Махмудов през ПЗ в НГО. Презентация по дисциплине Противокоррозионная защита нефтепромыслового оборудования
 Скачать 1.3 Mb.
|
|
Атырауский инженерно-гуманитарный институт Инженерно-технический факультет Кафедра «Инженерные, обрабатывающие и строительные отрасли» Презентация по дисциплине: Противокоррозионная защита нефтепромыслового оборудования Выполнил: студент 4 курса НГД. Махмутов Б.Ж. Проверила: к.х.н. Мурзабаева Ж.К. Атырау, 2021 КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛА Коррозия металлов и защита от нее. План 1. Введение. Виды коррозионных разрушений. 2. Типы коррозионных процессов: химическая коррозия, электрохимическая коррозия. 3. Защита металлов от коррозии. Коррозия – самопроизвольно протекающий процесс разрушения металлов в результате взаимодействия с окружающей средой. Me0 – nē → Men+ ΔG < 0, ΔS > 0 ЭНЕРГИЯ ВЫДЕЛЯЕТСЯ И РАССЕИВАЕТСЯ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ ΔG < 0 ПРОДУКТЫ КОРРОЗИИ РАССЕИВАЮТСЯ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ ΔS > 0 процесс самопроизвольный и необратимый !!! МЕТАЛЛ ОКИСЛЯЕТСЯ ВИДЫ КОРРОЗИОННЫХ РАЗРУШЕНИЙ Особенно опасна, т.к. металл рассыпается наиме-нее опасна, теряет-ся 5% механ. свойств Например, питтинг образуется при литье по выплавляемым моделям отливок из легированных сталей за счет взаимодействия материалов форм и отливки при высоких температурах. Эти дефекты снижают коррозионную стойкость, жаростойкость и жаропрочность отливок. ТИПЫ КОРРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ: Химическая коррозия: обмен электронами непосредственно между металлом и окислителем m Me + n ox → Mem(red)n Электрохимическая коррозия – происходит в электролитной среде под действием внутренних микро- или макрогальванических пар или под действием внешней разности потенциалов: Me → Me+z + zē (1) n ox + zē → m red (2), где ox - окислитель, а red - восстановленная форма его. Газовая коррозия: в среде агрессивных газов (О2, F2, Cl2, SO2, NO2 и т.д.) Высокотемпературная Коррозия в жидкой среде (электролитной и неэлектролитной) Атмосферная (во влажной атмосфере) Почвенная Блуждающими токами Фреттинг – коррозия при трении. ПО ТИПУ ГЕТЕРОГЕННОГО КОНТАКТА С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ: Все металлы окисляются кислородом воздуха: 2Ме (к) + О2 (г) ↔→ 2МеО (к); МеО (к) → [МеО](раствор) оксидная пленка тормозит окисление Чем плотнее оксидная пленка на поверхности металла, тем лучше она защищает от коррозии!!! Наиболее стойкие пленки образуют: Cd, Al, Cr, Ni, Sn, Zn, Ti. Практически не защищены оксидными пленками при высоких температурах d-металлы с высокими степенями окисления, образующие летучие оксиды: Mо, W, Nb, Ta, Re. Газовая коррозия углеродистой стали, чугуна: Fe + O2 → FeO + Fe3O4 + Fe2O3 окалина Одновременно протекает обезуглероживание поверхностного слоя металла за счет превращения цементита Fe3C + O2 → Fe + CO2 Fe3C + H2 → Fe + CH4 (напр. при литье по выплавляемым моделям в месте контакта металлического изделия с оболочковой формой) 2Zn + O2 → 2ZnO 6Li + N2 → 2Li3N Fe + CO2 + H2O → FeCO3 + H2 2Fe + Cl2 → 2FeCl3 химическая коррозия 3. Металлы промежуточной термодинамической стабильности: Bi, Sb, Re, Tc, Cu, Ag, Rh 0В <φ0 < 0,816В 4. Металлы высокой стабильности: Hg, Pd, Ir, Pt 0,816В <φ0 < 1,229В О2 + 4Н+ + 4ē = 2Н2О, φ = 1,229 В рН=0. 5. Металлы полной стабильности: Au 1,229В <φ0 Коррозия железа с примесями меди: В кислой среде: К: 2Н+ + 2ē = Н2 Fe2+ + OH-- = Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3 Fe(OH)3 = H2O + FeOOH - ржавчина φ0(Fe) < φ0 (Cu) анод катод А: Fe0 - 2ē = Fe2+ Во влажной атмосфере: К: О2 + Н2О + 4ē = 4ОН -- коррозия углеродистой стали в различных средах: в этой паре катодными (пассивными) участками являются зерна карбида железа Fe3C, а анодными (активными) – железо. а) кислая среда рН< 7 анод: Fe0 - 2ē = Fe 2+ катод: 2Н+ + 2ē = Н2 б) нейтральная или слабощелочная среда рН ≥ 7 (природные воды, влажная атмосфера) анод: Fe0 - 2ē = Fe2+ катод: О2 + Н2О + 4ē = 4ОН─ Fe2+ + OH─ = Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3 Fe(OH)3 = H2O + FeOOH – ржавчина. Различные содержания кислорода также приводят к образованию гальванической пары – менее окисленный и более окисленный металл. Пример – коррозия металла под неподвижной каплей воды: центральная часть железа разрушается, а внешняя – нет. Нержавеющая сталь – сплав, содержащий как минимум 12% Cr, который создает на поверхности очень тонкий слой из инертного оксида хрома. Этот химически пассивный слой защищает сталь от коррозии. Однако, нержавсталь корродирует во влажных и электролитных средах. Причина – наличие серы в металле при выплавке, которая является неизбежным загрязнителем. Сера имеет более низкую температуру плавления, чем сталь, и во время литья, в течение короткого времени после того, как сталь укрепилась, концентрируется в поверхностном слое металлических листов прокатной стали. Эти частицы серы взаимодействуют с атомами хрома, приводя к его неравномерному распределению на поверхности листа. Следовательно на поверхности возникают точечные области, в которых сталь не защищена хромом и корродирует. ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ Изоляция металлов от агрессивной среды: Металлические покрытия (от высокотемпературной коррозии) 2) Покрытия от низкотемпературной коррозии: органические (лаки, краски, смазки), съемные полимерные; неорганические (оксидные, фосфатирование); Металлические (анодные и катодные; 3) Ингибирование. Электрохимическая защита: Катодная (метод протекторов, метод внешнего потенциала) Анодная (пассивирование). 1200С Процесс металлизации распылением заключается в непрерывном плавлении металла, распылении его на мельчайшие частицы и нанесении на подготовленную методом абразивно-струйной обработки поверхность. Попадая на металлизируемую поверхность, частицы деформируются, нагромождаются друг на друга и образуют металлизационное покрытие слоистого строения. При этом температура изделия в ходе напыления не превышает 120 °С. При металлизации сцепление частиц с основанием происходит вследствие шероховатости поверхности и под действием молекулярных сил и носит в основном механический (адгезионный) характер. Протекторные свойства металлизационных покрытий из Al, Zn и их сплавов. Поврежденное место на покрытии за счет гальванического эффекта затягивается ионами Al3+ или Zn2+, предохраняя материал подложки. Наиболее активным с точки зрения протекторной защиты считается сплав алюминия и магния (AlMg5). По результатам сравнительного исследования эффективности 47 различных систем защитных покрытий только алюминиевое и цинковое покрытия, нанесенные методом газотермического напыления, отработали 20 лет без повторного нанесения и сохранили более 99,5% сплошности. Zn и Al образуют плотный слой продуктов коррозии, по объему значительно больший, чем металл, из которого они образовались. Zn-покрытие, находящееся длительное время в воде, покрывается плотным слоем (ZnOH)2CO3 или Zn(OH)2; поры закупориваются продуктами коррозии. Такое покрытие со временем значительно увеличивает свою коррозионную стойкость. сталь Покрытие, заполненное продуктами коррозии металлические неметаллические Zn, Al, Sn, Cd, Ni, Cr, Ag, Cu, Au Лак, краска, эмаль Кислотоупорные материалы Резина, смолы Оксидирование, фосфатирование, пассивирование, окрашивание
Ингибирование коррозионно-активной среды. Ингибиторы – вещества, которые будучи введены в коррозионную среду в небольших количествах (от 10─3 до 10─6 моль\л), способны резко снижать скорость коррозии или полностью подавлять ее. Адсорбированные на поверхности металлов ингибиторы избирательно тормозят катодный или анодный процессы коррозии. В кислых средах адсорбция ингибиторов приводит к преимущественному замедлению катодного процесса восстановления водорода; в нейтральных средах большинство ингибиторов тормозит анодный процесс, вызывая наступление пассивного состояния. Основные протекторы для стали: Mg, Al, Zn и их сплавы. Протекторные сплавы: основа – магний, Al 5-7%, Mn 0,02-0,5%, Zn 2-4%, а также Ti, Ni, Cu, Si. Метод внешнего потенциала – защищаемое изделие или конструкция подключаются к отрицательному полюсу динамомашины или выпрямителя и этим тоже ликвидируется коррозионный процесс. Положительный полюс источника питания замыкается на землю. Катодную защиту, как правило, совмещают с нанесением защитных покрытий; необходимо учитывать возможность отслаивания покрытия. Цветная нержавеющая сталь Под воздействием различных электрохимических воздействий на поверхности нержавеющей стали может образовываться защитная пленка толщиной 1 – 5 мкм. Определенный цвет возникает при изменении толщины этой пленки, которая преломляя световые лучи создает множество оттенков. При этом цветное покрытие более устойчиво к коррозии. Ионноплазменное напыление нитрида титана на лист нержавеющей стали позволяет получить всевозможные оттенки золотого цвета. Твердость нитрида титана в 10 раз больше твердости нержавстали. |