Кац Н.Г., Стариков В.П., Парфенова С.Н. Химическое сопротивление материалов и защита оборудования нефтегазопереработки от коррозии

Подождите немного. Документ загружается.

249

в средах, содержащих ,

SO ,

NH . Стойкость алюминия высока в

растворах солей, обладающих окислительными свойствами, таких как

хромокислые и азотнокислые. Поэтому алюминий применяют в про-

изводстве аммиачной селитры и капролактама.

Рис. 5.6. Зависимость скорости коррозии за 24 часа (1)

и электродного потенциала (2) алюминия от рН хлоридного раствора

Коррозионная стойкость алюминия велика в концентрированных

растворах азотной и серной кислот, которые обладают высокими

окислительными свойствами.

Коррозионная стойкость алюминия во многом зависит от наличия

в его составе примесей [24]. При необходимости применения алюми-

ния с максимальной коррозионной устойчивостью для изготовления

химической аппаратуры и плакирующего материала следует исполь-

зовать алюминий высокой чистоты, например, марки АВ1 и АВ2 с

содержанием алюминия 99,90% и 99,85% соответственно, или, в ме-

250

нее ответственных случаях, марки А00 и А0 с содержанием алюми-

ния 99,7% и 99,6%.

Сплавы алюминия [24]:

 дюралюмины – содержат: (2,0-7,0)% Cu; (0,4-1,8)% Mg; (0,3-

0,9)% Mn, марки Д1, Д6, Д8, Д16, Д20;

 силумины – имеют состав: (0,8-13,0)% Si; (0,2-4,5)% Cu; (0,5-

13)% Mg (марки АЛ11, АЛ13, АЛ20, АЛ25).

Дюралюминий обладает высокой механической прочностью и

низкой коррозионной устойчивостью. Его применяют в химической

промышленности, защищая от коррозии плакированием чистым алю-

минием.

Силумины обладают хорошими литейными свойствами и корро-

зионной стойкостью в окислительных средах. Их поверхностный за-

щитный слой состоит из

OAl и

SiO . Однако эти пленки разрушают-

ся в щелочах и в плавиковой кислоте.

Добавление марганца или магния в алюминиево-медный сплав

улучшает его механическую прочность и коррозионную устойчи-

вость. Эти сплавы марки АМц и АМг (магналин) содержат от 4 до

12% Mg, до 1% Mn и иногда 0,1% Ti, сочетают в себе высокие меха-

нические и противокоррозионные свойства.

Сплавы на основе алюминия нестойки при контакте со многими

металлами и сплавами. Особенно опасен контакт с медью и ее спла-

вами, а также с железом и сплавами на его основе [24].

5.2.2. Магний и его сплавы

Магний и его сплавы используются как конструкционный мате-

риал в авиастроении и при изготовлении протекторов.

Стандартный потенциал реакции равен –2,37 В. Способность к

пассивации у магния велика, но ниже, чем у алюминия [24].

Магний неустойчив в кислотах, особенно при повышенных кон-

центрациях. Исключение составляют хромовая и плавиковая кисло-

251

ты. Он неустойчив в органических кислотах, в нейтральных солевых

растворах и даже в чистой воде.

Коррозия магния протекает с водородной деполяризацией. По-

этому даже незначительное загрязнение магния металлами, имеющи-

ми низкое водородное перенапряжение (такими как Fe, Ni, Co, Cu),

сильно понижает его коррозионную устойчивость.

При повышенных температурах магний легко окисляется на воз-

духе. Окисление жидкого магния идет с ускорением, и может про-

изойти самовозгорание. Добавка в магний 0,001-0,01% бериллия зна-

чительно увеличивает его жаропрочность и позволяет поднять рабо-

чую температуру с 680 до 800 °С [24].

Широкое применение нашли магниевые сплавы, используемые в

качестве протекторов для защиты стальных конструкций в почвенных

и морских условиях, а также при защите от коррозии резервуаров для

хранения нефти и нефтепродуктов.

5.2.3. Медь и медные сплавы

Медь – тягучий вязкий металл светло-розового цвета, легко про-

катывается в тонкие листы, хорошо проводит теплоту и электриче-

ский ток.

Стандартный электродный потенциал медного электрода состав-

ляет

337,0







СuCu

В и

52,0







СuCu

В. Обычно при коррозии

медь переходит в раствор с образованием

2

. Коррозионный про-

цесс меди не может протекать с водородной деполяризацией [1, 24].

В растворах комплексообразователей, окислителей или при про-

дувании через растворы кислорода или воздуха скорость окисления

меди существенно увеличивается.

Такие кислоты, как азотная и хромовая, вызывают коррозию ме-

ди и медных сплавов.

252

Способность к пассивированию у меди выражена слабо. В атмо-

сферных условиях медь устойчива, на ее поверхности создаются за-

щитные слои типа

)(OHCuCuCO



[24].

Более 50% меди используется в электротехнической промышлен-

ности, 30-40% идет на производство сплавов, а остальная часть – на

изготовление теплообменников, холодильников, вакуумных аппара-

тов.

Медь имеет температуру плавления 1083 °С и не является жаро-

стойким материалом. Однако в некоторых конструкциях она эксплуа-

тируется при повышенных температурах.

Рис. 5.7. Влияние добавок магния, бериллия и алюминия

на скорость окисления меди на воздухе при 800 °С:

F – отношение скорости окисления сплава

к скорости окисления чистой меди

Легирование меди другими компонентами может существенно

изменить скорость газовой коррозии сплава. Наиболее сильно повы-

шается стойкость меди к газовой коррозии при легировании ее бе-

риллием (до 2,5%), магнием (до 5%) и алюминием (до 5%) (рис. 5.7)

[24]. Для работы при высоких температурах (до 900 °С) применяют

алюминиевые (до 10% Al) и бериллиевые бронзы.

253

Наиболее распространенными медными сплавами являются лату-

ни и бронзы.

Латуни – это сплавы меди с цинком (до 45% Zn). Специальные

латуни дополнительно легируют Si, Al, Ni, Cr, Mn и др.

Латуни широко применяются в качестве материала для труб кон-

денсаторов в паросиловых установках.

Рис. 5.8. Обесцинкование листовой латуни вследствие коррозии в воде

Для простых латуней характерен вид коррозии, который называет-

ся обесцинкованием (рис. 5.8). Латунь на отдельных участках поверх-

ности подвергается специфическому разрушению, в результате которо-

го возникает рыхлый слой меди. Вначале в раствор переходят одновре-

менно цинк и медь. Затем ионы меди вторично выделяются из раствора,

а образовавшийся осадок меди, выполняя роль добавочного катода, ус-

коряет электрохимическую коррозию латуни. В результате в раствор

переходят ионы цинка, и с течением времени коррозия распространяет-

ся так глубоко, что приводит к образованию сквозных повреждений.

Если обесцинкования не происходит, то скорость разрушения латуней в

морской воде невелика и составляет 0,008-0,01 мм/год [24].

254

Для уменьшения обесцинкования латуней сплав дополнительно

легируют оловом, никелем, алюминием, а чаще всего – мышьяком в

количестве 0,001-0,012%.

Латуни в условиях эксплуатации склонны к коррозионному рас-

трескиванию. Это явление наблюдается в атмосфере при наличии

аммиака или сернистого ангидрида, а также в растворах, содержащих

аммиак, комплексные аммиачные или цианистые соли. Дополнитель-

ное легирование латуней небольшими добавками кремния (0,5%) по-

вышает их стойкость к коррозионному растрескиванию. Кремнистые

латуни, содержащие не более 1% Si при 20% Zn, обладают хорошими

механическими и технологическими свойствами [4, 24].

Для изготовления теплохимических аппаратов чаще всего приме-

няют латуни марок ЛМц58-2 с содержанием марганца 1-2% и ЛО70-1

с содержанием олова 1-1,5%. Латунь ЛО70-1 стойка в морской воде,

поэтому ее называют «морской латунью» или «адмиралтейским ме-

таллом».

Бронзами называют сплавы меди с оловом, а также с алюмини-

ем, кремнием, марганцем и т. д.

Оловянистые бронзы содержат не более 13,8% Sn, чаще 8-10% Sn.

Оловянистые бронзы имеют хорошую коррозионную устойчивость в

разбавленных минеральных неокислительных кислотах, в морской

воде, в щелочных растворах.

Алюминиевые бронзы содержат до 9-10% Al и имеют однофаз-

ную структуру. Эти бронзы стойки в разбавленных растворах кислот,

в том числе в соляной, фосфорной, уксусной, лимонной и многих

других. Особенно высокой коррозионной стойкостью отличается

алюминиевая бронза с содержанием 9,8% Al и алюминиевая бронза,

содержащая дополнительно 4,0% железа (Бр. АЖ9-4).

Кремнистые бронзы могут содержать до 15% кремния, но только

при содержании кремния до 3-4% сплав имеет структуру твердого

раствора [24].

255

В химической промышленности применяются кремнистые брон-

зы, дополнительно легированные марганцем (Бр. КМц3-1) и никелем

(Бр. КН1-3). Они используются для изготовления аппаратуры, рабо-

тающей под давлением, а также для реакторов взрывоопасных ве-

ществ.

5.2.4. Никель и его сплавы

Стандартный электродный потенциал никеля равен –0,25 В. Ни-

кель обладает способностью к пассивации, что объясняет его повы-

шенную коррозионную устойчивость (табл. 5.4) [24].

Таблица 5.4

Шкала коррозионной стойкости никеля и его сплавов

Балл 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Уменьшение

массы,

г/м

∙ч

менее

0,0001

0,005

0,01

0,05

0,1

0,5

1,0

5,0

10,0

Никель характеризуется прочностью, тугоплавкостью (темпера-

тура плавления 1455 °С), пластичностью, способностью к механиче-

ской обработке.

В неокисляющих, разбавленных кислотах НСl (до 15%),

SOH

(до 70%), в ряде органических кислот никель достаточно устойчив.

Коррозия никеля чаще всего протекает с кислородной деполяризаци-

ей. Поэтому большое влияние на скорость коррозии никеля оказывает

присутствие кислорода или воздуха, перемешивание, наличие окис-

лителей [24].

Никель обладает высокой коррозионной стойкостью при повы-

шенных температурах во многих органических средах, в том числе в

жирных кислотах, спиртах. Поэтому из никеля изготавливают аппа-

ратуру для пищевой промышленности.

256

Особым свойством никеля является его устойчивость к щелочам

всех концентраций и температур. Никель является лучшим материа-

лом при изготовлении аппаратов для выпарки и плавления щелочей.

Как конструкционный материал никель находит ограниченное

применение вследствие своей дефицитности и возможности замены

его нержавеющими сталями.

Никель находит широкое применение в качестве защитного галь-

ванического покрытия и как компонент для изготовления различных

сплавов.

Высокой коррозионной стойкостью обладают сплавы никеля с

медью, молибденом и сплавы систем



Наиболее известен сплав монель-металл [4, 24], содержащий

70% Ni, 28% Cu и 1,5-2,5% Fe. Он имеет повышенную коррозионную

стойкость по сравнению с чистыми компонентами, входящими в его

состав. Сплавы этого типа обладают высокими механическими и тех-

нологическими свойствами, имеют большую прочность, хорошо про-

катываются, отливаются, обрабатываются давлением и резанием.

Монель-металл стоек в неокислительных неорганических кислотах

при невысоких концентрациях, в растворе

POH высокой концен-

трации и в растворах плавиковой кислоты всех концентраций при

всех температурах при ограниченном доступе воздуха.

Сплавы никеля с молибденом носят названия хастеллоев. Они

представляют собой твердые растворы и обладают прочностью, пла-

стичностью и химической стойкостью.

При содержании молибдена выше 15% никель-молибденовый

сплав стоек в растворах минеральных кислот. При содержании мо-

либдена выше 20% коррозионная устойчивость сплавов особенно вы-

сока (рис. 5.9) [24].

Сплав «Хастеллой В» (марка Н70МФ) содержит 70% Ni и 25-29%

Mo. Он обладает устойчивостью в соляной и фосфорной кислотах

всех концентраций при высокой температуре. Нестоек в окислитель-

ных средах.

257

Рис. 5.9. Зависимость скорости коррозии сплава Ni-Mo

в 10%-ной соляной кислоте при 70 °С от содержания молибдена

Дополнительное введение хрома привело к созданию сплава

«Хастеллой С» (марка ХН65МВ) [24]. Его состав: 65% Ni, 16% Mo,

15% Cr, 4% Fe. Этот сплав стоек в окислительных средах, в холодной

азотной кислоте всех концентраций, в кипящей азотной кислоте с

концентрацией до 70%.

Сплавы Ni-Mo хорошо обрабатываются, свариваются, ошлифо-

вываются и являются ценным конструкционным материалом для хи-

мических производств.

Сплавы никеля с хромом (нихромы) могут содержать до 35%

хрома при условии сохранения пластичности [1, 4, 24]. Они пред-

ставлены марками ХН58В (ЭП795), Nicrofer 6030 и имеют высокую

стойкость в растворах азотной кислоты в присутствии фтор-иона при

высокой температуре. Сплавы, содержащие 25-30% хрома, применя-

ются для изготовления толстой проволоки и лент. Для получения

258

очень пластичных нихромов содержание хрома в сплаве не должно

превышать 20%.

Никель-хромовые сплавы известны как жаростойкие материалы.

Одновременно они обладают коррозионной стойкостью и в агрессив-

ных средах. Эти сплавы, так же как и нержавеющие стали, устойчивы

в окислительных средах.

Нихромы нашли широкое применение как жаростойкие и очень

жаропрочные материалы. Эти сплавы имеют аустенитную структуру

и обладают высоким омическим сопротивлением.

Разновидностью нихромов являются сплавы типа нимоник. Они

используются для конструкций, работающих при высоких нагрузках

и температурах.

Находит применение также хромистый сплав на никелевой осно-

ве под названием инконель. Отличительной способностью инконеля

является сохранение высокой прочности и сопротивления ползучести

при повышенных температурах. Этот сплав является основой для из-

готовления химических аппаратов, работающих под давлением при

высоких температурах [24].

Никель-хромомолибденовые сплавы (марки ХН65МВ,

ХН65МВУ, Хастеллой С-276, Хастеллой С-22, Nicrofer S 5923hМо)

обладают высокой стойкостью в широкой гамме высокоагрессивных

сред: в растворах хлоридов меди (до 20%) и железа (до 35%); в рас-

творах серной, фосфорной, уксусной и муравьиной кислот, загряз-

ненных хлор- и фтор-ионами; в сухом хлоре, влажном хлороводоро-

де.

Никелевые сплавы характеризуются высокой стойкостью к об-

щей и локальной коррозии, хорошо свариваются, технологичны при

изготовлении различных видов аппаратов. Применение материалов

этой группы для сред с высокими параметрами агрессивности позво-

ляет увеличить срок службы и надежность оборудования.