуски на коррозию. Этот фактор является обычным при проектировании реакторов, паровых котлов, конденсаторов, насосов, подземных трубопроводов, резервуаров для воды и морских конструкций. В случаях, когда скорость коррозии неизвестна, а методы борьбы с ней неясны, проектирование таких конструкций значительно усложняется. Надежные данные о скорости коррозии позволяют более точно оценить срок эксплуатации оборудования и упрощают его проектирование. Типичным примером допусков на коррозию может служить выбор толщины стенок подземных нефтепроводов. Расчетная толщина стенки трубопровода диаметром 200 мм и длиной 362 км составляет 8,18 мм (с учетом коррозии), а применение соответствующей защиты от коррозии позволяет уменьшить ее до 6,35 мм, что приводит к экономии 3700 т стали и увеличению полезного объема трубопровода на 5%.

Очевидно, что косвенные потери составляют существенную часть общих коррозионных потерь. Однако подсчет косвенных потерь представляет собой трудную задачу даже в пределах одной отрасли промышленности.

В ряде случаев потери вообще не могут быть выражены в денежных единицах. К таким случаям относятся аварии, связанные со взрывами, разрушением химического оборудования, или вызванные коррозией катастрофы самолетов, поездов, автомобилей и других транспортных средств, приводящие к потере здоровья или гибели людей.

С развитием промышленного потенциала во всех странах темп роста коррозионных потерь стал превышать темп роста металлического фонда. Это обусловлено двумя основными причинами:

  • 1) изменением структуры областей использования металла. Раньше металл потреблялся преимущественно железнодорожным транспортом, коммунальным хозяйством и станкостроением. Сейчас возрос удельный вес металлов в отраслях, использующих их в агрессивных средах (химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная промышленность, энергетика, автомобилестроение, авиация, морской флот и т.п.);
  • 2) значительным повышением агрессивности атмосферы и естественных вод вследствие их загрязнения промышленными выбросами.

Таким образом, проблема коррозии - это проблема повышения эксплуатационно-технической надежности и долговечности металлов и других конструкционных материалов, экономически выгодного использования природных ресурсов и материальных средств. Она имеет глобальный характер.

Решением проблемы коррозии человечество занимается с давних пор. Еще в Древнем Египте металлы покрывали минеральными красками, а в Китае и Японии использовали лаковые покрытия. Первую обоснованную (и, с современных позиций, правильную) теорию коррозии предложил А. де-ля Рив в 1830 г. (теория микроэлементов). Значительный вклад в разработку этой теории внесли Т.П. Хоар, Г.В. Акимов и др. Кинетику электрохимических процессов и их механизм изучали Ю. Тафель, А.Н. Фрумкин, И.А. Изгарышев, М. Фоль- мер, В.А. Кистяковский, Н.Д. Томашов, Я.М. Колотыр- кин и многие другие. В области борьбы с коррозией осуществляется широкая программа международного сотрудничества.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >
 

Популярные страницы