На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти готовые бесплатные и платные работы или заказать написание уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов по самым низким ценам. Добавив заявку на написание требуемой для вас работы, вы узнаете реальную стоимость ее выполнения.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Быстрая помощь студентам

 

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Современные способы защиты металлов от коррозии и их роль в защите конструкций и городских коммуникаций

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 24.06.2012. Сдан: 2011. Страниц: 17. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Министерство  образования и науки Российской Федерации
Новокузнецкий филиал-институт
государственного  образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Кемеровский  государственный университет»
Экономический факультет
Кафедра экономики 
 

Студент группы ЭПЗС-10
А.В.Вагнер 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА (ПРОЕКТ)
по теоретической  основе прогрессивных технологий  

СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ И ИХ РОЛЬ В ЗАЩИТЕ КОНСТРУКЦИЙ  И ГОРОДСКИХ КОММУНИКАЦИЙ
                    
 

                                   
                                                         Руководитель:
                                                                               К.В. Чмелёва_____________                                
  «__» _________________________ 20__г.   
 

    Курсовая работа (проект)                            Курсовая работа (проект)                                 
      Допущен(а) к защите                                       защищен(а) с оценкой_____
     ________________________                             ________________________
     «__»_______________ 20__г.                           «__»_______________ 20__г.                            
 
 

Новокузнецк 2011
 

Министерство  образования и науки Российской Федерации
Новокузнецкий филиал-институт
государственного  образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Кемеровский  государственный университет»
Экономический факультет
Кафедра экономики 
 
 
 

ЗАДАНИЕ
На  курсовую работу (проект) 

студенту__________________________________________ группы___________
1 Тема курсовой работы (проекта) ______________________________________
____________________________________________________________________
2 Цель работы: _______________________________________________________
____________________________________________________________________
3 Перечень подлежащих  разработке вопросов:
    ________________________________________________________________
    ________________________________________________________________
    ________________________________________________________________
    ________________________________________________________________
    ________________________________________________________________
    ________________________________________________________________
    ________________________________________________________________
    ________________________________________________________________ 

4 Информационная  база:
________________________________________________________________________________________________________________________________________ 

5 Дата сдачи курсовой работы (проект) «___»____________20___г.  

Задание выдано «___»___________20___г.
______________________ 

Задание принято к исполнению
«___»___________20___г.
______________________ 

РЕФЕРАТ 

     Пояснительная записка 41стр., 17 источников, 1 практическая часть.
КОРРОЗИЯ  МЕТАЛЛОВ И ИХ ЗАЩИТА, ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ  ЭЛЕКТРОХИМИЯ, КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ И  СПОСОБЫ БОРЬБЫ С НЕЙ, КУРС ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ, КОРРОЗИЯ И БОРЬБА С НЕЙ, БИОЛОГИЧЕСКАЯ  КОРРОЗИЯ, ПУТИ УВЕЛЕЧЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ, ЗАЩИТА ТРУБОПРОВОДОВ  ОТ КОРРОЗИИ, ЗАЩИТА ОТ ВНУТРЕНЕЙ КОРРОЗИИ ТРУБОПРОВОДОВ ВОДЯНЫХ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ, ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 
Объектом  исследования является  современные  способы защиты металлов от коррозии и их роль в защите конструкций  и городских коммуникаций.
     Цель  работы - рассмотрение способов защиты металлов от коррозии и  применение этих способов для защиты конструкций  и городских коммуникаций.
     В процессе работы исследование проводилось  с помощью следующих методов: анализа, синтеза, индукции и дедукции.
В результате анализа были исследованы методы по защите металлов и городских коммуникаций от коррозии. 
 
 

 


Содержание 

Введение
    Теоретическая часть…………………………………………………………….....7
    1.1 Виды коррозий……………………………………………………………….....7
      Методы защиты металлов от коррозии……………………………………...11
    1.2.1 Защитное покрытия……………………………………………………....11
1.2.2 Электрохимическая защита……………………………………………...24
        Ингибиторы……………………………………………………………....26
1.3 Защита конструкций и городских коммуникаций от коррозий…………...30
     1.3.1 Внутренняя коррозия в открытых системах теплоснабжения и пути её снижения…………………………………………………………………………..30
     1.3.2 Материалы, применяемые для защиты от коррозии…………………37
Заключение
2 Практическая часть
Список используемой литературы
 
 


Введение

     Проблема  защиты металла от коррозии является в мировой строительной практике актуальной с тех пор, как со второй половины XIX века металлические конструкции  стали конкурентоспособными, а в  некоторых областях техники - просто незаменимыми.
     Во  всех технически развитых странах созданы  научные центры, активно ведущие  исследования самой коррозии и методов  борьбы с ней. И хотя эта проблема и сегодня еще далека от полного  разрешения, накопленный опыт позволяет  указать основные направления в  борьбе с коррозией:
    применение коррозионно-стойких сталей;
    применение защитных металлических и неметаллических покрытий;
    катодная защита.
     За  последние годы в строительной практике наблюдается тенденция роста  потребления коррозионно-стойких  сталей, в том числе нержавеющих.
     Металлические антикоррозионные покрытия, получившие широкое распространение в мировой  строительной практике, - это защитные покрытия толщиной 20-200 мкм на основе цинка, алюминия или комбинации Zn-Al, Zn-Ni и некоторые другие. Не случайно строительство в Западной Европе и США потребляет более 40% общего объема производства цинка, идущего на антикоррозионную защиту.
     Современными  тенденциями дальнейшего совершенствования  лакокрасочных покрытий являются:
    отказ от экологически опасных, токсичных составов, прежде всего органических растворителей;
    увеличение процентного содержания твердого вещества;
    использование в качестве растворителей синтетических смол, воды или их комбинаций.
     Современные лакокрасочные материалы, применяемые  для защиты от коррозии, - это масляные краски, битумные, фенолформальдегидные, флоркаучуковые, повинилхлоридные, полиуретановые, алкидные, эпоксидные и некоторые другие составы. В стоимости окрасочных работ, производимых по индустриальной технологии, на материалы приходится 20-45%.
     Наряду  с традиционными красками для  защиты металла сейчас за рубежом  широко используются эффективные полимерные материалы в виде пленок, жидких и порошкообразных составов.
     Целью данной работы является рассмотрение способов защиты металлов от коррозии и применение этих способов для защиты конструкций и городских коммуникаций.
     Необходимость осуществления мероприятий по защите от коррозии диктуется тем обстоятельством, что потери от коррозии приносят чрезвычайно  большой ущерб. По имеющимся данным, примерно около 10% ежегодной добычи металла расходуется на покрытие безвозвратных потерь вследствие коррозии и последующего распыления. Основной ущерб от коррозии металла связан не только с потерей больших количеств  металла, но и с порчей или выходом  из строя самих металлических  конструкций, т.к. вследствие коррозии они теряют необходимую прочность, пластичность, герметичность, тепло- и  электропроводность, отражательную  способность и другие необходимые  качества. К потерям, которые терпит народное хозяйство от коррозии, должны быть отнесены также громадные затраты  на всякого рода защитные антикоррозионные мероприятия, ущерб от ухудшения  качества выпускаемой продукции, выход  из строя оборудования, аварий в производстве и др.
     Защита  от коррозии является одной из важнейших  проблем, имеющей большое значение для народного хозяйства.
     Задача  исследуемой работы следует:
    Изучить методы защиты металлов от коррозии;
    Изучить применения противокоррозионных защитных покрытий;
    Определить особенности защиты конструкций и городских коммуникаций от коррозии.
В курсовой работе так же используются методы анализа, синтеза, индукции и дедукции.

1 Теоретическая часть

1.1 Виды коррозии
     Коррозия - это разрушение металла в результате его физико-химического взаимодействия с окружающей средой. При этом металлы  окисляются и образуются продукты, состав которых зависит от условий  коррозии.
     Коррозионные  процессы классифицируют по механизму  взаимодействия металлов с внешней  средой; по виду коррозионной среды  и условиям протекания процесса; по характеру коррозионных разрушений; по видам дополнительных воздействий, которым подвергается металл одновременно с действием коррозионной среды.
     По  механизму процесса различают химическую и электрохимическую коррозию металлов.
     Химическая коррозия — это процесс взаимодействия металла с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента среды протекают единовременно в одном акте. Продукты взаимодействия пространственно не разделены. 
Электрохимическая коррозия — это процесс взаимодействия металла с коррозионной средой (раствором электролита), при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала.

     По  виду коррозионной среды и условиям протекания различают несколько  видов коррозии [1, 3]:
    Газовая коррозия - это химическая коррозия металлов в газовой среде при минимальном содержании влаги (как правило не более 0,1%) или при высоких температурах.
    Атмосферная коррозия — это коррозия металлов в атмосфере воздуха или любого влажного газа.
    Подземная коррозия — это коррозия металлов в почвах и грунтах.
    Биокоррозия — это коррозия, протекающая под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов.
    Контактная коррозия — это вид коррозии, вызванный контактом металлов, имеющих разные стационарные потенциалы в данном электролите.
    Радиационная коррозия - это коррозия, обусловленная действием радиоактивного излучения.
    Коррозия внешним током и коррозия блуждающим током. В первом случае — это коррозия металла, возникающая под воздействием тока от внешнего источника. Во втором случае — под воздействием блуждающего тока.
    Коррозия под напряжением — коррозия, вызванная одновременным воздействием коррозионной среды и механических напряжений. Если это растягивающие напряжения, то может произойти растрескивание металла. Это очень опасный вид коррозии, особенно для конструкций, испытывающих механические нагрузки (оси, рессоры, автоклавы, паровые котлы, турбины и т.д.). Если металлические изделия подвергаются циклическим растягивающим напряжениям, то можно вызвать коррозионную усталость. Происходит понижение предела усталости металла. Такому виду коррозии подвержены рессоры автомобилей, канаты, валки прокатных станов.
    Коррозионная кавитация — разрушение металла, обусловленное одновременным коррозионным и ударным воздействием внешней среды.
    Фреттинг-коррозия — это коррозия, вызванная одновременно вибрацией и воздействием коррозионной среды. Устранить коррозию при трении или вибрации возможно правильным выбором конструкционного материала, снижением коэффициента трения, применением покрытий и т.д.
    Коррозия называется - сплошной, если она охватывает всю поверхность металла. Сплошная коррозия может быть равномерной, если процесс протекает с одинаковой скоростью по всей поверхности металла, и неравномерной когда скорость процесса неодинакова на различных участках поверхности. Равномерная коррозия наблюдается, например, при коррозии железных труб на воздухе.
    При избирательной коррозии - разрушается одна структурная составляющая или один компонент сплава. В качестве примеров можно привести графитизацию чугуна или обесцинкование латуней.
    Местная (локальная) коррозия - охватывает отдельные участки поверхности металла. Местная коррозия может быть выражена в виде отдельных пятен, не сильно углубленных в толщу металла; язв - разрушений, имеющих вид раковины, сильно углубленной в толщу металла, или точек (питтингов), глубоко проникающих в металл. 
    Первый вид наблюдается, например, при коррозии латуни в морской воде. Язвенная коррозия отмечена у сталей в грунте, а питтинговая — у аустенитной хромоникелевой стали в морской воде.

    Подповерхностная коррозия - начинается на поверхности, но затем распространяется в глубине металла. Продукты коррозии оказываются сосредоточенными в полостях металла. Этот вид коррозии вызывает вспучивание и расслоение металлических изделий.
    Межкристаллитная коррозия - характеризуется разрушением металла по границам зерен. Она особенно опасна тем, что внешний вид металла не меняется, но он быстро теряет прочность и пластичность и легко разрушается. Связано это с образованием между зернами рыхлых малопрочных продуктов коррозии. Этому виду разрушений особенно подвержены хромистые и хромоникелевые стали, никелевые и алюминиевые сплавы.
    Межкристаллитная коррозия - вызывает разрушение металла под прокладками, в зазорах, резьбовых креплениях и т.д.
     Существенно влияет на коррозионные процессы уровень  внешних или внутренних (остаточных) напряжений и их распределение в  металле изделия. На коррозию сталей и других металлов, особенно в контакте с грунтом (землей), могут влиять продукты жизнедеятельности микроорганизмов, значительно ускоряющие процессы коррозии [1,2].
     Изменение поверхности металла в результате коррозионных процессов может быть различным в зависимости от свойств  металла и коррозионной среды. На их развитие очень сильно влияет механическая напряженность металла. Наиболее опасной является местная коррозия, которая при малой общей коррозии в отдельных местах может создать резкую концентрацию механических напряжений, в свою очередь содействующих дальнейшему разрушрнию металла.
 

     1.2 Методы защиты  металлов от коррозии
1.2.1 Защитные покрытия 

     Защитное  покрытие должно быть сплошным, равномерно распределенным по всей поверхности, непроницаемым  для окружающей среды, иметь высокую  адгезию (прочность сцепления) к  металлу, быть твердым и износостойким [3]. Коэффициент теплового расширения должен быть близким к коэффициенту теплового расширения металла защищаемого изделия.
     Защитные  покрытия подразделяются на металлические и неметаллические.
     Металлические покрытия
     Нанесение защитных металлических покрытий –  один из самых распространенных методов  борьбы с коррозией [2,7]. Эти покрытия не только защищают от коррозии, но и придают их поверхности ряд ценных физико-механических свойств: твердость, износоустойчивость, электропроводность, паяемость, отражательную способность, обеспечивают изделиям декоративную отделку и т.д.
     По  способу защитного действия металлические  покрытия делят на катодные и анодные.
     Катодные  покрытия имеют более положительный, а анодные - более электроотрицательный электродные потенциалы по сравнению  с потенциалом металла, на который  они нанесены [1]. Так, например, медь, никель, серебро, золото, осажденные на сталь, являются катодными покрытиями, а цинк и кадмий по отношению к этой же стали – анодными покрытиями.
     Необходимо  отметить, что вид покрытия зависит  не только от природы металлов, но и  от состава коррозионной среды. Олово  по отношению к железу в растворах  неорганических кислот и солей играет роль катодного покрытия, а в ряде органических кислот (пищевых консервах) служит анодом. В обычных условиях катодные покрытия защищают металл изделия  механически, изолируя его от окружающей среды. Основное требование к катодным покрытиям – беспористость [7,12]. В противном случае при погружении изделия в электролит или при конденсации на его поверхности тонкой пленки влаги обнаженные (в порах или трещинах) участки основного металла становятся анодами, а поверхность покрытия катодом. В местах несплошностей начнется коррозия основного металла, которая может распространяться под покрытие (рис. 1.1 а).
       

     Рисунок 1.1 – Схема коррозии железа с пористым катодным (а) и анодным (б) покрытием 

     Анодные покрытия защищают металл изделия не только механически, но главным образом  электрохимически. В образовавшемся гальваническом элементе металл покрытия становится анодом и подвергается коррозии, а обнаженные (в порах) участки основного металла выполняют роль катодов и не разрушаются, пока сохраняется электрический контакт покрытия с защищаемым металлом и через систему проходит достаточный ток (рис. 1.1б). Поэтому степень пористости анодных покрытий в отличие от катодных не играет существенной роли.
     В отдельных случаях электрохимическая  защита может иметь место при  нанесении катодных покрытий [1,2]. Это происходит, если металл покрытия по отношению к изделию является эффективным катодом, а основной металл склонен к пассивации. Возникающая анодная поляризация пассивирует незащищенные (в порах) участки основного металла и затрудняет их разрушение. Такой вид анодной электрохимической защиты проявляется для медных покрытий на сталях 12Х13 и 12Х18Н9Т в растворах серной кислоты.
     Основной  метод нанесения защитных металлических  покрытий – гальванический. Применяют также термодиффузионный и механотермический методы, металлизацию распылением и погружением в расплав.
          Неметаллические покрытия
     Большинство металлов окисляется кислородом воздyxa с образованием поверхностных оксидных пленок. Однако эти пленки в силу незначительной толщины не обеспечивают надежной защиты от коррозии. Особенно слабы в этом отношении естественные пленки на железе.
     Между тем в результате определенной химической или электрохимической обработки  можно создать на поверхности  металла искусственные пленки, которые  обладали бы значительно более высокой  коррозионной стойкостью, чем основной металл, и защищали бы его от разрушения [2,12].
     Существуют  различные методы получения таких  неметаллических пленок, отличающихся химическим составом. Наиболее распространены оксидные и фосфатные пленки, хотя по защитным свойствам они уступают металлическим покрытиям. Процесс  изготовления оксидных покрытий на металле  получил название оксидирования, а  фосфатных — фосфатирования [2,3,4].
     Оксидирование. Основное назначение этого процесса — защита черных и цветных металлов от атмосферной коррозии.
     Современный метод оксидирования — химическая и электрохимическая обработка  деталей в щелочных растворах.
     Электрохимическое оксидирование ведут в растворе 4% едкого натра при 65—120°С и анодной плотности тока от 2,5 до 10 А/дм2. Продолжительность анодной обработки не превышает 60 минут.
     Качественное  покрытие состоит из магнитной окиси  железа, получающейся в результате последовательных превращений: 

     Fe > Na2 Fe 02 > Na Fe2 04 > Fe3 O4 

     Оксидирование черных металлов носит также название «воронения». Его осуществляют в  растворе состава, г/л: Na OH — 600-700; Na NO2 — 200-250; Na NO3 — 50-100. Температура — 135-145 °С, время 30-90 мин. В процессе происходит растворение железа с образованием соединений Na2FeO2 и Na2Fe204, из которых образуется поверхностная пленка оксида железа 

     Na2 Fe 02 + Na2 Fe2 04 + 2H2O = Fe3 O4 + 4 Na OH 

     Оксидная  пленка на малоуглеродистой стали имеет  глубокий черный цвет, а на высокоуглеродистых сталях — черный с сероватым оттенком [13]. Для повышения антикоррозионных свойств оксидированное изделие погружают на 2-3 мин в горячий 2-3% раствор мыла, а затем на 5-10 мин - в минеральное трансформаторное или машинное масло при температуре 105-120 °С. После этой операции поверхность покрытия становится блестящей, с равномерной черной окраской. Возможно оксидирование и магниевых сплавов — в хромово-кислых электролитах с последующим нанесением лакокрасочных покрытий. Толщина оксидных пленок составляет 0,8-1,5 мкм.
     Противокоррозионные свойства поверхностной пленки оксидов  невысоки, поэтому область применения этого метода ограничена. Основное назначение его — декоративная отделка. Почти все стрелковое оружие и  ряд точных приборов подвергают воронению, в результате чего изделия приобретают  красивый черный цвет. Воронение используют и в том случае, когда необходимо сохранить исходные размеры изделия, так как оксидная пленка составляет всего 1,0-1,5 микрона.
     Анодирование. Особенно широко применяется оксидирование  алюминия и его сплавов. Это наиболее простой и надежный метод защиты их от коррозионного разрушения. Процесс образования оксидных пленок на поверхности алюминия называют анодированием [12].
     В обычных условиях на поверхности  алюминия присутствует тонкая пленка оксидов Al2O3 или Al2O3 · nН2О, которая не может защитить его от коррозии. Под воздействием окружающей среды алюминий покрывается слоем рыхлых белых продуктов коррозии. Процесс искусственного образования толстых оксидных пленок может быть проведен химическим и электрохимическим способами.
     Пленки, образующиеся при анодной обработке  алюминия, обладают достаточной толщиной и рядом ценных свойств. Они защищают металл от коррозии и являются хорошим  подслоем под лакокрасочные покрытия. Анодные пленки на алюминии обладают большим сопротивлением к истиранию, имеют высокое омическое сопротивление  и хорошо окрашиваются, что позволяет  придать изделиям из анодированного алюминия красивый вид. Для анодного окисления используют два типа электролитов [15,16].
     В растворах слабых кислот (борная, винная, лимонная) и их солей оксидная пленка не растворяется. В этом случае получают беспористые, плотные, не проводящие электрический ток покрытия толщиной до 1 мкм. Такие пленки используют в качестве электроизоляционных покрытий в производстве конденсаторов.
     Электролиты второго типа содержат растворы серной, хромовой и щавелевой кислот, в  которых происходит частичное растворение  оксидной пленки алюминия. В этих электролитах получают пористые пленки толщиной от 1 до 50 мкм.
     На  практике анодирование алюминия и его  сплавов проводят в растворах  серной кислоты концентрацией 180-200 г/л, хромового ангидрида (3 %) и щавелевой  кислоты (3-10%) с плотностью тока 80-200 А/м2, при напряжении до 24В в течение 15-60 мин [12,13]. Катоды выполняются из свинца или стали марки 12Х18Н9Т. Для повышения защитных свойств изделие после оксидирования обрабатывают паром или горячей водой и далее в горячих растворах хроматов и бихроматов. При обработке паром в порах пленки образуется гидроксид алюминия, а в хромовых растворах - более стойкие соединения типа (АlО)2СrO4.
     Оксид образуется на поверхности алюминия в результате анодного окисления [13] 

     2А1 + ЗН2О = А12О3 + 6Н+ + 6 е 

     Он  состоит из двух слоев: плотного барьерного слоя толщиной 0,01-0,1 мкм, расположенного непосредственно на поверхности  металла, и внешнего пористого слоя толщиной до 200-400 мкм.
     Химическое  оксидирование алюминия и его  сплавов осуществляют в щелочных хромистых растворах состава, г/л: Na2 Cr O4 — 15; Na OH — 2,5 и Na2CO3 — 50 при температуре 90-95 °С в течение 5-10 мин. Образуются пленки толщиной 3-4 мкм с невысокими механическими и диэлектрическими свойствами. Процесс простой, быстрый и не требует специального оборудования.
     Защита  металлов лакокрасочными покрытиями —  наиболее старый и один из самых  распространенных способов защиты от коррозии.
     Основными достоинствами лакокрасочных покрытий
     являются:
        сравнительная дешевизна;
        относительная простота нанесения;
        легкость восстановления разрушенного покрытия;
        сочетаемость с другими способами защиты, например протекторной защитой, фосфатными и оксидными покрытиями;
        возможность получения покрытий любого цвета, обладающих наряду с защитными свойствами красивым внешним видом.
     При соответствующем подборе материалов и способа нанесения эти покрытия обеспечивают достаточно надежную защиту металлических конструкций от коррозии в атмосфере и ряде коррозионных сред (окраска речных и морских  судов, водонапорных баков и др.)
     К недостаткам лакокрасочных покрытий следует отнести малую термостойкость (предельная температура наиболее термостойких красок 150 – 200 С), сравнительно невысокую механическую прочность, недостаточную стойкость в водной среде [1,15].
     Ежегодно  более 80 % металлоизделий, используемых в народном хозяйстве, подвергают окрашиванию. В 1999 г производство лакокрасочных материалов достигло 26,7 млн. т. Это свидетельствует об огромных масштабах средств, вовлеченных в сферу производства этого вида противокоррозионной защиты.
     Эффективность применения лакокрасочных покрытий целесообразна при условии долговечности  эксплуатации не более 10 лет и скорости коррозии металла до 0,05 мм/год. Если требуется повышение долговечности  или скорость коррозии металла составляет 0,5-1,0 мм/год, то следует применять  комбинированные покрытия. Например, цинковые плюс лакокрасочное покрытие. Такое покрытие позволяет увеличить срок защиты до 30 лет.
     Защитные  действия лакокрасочного покрытия заключаются  в создании на поверхности металлического изделия сплошной пленки, которая  препятствует агрессивному воздействию  окружающей среды и предохраняет металл от разрушения [1,15].
     Компонентами  лакокрасочных материалов служат пленкообразующие вещества, растворители, пластификаторы, пигменты, наполнители, катализаторы (сиккативы).
     Лаки  — это коллоидные растворы высыхающих масел или смол в органических растворителях. Защитное твердое покрытие образуется вследствие испарения растворителя или полимеризации масла или  смолы при нагревании или под  действием катализатора.
     Краски  представляют собой суспензию минеральных  пигментов в пленкообразователе.
     Эмали — это раствор лака, в который  введены измельченные пигменты.
     Пленкообразователи — это природные масла, естественные или искусственные смолы. Масла по своему составу представляют собой сложные эфиры, т.е. являются продуктом взаимодействия кислот и спиртов. В основу классификации масел положена их способность к высыханию.
     Наиболее  распространенный масляный пленкообразователь — олифа. Натуральную олифу получают из высыхающих растительных масел, обработанных при 300 °С с целью частичной полимеризации. На воздухе олифа окисляется и полимеризуется до твердого состояния[1,15].
     Растворители  пленкообразующих веществ придают лакокрасочным покрытиям такую вязкость, при которой они легко наносятся на поверхность. В дальнейшем растворители испаряются. Растворителями могут быть: спирты, ацетон, бензин, скипидар, толуол, ксилол, этилацетат и др.
     Пластификаторы  или смягчители — это вещества, повышающие эластичность пленок после  высыхания. К ним относятся касторовое масло, каучуки, дибутилфталат, трикрезилфосфат, эфиры адипиновой кислоты.
     Количество  пластификаторов, вводимых в смесь, составляет 20-75 % от массы пленкообразователя.
     Краски  и пигменты вводят в состав лакокрасочных  композиций для придания им определенного  цвета. Краски растворяются в растворителях, а пигменты находятся в них  в нерастворимом мелкодисперсном  состоянии. Размер частиц от 0,5 до 5 мкм. В качестве пигментов используют охру, сурик свинцовый, хром свинцовый, цинковые белила, порошки металлов. Пигменты повышают твердость, атмосферную  и химическую стойкость, износостойкость  и т.д. [15,16]
     
     Рисунок 1.2 – Строение лакокрасочной пленки:
     1 — пленкообразователь; 2 — наполнитель; 3 — пигмент; 4 — металл 

     Наполнители — это инертные вещества, которые  вводят в лаки и краски для снижения расхода пигментов, а также для  улучшения антикоррозионных свойств пленки. К ним относятся мел, тальк, каолин, асбестовая пыль и др.
     Наполнители образуют прочную основу всей пленки. Частицы наполнителя распределяются в пленке между частицами пигмента и заполняют имеющиеся в ней  промежутки. Благодаря этому пленка приобретает повышенную влагостойкость и антикоррозионные свойства. Схема  строения лакокрасочной пленки представлена на (рис.1.2).
     Сиккативы или катализаторы представляют собой  магниевые и кобальтовые соли жирных органических кислот. Их вводят в состав композиций для ускорения  высыхания масляных пленок.
     Успешная  противокоррозионная защита лакокрасочными материалами в значительной степени  зависит от соблюдения технологии получения  покрытий [12,15]. Основными факторами, влияющими на срок службы покрытия, являются:
     1) способ подготовки поверхности;
     2) методы нанесения и отверждения  лакокрасочного покрытия;
     3) толщина комплексного покрытия.
     Для оценки влияния подготовки поверхности  можно привести такой пример. Срок службы покрытия эмалью МЛ-12 (3 слоя), нанесенной по грунтовке ГФ-12 при пескоструйной  обработке поверхности — 7 лет, при  абразивной обработке — 9 лет, при  обезжиривании — 3 года, при фосфатировании с активатором — 12 лет. Активатор способствует формированию на поверхности малопористого мелкокристаллического фосфатного слоя с хорошей адгезией к металлу. Размер кристаллов 5-20 мкм.
     Метод нанесения также оказывает влияние  на срок службы покрытия. Так, срок службы покрытия алкидной эмалью ПОМ 15 (желтой) при нанесении в электрополе — 12 лет, пневмораспылением — 11 лет, безвоздушным распылением — 10 лет, струйным обливом — 9 лет, окунанием — 8 лет. Разницу в сроках службы покрытий объясняют различной структурой сформированных покрытий. Более мелкие и плотноупакованные структуры образуются при нанесении покрытий методом электростатического распыления [12,15].
     Существуют  противоречивые мнения по вопросу выбора толщины защитного лакокрасочного покрытия. По некоторым данным защитные свойства покрытия пропорциональны  его толщине, по другим — повышение  толщины не всегда приводит к увеличению его долговечности. Поэтому в  каждом отдельном случае подбирается  оптимальная толщина лакокрасочного покрытия.
     Выбор лакокрасочного покрытия определяется условиями его эксплуатации. Для  защиты аппаратов от воздействия  кислот, щелочей, растворителей и  агрессивных газов готовят лакокрасочные  покрытия на основе фенолоформальдегидных, полихлорвиниловых, эпоксидных и фторорганических полимеров.
     Лакокрасочные покрытия на основе эпоксидных соединений устойчивы в растворах Na OH (до 25%) при нагревании до 125 °С, в соляной (до 25%), серной (до 70%), фосфорной и азотной кислотах. Они эластичны, влаго- и атмосферостойкие в средах, содержащих CI2, HC1, хлороформ. Обладают высокими электроизоляционными и механическими свойствами [13,15].
     Лаки  и краски на основе полихлорвинила устойчивы к азотной, соляной, серной, уксусной и другим кислотам, щелочам и маслам. Они хорошо зарекомендовали себя в атмосферах, содержащих SO2, SO3, N2O3, NH3, HC1. Их используют для защиты гальванических ванн, аппаратов химводоочистки и др.
     Полиуретановые  лаки и краски применяют для защиты изделий из магниевых и алюминиевых  сплавов. Они стойки в атмосфере  нефтепродуктов.
     Термостойкие  покрытия получают на основе кремнийорганических  соединений. Они могут длительно  работать при температуре до 300°С, кратковременно выдерживают 500-800°С. Такие краски и эмали используют для окрашивания вентиляционных и сушильных установок, теплообменников и др.
     Требования  по экологии создают самые большие  сложности при разработке прогрессивного ассортимента лакокрасочных материалов. По данным зарубежных фирм газовые  выбросы, включающие растворители, составляют 100-185 г/м2 окрашиваемой поверхности. В 1991г. на автомобильных производствах Европы этот показатель составлял 90 г/м2. В 1993г. он снизился до 50 г/м2. Этому способствовало создание новых прогрессивных лакокрасочных материалов, отвечающих современным экологическим требованиям: с высоким сухим остатком (ВСО), водоразбавляемые и порошковые [1,3,12].
     Материалы с высоким сухим остатком (ВСО) позволяют сократить на 30% потребление  органических растворителей, снизить  в среднем на 20-30 % расход лакокрасочных  материалов, а также увеличить  в 1,5-2 раза срок службы покрытия. В странах  СНГ эти материалы находятся  на стадии промышленного внедрения: полиэфир - меламиновая эмаль ПЭ-1282 (содержание нелетучих соединений — 65%, режим сушки — 30 минут при 130°С); эпоксиперхлорвиниловая эмаль ЭП-2154 (соответственно — 50 % и 3-5 часов при 20°С); эпоксидная грунт-эмаль ЭП-5227.
     Водоразбавляемые лакокрасочные материалы занимают одно из ведущих мест в ассортименте продукции, отвечающей современным экологическим требованиям. Водные материалы применяются в основном при окрашивании изделий методом электроосаждения. Для этой цели используются водоразбавляемые лакокрасочные материалы на основе пленкообразователей-электролитов. Для электроосаждения используют грунтовки В-КЧ-0207, В-КФ-093, ВЭП-0190, эмали В-ФЛ-11990, МС-278, В-ЭП-2100.
     Порошковые  краски — новый вид современных  лакокрасочных материалов. Их применение позволяет практически исключить  опасность загрязнения окружающей среды, снизить пожаро - и взрывобезопасность при работе. В настоящее время ведутся работы, направленные на усовершенствование и удешевление этого вида покрытий. Новым классом современных лакокрасочных материалов являются модификаторы ржавчины.
     Эффективность грунтовок-модификаторов определяется не только природой пленкообразователя, но и наличием специальных добавок, обеспечивающих пропитку ржавчины и максимальную стабилизацию продуктов коррозии. Промышленность выпускает грунтовки-модификаторы на основе водоразбавляемых пленкообразователей (ВА-ВА-0112, ВД-ВА-01 ГИСИ, ВД-К4-0184, ВД-К4-0251) и эпоксидные модификаторы (ЭП-0180, ЭП-0199 и ЭП-0191) [1,3,12].
     Одним из направлений повышения защитных свойств покрытий является направленная модификация серийных лакокрасочных  материалов. В качестве модификаторов  могут быть использованы различные  поверхностно-активные вещества, выпускаемые  промышленностью. Защитные свойства таких  покрытий обусловлены образованием на поверхности комплексов, обеспечивающих пассивность металла.
     Замедлить протекание анодного коррозионного  процесса можно и введением в  лакокрасочную композицию ингибиторов  коррозии. К ним относятся хроматы, фосфаты металлов, азотсодержащие и  силаксановые соединения [12,15]. Эффект действия таких соединений связан с растворением ингибитора в диффундирующей воде из внешней среды и последующей адсорбцией его ионов или молекул на активных центрах металла.
     Покрытие  смолами и пластмассами
     Пластмассы  и смолы обладают высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, в том числе в воде и ряде кислот и щелочей. Поэтому покрытия из этих материалов применяют для  защиты металла от коррозии. Их наносят  послойно в жидком состоянии (нагретом или растворенном) пламенным напылением или футеровкой листовым материалом.
     Чаще  других используют фенол - формальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические смолы, асфальтобитумные покрытия [12,15].
     Лаки  на основе фенол - формальдегидных смол, известные под общим названием бакелитовых, стойки по отношению к большинству агрессивных сред, за исключением окислителей, щелочей и некоторых органических соединений. Их достаточно широко используют в химической промышленности. Лак готовят растворением резольной смолы в спирте. Обычно наносят 4—5 слоев лака, причем каждый слой сушат при температуре до 160—170° С. Недостаток бакелитового лака — хрупкость.
     Значительный  интерес представляют лаки и композиции на основе эпоксидных смол, которые  успешно применяют для защиты от коррозии емкостей, трубопроводов, цистерн и различных деталей химической аппаратуры.
     Эпоксидные  смолы — продукты поликонденсации  многоатомных фенолов и соединений с эпоксигидрогруппой (например, эпихлоргидрином). Они стойки к щелочам, ряду растворителей (бензин, ацетон), нестойки к сильным окислителям. Эпоксидные смолы имеют хорошую адгезию с поверхностью металла. Высокой химической и термической стойкостью обладают кремнийорганические (силиконовые) смолы. Это органические соединения, в цепях которых кислород частично замещен кремнием. Силиконовая пленка, нанесенная на какой-либо материал, делает его поверхность водоотталкивающей [1,2,12]. Лаки, приготовленные на основе кремнийорганических соединений, могут длительное время подвергаться действию температуры свыше 200°С, не изменяя внешнего вида и не становясь хрупкими. Особенно ценны в этом отношении фенилселиконы. Смешивая их с оксидами титана, можно получить покрытие, стойкое к нагреву до 600°С. Силиконовые покрытия характеризуются высокими диэлектрическими свойствами.
     Для защиты металлических сооружений от подземной коррозии широко применяют  битумно-пековые композиции. Их высокая  химическая стойкость связана с  присутствием в составе высокомолекулярных соединений, с трудом вступающих во взаимодействие с большинством агрессивных  сред [13].
     Футеровка стальной аппаратуры листами пластмасс  достаточно хорошо защищает от коррозии в кислотах, щелочах и других агрессивных  жидкостях. Наиболее стойким пластиком, не разрушающимся даже в растворах  царской водки, плавиковой кислоты, органических растворителях, является фторопласт (тефлон). Однако его прочность относительно невелика. В качестве футеровочного материала используют также фаолит, винипласт, полиизобутилен, полиэтилен и др [1,4,12].
 

1.2.2 Электрохимическая защита

 
     Скорость  электрохимической коррозии можно  значительно уменьшить, если металлическую  конструкцию подвергнуть поляризации. Этот метод получил название электрохимической  защиты, В зависимости от вида поляризации  различают катодную и анодную  защиту [13].
     На  рисунке 1.3 приведена схема, поясняющая снижение скорости растворения металла  при различных способах его электрохимической  защиты. 

             

     Рисунок 1.3 – Снижение скорости растворения  металлов при электрохимической  защите 

     Электрохимическую защиту применяют в том случае, если потенциал свободной коррозии uкор конструкционного материала располагается в области активного растворения u1 или перепассивации u2, то есть материал растворяется с высокой скоростью.
     При катодной защите снижение скорости растворения  металла происходит вследствие смещения потенциала в область значений, отрицательнее  uкор. Например, если потенциал свободной коррозии u1 металла располагается в области активного растворения (скорость растворения i1), то сдвиг потенциала в отрицательную сторону до значения ц3 приводит к снижению скорости растворения до величины i3, оказывающейся ниже i1. Аналогичное снижение скорости растворения металла происходит и в случае, когда потенциал свободной коррозии u2 металла располагается в области перепассивации. При смещении потенциала в отрицательную сторону до величины u4 скорость растворения снижается до i4. Различие заключается в том, что в первом случае снижение скорости растворения металла достигнуто без изменения характера его растворения — металл остался в активном состоянии. Во втором случае скорость растворения снизилась вследствие перехода металла из активного в пассивное состояние [4,13].
     При анодной защите потенциал защищаемой конструкции смещают в область  положительнее uкор. При этом происходит переход металла из активного в пассивное состояние. Так, если потенциал свободной коррозии u1 металла располагается в активной области и соответствующая ему скорость растворения равна i1, то при его смещении в положительную сторону до значения u4 скорость растворения снижается до величины i4 [2,13].
 

1.2.3 Ингибиторы
     Применение  ингибиторов – один из самых эффективных  способов борьбы с коррозией металлов в различных агрессивных средах. Ингибиторы  – это вещества, способные в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их. Название ингибитор происходит от латинского inhibere, что означает сдерживать, останавливать. Ещё по данным 1980 года, число известных науке ингибиторов составило более пяти тысяч. Ингибиторы дают народному хозяйству немалую экономию [3].
     Ингибирующее  воздействие на металлы, прежде всего  на сталь, оказывает  целый ряд неорганических и органических веществ, которые часто добавляются в  среду, вызывающую коррозию. Ингибиторы имеют свойство создавать на  поверхности металла очень тонкую пленку, защищающую металл от коррозии.
     Ингибиторы  в соответствии с Х. Фишером можно  сгруппировать следующим образом [3,15]:
    Экранирующие, то есть покрывающие поверхность металла тонкой пленкой. Пленка образуется в результате поверхностной адсорбции. При воздействии  физических ингибиторов химических реакций не происходит;
    Окислители (пассиваторы) типа хроматов, вызывающие образование на поверхности металла плотно прилегающего защитного слоя окисей, которые замедляют  протекание анодного процесса. Эти слои не очень стойки и при определенных условиях   могут подвергаться восстановлению. Эффективность пассиваторов зависит от   толщины  образующегося защитного слоя и его проводимости;
    Катодные – повышающие перенапряжение катодного процесса. Они  замедляют коррозию в растворах неокисляющих кислот. К таким ингибиторам   относятся соли или окислы мышьяка и висмута.
     Эффективность действия ингибиторов зависит в  основном от условий  среды, поэтому универсальных ингибиторов нет. Для их выбора требуется проведение исследований и испытаний.
     Наиболее  часто применяются следующие  ингибиторы: нитрит натрия,  добавляемый, например, к холодильным соляным растворам, фосфаты и силикаты  натрия, бихромат натрия, различные органические амины, сульфоокись бензила, крахмал, танин и т. п. Поскольку ингибиторы со временем расходуются, они должны добавляться в агрессивную среду периодически. Количество ингибитора,  добавляемого в агрессивные среды, невелико. Например, нитрита натрия добавляют в воду в количестве 0,01-0,05% [2,3].
     Ингибиторы  подбираются в зависимости  от  кислого  или  щелочного  характера  среды. Например, часто применяемый в качестве ингибитора нитрит натрия может  использоваться в основном в щелочной среде и перестает быть эффективным даже в слабокислых средах.
     Скорость  коррозии можно снизить также  изменением свойств коррозионной среды. Это достигается или соответствующей обработкой среды, в результате которой уменьшается ее агрессивность, или введением в коррозионную среду небольших добавок специальных веществ, так называемых замедлителей или ингибиторов коррозии. Согласно стандарту ISO 8044-1986 ингибиторами коррозии (ИК) называют химические соединения, которые, присутствуя в коррозионной системе в достаточной концентрации, уменьшают скорость коррозии без значительного изменения концентрации любого коррозионного реагента. Ингибиторами коррозии могут быть и композиции химических соединений. Содержание ингибиторов в коррозионной среде должно быть небольшим.
     Эффективность ингибиторов коррозии оценивается степенью защиты Z (в %) и коэффициентом торможения ? (ингибиторный эффект) и определяется по формулам [2,3,4]:
                                                                  (1)
     где К1 и K2 [г/(м2•ч)] — скорость растворения металла в среде без ингибитора и с ингибитором соответственно; i1 и i2 [А/см2] — плотность тока коррозии металла в среде без ингибитора и с ингибитором коррозии соответственно. При полной защите коэффициент Z равен 100 %. 
Коэффициент торможения показывает во сколько раз уменьшается скорость коррозии в результате действия ингибитора:            

                                                                                                           (2)
     Z и ? связаны между собой:
                                                                                               (3)
                                                                                                   (4) 

     Ингибиторы коррозии подразделяются: 
• по механизму своего действия — на катодные, анодные и смешанные; 
• по химической природе — на неорганические, органические и летучие; 
• по сфере своего влияния — в кислой, щелочной и нейтральной среде.

     Катодные и анодные ингибиторы замедляют соответствующие электродные реакции, смешенные ингибиторы изменяют скорость обеих реакций.
     Неорганические ингибиторы коррозии. Способностью замедлять коррозию металлов в агрессивных средах обладают многие неорганические вещества. Ингибирующее действие этих соединений обуславливается присутствием в них катионов (Са2+, Zn2+, Ni2+ , As3+, Bi3+, Sb3+) или анионов (CrO2-4, Cr202-7, NO-2, SiO2-3, PO3-4) [13,15].
     Анодные неорганические ингибиторы коррозии образуют на поверхности металла тонкие (~ 0,01 мкм) пленки, которые тормозят переход металла в раствор.
     Органические ингибиторы коррозии. Многие органические соединения способны замедлить коррозию металла. Органические соединения — это ингибиторы смешанного действия, т.е. они воздействуют на скорость как катодной, так и анодной реакций.
     В щелочных средах ингибиторы используются при обработке амфотерных металлов, защите выпарного оборудования, в моющих составах, для уменьшения саморазряда щелочных источников тока [4,12].
     Летучие ингибиторы являются современным средством защиты от атмосферной коррозии металлических полуфабрикатов и готовых изделий на время их хранения и транспортировки. Принцип действия летучих ингибиторов коррозии заключается в образовании паров, которые диффундируют через слой воздуха к поверхности металла, и защищают ее.
     Ингибирование – сложный способ защиты, и его  успешное применение в различных  условиях требует широких познаний [1]. 

 

     1.3 Защита конструкций  и городских коммуникаций  от коррозий
      1.3.1  Внутренняя коррозия в открытых системах теплоснабжения и пути её снижения 

       Существующие системы теплоснабжения Санкт-Петербурга характеризуются высокой повреждаемостью, большими тепловыми потерями и, как следствие, недостаточной экономичностью эксплуатации тепловых сетей. Низкая надёжность и экономичность тепловых сетей - следствие технической политики, проводившейся в нашей стране на протяжении нескольких десятилетий [17]. Снижение надёжности трубопроводов и их разгерметизация значительно увеличивают непроизводительные затраты по эксплуатации тепловых сетей, на предприятиях, в дорожно-транспортном хозяйстве и благоустройстве города, увеличивают расходы на ликвидацию последствий аварийных ситуаций и подтопления территорий. Величина непроизводительных затрат и ущерба в городском хозяйстве составляет 5-6 тыс. $ на 1 км тепловой сети в год. Одной из причин снижения надежности является внутренняя коррозия трубопроводов. Влияние внутренней коррозии на уровень эксплуатации систем теплоснабжения с открытым горячим водоразбором рассмотрим на примере ГУП «ТЭК СПб» - одного из крупнейших производителей и поставщиков тепловой энергии на нужды теплоснабжения города [17].
       За период 1997-1999 гг. среднегодовая  удельная повреждаемость тепловых  сетей предприятия составила  1,2 отк./км трубопровода, за отопительный сезон -0,26 отк./км. Исходя из актов осмотра дефектных труб персоналом филиалов предприятия, следует, что большая часть повреждений (73-77%) обусловлена наружной коррозией. Это согласуется с данными наблюдений за тепловыми сетями других предприятий [ 1,2,3 ]. Однако необходимо отметить, что около 45-50% отказов на тепловых сетях связаны с трубопроводами, которые имели явные признаки совместного действия внутренней и наружной коррозии на поверхности металла труб. Но поскольку наружная коррозия была проявлена более активно, чем внутренняя, коррозия трубопровода, эксплуатационный персонал определил причиной появления отказа первую из них. Повреждения, вызванные внутренней коррозией, обычно имеют вид небольших сквозных отверстий, когда дно коррозионной лунки достигает внешней поверхности трубы или щели в сварочном шве. Протечки через такие повреждения невелики, и их трудно обнаружить. Обычно они своевременно не устраняются. Сетевая вода, выходя под давлением из сквозного отверстия, увлажняет и разрушает гидро - и теплоизоляцию. В результате на наружной поверхности трубы создаются благоприятные условия для интенсивного развития наружной коррозии [17]. В отличие от внутренней коррозии наружная реализуется как сплошное утонение металла на большой площади. Когда толщина стенки трубы уменьшается до критической величины, она разрушается, образуя интенсивную протечку теплоносителя. Эти предположения требуют корректировки результатов осмотра эксплуатационным персоналом дефектных участков трубопроводов. В результате корректировки можно утверждать, что именно внутренняя коррозия является первопричиной возникновения около половины отказов на трубопроводах, хотя причиной была указана наружная коррозия. Для уточнения вклада внутренней коррозии была проанализирована статистика устраненных повреждений трубопроводов предприятия за 1997-1999 гг. с учетом их диаметра, условий прокладки сетей и направления движения теплоносителя. Повреждаемость подающих трубопроводов для сетей в целом и на участках подвальной прокладки была примерно в 3-4 раза выше, чем в обратных трубопроводах. Поскольку на участках подвальной прокладки наружной коррозией в масштабах всего предприятия можно пренебречь, то следует признать, что различия в повреждаемости были вызваны внутренними причинами, а именно различиями физико-химических параметров теплоносителя. Эти различия сохраняются и для сети в целом. То обстоятельство, что и в этом случае наблюдалось приблизительно такое же соотношение повреждаемости прямых и обратных трубопроводов, дает основания полагать, что доминирующий вклад в повреждаемость сетей вносит внутренняя, а не внешняя коррозия [11,17].
      На  решающую роль внутренней коррозии указывает  также зависимость удельной поверхностной  повреждаемости (количество повреждений  на единицу площади поверхности  трубопровода) от диаметра трубопроводов [7,8].
      В диапазоне диаметров 50-200 мм сетевые  трубопроводы имеют исходную толщину  стенки 3,5-4,5 мм. Весьма небольшие различия в толщине стенки не существенны  для наружной коррозии. Поэтому с  ее помощью невозможно объяснить  наблюдаемые гладкие зависимости  снижения повреждаемости в 5-6 раз при  увеличении диаметра от 50 до 200 мм. Напротив, как будет показано ниже, внутренняя коррозия, помимо прочих факторов, существенно  зависит от гидродинамики потока, что определяет влияние диаметра трубы на ее повреждаемость [7,9,10].
  Исходной  причиной коррозии углеродистой  стали в природных водах при  умеренных параметрах является  растворенный в воде кислород. Известно, что чистая поверхность  железа очень быстро вступает  в реакцию с растворенным кислородом, и скорость всего процесса  определяется (лимитируется) возможностями  его доставки. Другие коррозионнозначимые факторы опосредуют действие кислорода через влияние на свойства слоев продуктов коррозии, образующихся на поверхности стали. Если образуются слои, которые эффективно препятствуют проникновению через них кислорода, стальные конструкции могут длительное время сохранять полезные свойства. В противном случае сталь будет быстро разрушаться [5].
      Теплосеть представляет собой протяженный  замкнутый стальной контур с циркулирующим  теплоносителем и локализованным источником поступления кислорода. Этим источником служит обычно подпиточная вода. Кислород в подпиточной воде присутствует в основном из-за неполной деаэрации сырой воды, присосах охлаждающей воды в охладителях деаэратора, вторичной аэрации в баках-аккумуляторах и присосах воздуха в подпиточном тракте [11,14].
      Распространяясь от источника вместе с теплоносителем, кислород постепенно расходуется в  коррозионных реакциях со стальными  стенками трубопроводов. В результате его концентрация по мере удаления от источника снижается, а более  удаленные участки сети (обратные трубопроводы), работающие в диапазоне  более низких температур, защищаются от коррозии образованием защитных пленок [11].
      На  большинстве участков сети, за исключением  домовых систем, теплоноситель движется в турбулентном режиме. Для круглой  трубы массоперенос в турбулентном потоке описывается критериальным уравнением [6]:
Nu=0,023 Re0,8 Sc0,33                                                                                            (1) 

      где Nu- число Нуссельта, Re- число Рейнольдса, Sc-число Шмидта.
      Критериальные числа определяются как:  

Nu = N d / (D ( cb-co)), Re = V d / v, Sc = v / D                                                       (2) 

      где N - удельный поток массы (на единицу  концентрации) на поверхность трубы, d - диаметр трубы,
      D - коэффициент диффузии кислорода, cb, co - концентрация кислорода в ядре потока и на поверхности трубы, соответственно, v - кинематический коэффициент вязкости. Исходя из уравнения (1) были рассчитаны возможные значения потока массы кислорода на стенку N для средних условий теплосети. Удельный поток кислорода N увеличивается при росте скорости движения теплоносителя и уменьшении диаметра трубы. Эта зависимость качественно подтверждает вывод о преимущественно внутренних причинах коррозии. Количественные расхождения могут быть устранены, если учесть, что ранее при проектировании сетей принимали более высокие скорости в трубах меньшего диаметра, а также наличие ржавчины, ускоряющее со временем движение теплоносителя тем больше, чем меньше диаметр [6].
     Для сетей в целом возможный диапазон изменения N составляет 0,004-0,02 см с­1. Это означает, что при одной и той же концентрации кислорода скорость коррозии в сети может меняться в 5 раз.
     Исходя  из уравнения (1), были рассчитаны и сопоставлены с измерениями в сетях величины поглощения кислорода в стальных водогрейных котлах и на участках трубопроводов различных диаметров, так как процессы, возникающие  в них, в целом идентичны. Расчеты  показывают, что при работе водогрейный  котел ПТВМ-50 должен поглощать около 50% поступающего в него кислорода.
     Отношение концентрации кислорода в сетевой  воде на выходе из котельной (подающий трубопровод) к концентрации кислорода  на входе (обратный трубопровод) должно быть не меньше 4-5. Действительно, при  корректном отборе пробы концентрация кислорода на выходе из котельных  предприятия составляет в среднем 40-50 мкг/кг, обратная вода обычно содержит менее 10 мкг/кг кислорода. Таким образом, результаты анализа статистики повреждаемости сетей предприятия и переноса в них кислорода приводят к согласованному выводу - надежность, длительность и эффективность работы систем теплоснабжения существенно сильнее зависят от интенсивности внутренней кислородной коррозии, чем считалось ранее. Качественное улучшение характеристик работы открытых систем только путем совершенствования теплогидрозоляции сетевых трубопроводов без существенного улучшения водно-химического режима представляется маловероятным [5,8].
       Радикальный метод сведения к  минимальному уровню процесса  внутренней коррозии - устранение  путей попадания кислорода в  подпиточную и сетевую воду. Ликвидация этих путей требует больших капитальных затрат на переоснащение технологических схем и оборудования котельных, переход на закрытую схему теплоснабжения, на переоборудование индивидуальных тепловых пунктов зданий, центральных тепловых пунктов и домовой системы горячего водоснабжения. Естественно, в обозримом будущем это малове роятно [6]. Другой метод - всемерное ужесточение требований к содержанию кислорода, качественное повышение уровня контроля за его содержанием и проведение антикоррозионных мероприятий, включающих надежную консервацию систем в межотопительный период и коррозионное ингибирование сетевой воды в отопительный период [6,11].
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.