Сегодня мы начинаем курс лекций по дисциплине «Коррозия и защита от коррозии». В чем важность этой дисциплины? Достаточно сказать, что ранее коррозия рассматривалась в качестве одного из разделов химии. Теперь она, с учетом огромной важности данного вопроса, включена в учебный план подготовки бакалавров по Вашему направлению в качестве отдельной дисциплины. У нас будет 18 ч лекций и 18 ч лабораторных занятий. По окончании курса сдается экзамен. Содержание экзамена, как обучно, полностью соответствует объему и содержанию лекций.
Дополнительная литература:
1. Семенова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и зашита от коррозии, 2010 и др. годы изд.
2. Мальцева Г. Н. Коррозия и защита оборудования от коррозии:Учеб. пособие. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2000 и др. годы изд.
1-я лекционная тема – это введение в дисциплину. Запишем: среди множества ОВР, протекающих в природе и в различных технологических системах, значительную роль играют процессы коррозии. В переводе с латинского коррозия означает "разъедание".В общем случае коррозии – это разрушение любого материала: металла, бетона, керамики, дерева, полимера и т.п.
В современных промышленных отраслях, в т.ч. в нефтегазовой отрасли, наиболее важными и распространенными конструкционными материалами являются металлы и их сплавы, которые при контакте с агрессивной средой неизбежно подвергаются коррозии. Поэтому в нашем курсе мы будем рассматривать именно коррозию металлов. Сразу необходимо пояснить, что практически любая среда, с которой контактирует металлический материал или изделие, является агрессивной по отношению к нему. Поэтому, в каких бы условиях не находился этот материал или изделие он всегда будет корродировать. Основным конструкционным материалом являются железо и сплавы на его основе, т.е. различные стали и чугуны. Все более широкое внедрение получают также сплавы меди, алюминия, никеля, титана, хрома и др. металлов, на подходе – материалы на основе тантала, циркония, рения, германия, тория, иридия и др. Таким образом, проблема не ограничивается железоуглеродистыми материалами, и ее решение требует систематических познаний в области химии металлов, электрохимии, ОВР и др.
|
|
Запишем определение: коррозия металлов – это химическое, электрохимическое или биохимическое взаимодействие металлического материала и агрессивной окружающей среды, приводящее к ухудшению эксплуатационных свойств материала, среды или технической системы. Агрессивной средой могут быть газы, влажный воздух, растворы, жидкие и твердые вещества. Запишем и другое определение: коррозия металлов – это сложный физико-химический окислительно-восстановительный процесс, который протекает на поверхности металла и заключается в окислении металла веществами окружающей среды.
Коррозия – это сложный необратимый, и при этом крайне негативный процесс, в связи с тем, что он приводит к ухудшению прочности, герметичности, надежности, внешнего вида и других полезных свойств оборудования, аппаратов, конструкций и трубопроводов. В РФ 40-50 % машин и сооружений работают в агрессивных средах, 30 % – в слабоагрессивных, и только около 10 % не требует активной антикоррозионной защиты. При этом степень удовлетворенности России средствами защиты от коррозии существенно ниже требуемой. Так, потребность в лакокрасочных изделиях и ингибиторах удовлетворяется лишь на 50 %, а потребность в трубах с покрытиями – менее чем на 30 %. Поэтому не удивительно, что около 10 % всего производимого металла безвозвратно теряется вследствие разрушающего действия коррозии.
|
|
Прямые экономические потери от коррозии включают:
а) стоимость заменяемых металлических конструкций и механизмов или их частей;
б) стоимость коррозионностойких металлов и сплавов, применяемых вместо нестойких материалов;
в) стоимость различных видов защиты от коррозии.
Косвенные экономические потери включают:
а) расходы, связанные с ремонтом, простоем или отказом от работы оборудования из-за аварий, произошедших в результате коррозии;
б) расходы, связанные с простоем оборудования во время замены его частей, подвергшихся коррозии;
в) расходы на ликвидацию последствий указанных аварий;
г) потери полезных продуктов, например, утечки нефти и газа из трубопроводов.
Выброс природного газа через отверстия, образованные вследствие коррозии, может привести к пожарам и даже к мощным взрывам с огромными материальными потерями и даже с человеческими жертвами, как, например, в случае Башкирской трагедии.
д) загрязнение продукции продуктами коррозии, а значит, снижение их качества. Лидерами здесь являются нефтедобыча, транспорт нефтепродуктов, нефтехимическая и химическая промышленности;
е) потери производительности оборудования, например, при засорения труб ржавчиной.
ж) завышенные припуски при проектировании деталей, например, увеличение толщины изделия с припуском на коррозию.
|
|
Убытки от коррозии металлов и затраты на защиту от нее в развитых странах достигают ~ 4-6 % национального дохода. При этом потери металла составляют от 10 до 20 % годового производства стали. В РФ ежегодные потери металлов вследствие коррозии составляют до 12 % от их общей массы, что соответствует утрате до 30 % ежегодно производимого металла.
Росту потерь от коррозии способствует постоянное интенсивное развитие металлоемких отраслей, в т.ч. нефтегазовой промышленности и нефтегазопроводного транспорта. Это усугубляется безвовратностью затрат на борьбу с коррозией и невосполнимостью расходуемых при этом земных ресурсов. В РФ проблема еще более серьезна в связи с резким старением основного металлофонда, физическим и моральным износом оборудования. Объем потенциально опасных сварных конструкций в России составляет 800 млн. т, при этом они большинство из них выработали свой ресурс на 50-70 %. Значительная часть сооружений уже исчерпала свой плановый ресурс и вступает в период интенсификации отказов. Проблема особенно значительна в отношении нефтегазовых сооружений, которые эксплуатируются в условиях постоянного воздействия агрессивных углеводородных и разнообразных технологических средств. Анализ причин отказов и аварий нефтегазовых сооружений свидетельствует о превалирующем влиянии коррозионного фактора. Так, по причине коррозионных повреждений в системах добычи и транспорта нефти происходит 70 % отказов, в газопроводах – около 40 %, во внутрипромысловых трубопроводах – 95 %.
В связи с этим поиск и широкое внедрение оптимальных способов защиты металлических материалов и изделий от коррозии является чрезвычайно актуальной задачей.
Поэтому инженер любой, в т.ч. Вашей специальности, обязан хорошо разбираться в этой проблеме. Необходимо понимать природу и механизм коррозии, знать ее основные виды и причины ее возникновения, уметь применять на практике методы противокоррозионной защиты.
Известны весьма редкие случаи полезного действия коррозии. Например, зеленая патина, часто наблюдаемая на бронзовых скульптурах, является оксидом меди, который эффективно защищает металл под оксидной пленкой от дальнейшей атмосферной коррозии.