Металл емес конструкциялық материалдар

Фторопласт(тефлон) — элементы конструкций из фторсодержащих полимеров обладают высокой стойкостью практически во всех агрессивных средах в широком интервале температур.

Химиялық машина жасауда металл емес конструкциялық материалдарды қолдану қымбат, бағалы және тапшы металдарды үнемдеуге мүмкіндік береді.

Фторпласт (тефлон) — фторқұрамды полимерлерден жасалған контрукциялардың элементтері температуралардың кең аралығында барлық дерлік агресивті орталарда жоғары төзімділікке ие болады.

Көмірграфитті материалдар — фенолформальдегид шайырын сіңірген графит немесе графитпласт, яғни графитті толтырғышы бар фенолформальдегид шайыры негізіндегі престелген пластмасса. Қышқылды және сілтілі орталарды жоғары коррозиялық беріктілікке ие болады.

Шыны және эмальдер. Шыны аса таза заттардың өндірісінде конструкциялық материал ретінде қолданылады. Эмальдер — металмен жақсы адгезияға ие арнайы силикатты шынылар. Өнеркәсіпте 0,6 МПа-ға дейінгі қысымда —15-тен +250°С-қа дейінгі температуралардың кең аралығында жұмыс істейтін эмальданған шойын және болат аппараттар шығарылады.

Керамика— выпускается кислотоупорный кирпич для футеровки химического оборудования, крупноблочная керамика для аппаратов башенного типа, например, в производстве серной кислоты. Керамикалық материалдар сілтілік орталардан басқа көптеген агрессиялық орталарға жоғары тұрақтылыққа ие болады. Қышқылға төзімді керамикадан жасалған құбырлар күкірт және тұз қышқылдарын тасымалдау үшін кең қолданылады.

Фарфор— балқытқыш қышқылдан басқа барлық қышқылдарға жоғары төзімділікке ие. Сілтілердің әсеріне тұрақтылығы толық емес. Фарфорды конструкциялық материал ретінде өнімнің тазалығына жоғары талап қойылатын өндірістерде қолданады.

Винипласт— азот және олеумнен басқа барлық дерлік қышқыл, сілті және ерітінділерде жоғары тұрақтылыққа ие болатын термапластикалы масса. Винипласттан жасалған бөлшектер 0–40°С температуралар аралығында және 0,6 МПа қысымға дейін сенімді жұмыс істейді.

Асбовинил— -50°С-тен +110°С-ке дейінгі температуралар аралығындақышқылдар мен сілтілердің көпшілігінің әсеріне тұрақты қышқылға төзімді асбест пен лактың композициясы.

Полиэтилен, полипропилен— минералды қышқылдар мен сілтілердің әсеріне келесі шарттарда тұрақты термапластикалы материалдар:

— полиэтилен — -60-тан +60 °С-ке дейін температура, 1 Мпа-ге дейін қысым;

— полипропилен — -10-нан +100 °С-ке дейін температура, 0,07 Мпа-ге дейін қысым.

Фаолит— асбест, графит, кварцты құм толтырғыштары бар қышқылға төзімді пластмасса. 140°С-ке дейін температурада және 0,06 МПа-ге дейінгі қысымда қолданылады. Фаолит көптеген қышқылдардың, соның ішінде күкірт (50%-ға дейінгі концентрацияда), тұз (барлық концентрация), сірке, құмырсқа (50%-ға дейінгі), фосфор қышқылдарының, сонымен қатар бензолдың әсеріне төзімді, бірақ сілті мен тотықтырғыштардың ерітінділерінде тұрақсыз.

Текстолит— механикалық беріктілігі жағынан фаолиттен басым және агресивті орталарға, соның ішінде күкірт (30%-ға дейін концентрациясында), тұз (20%-ға дейін), фосфор (25%-ға дейін), сірке (барлық концентрацияларында) қышқылдарына жоғары төзімділігімен ерекшеленеді. Текстолитті қолданудың жоғарғы температуралық шегі 80 °С.

Дымқылданған графит — таскөмірлі шайырды қыздырып және байланыстыратын, фенолформальдегид, кремнийорганикалық, эпоксидті және т.б., шайырларды сіңіргеннен кейін алынған графит.

Дымқылданған графиттің жақсы жылуөткізгіштігі себебінен оны жылу алмастырғыштар мен құбыр арматурасын жасауға кең қолданады. Дымқылданған графит көптеген химиялық активті орталарда, соның ішінде азот (төмен конц.), балқытқыш (40%-ға дейін), күкірт (50 %-ға дейін), тұз, сірке, құмырсқа, фосфор қышқылдарында тұрақты. Дымқылданған графиттің кейбір сорттары сілтілердің әсеріне төзімді.

Ыстыққа және қышқылға төзімді бетон – күкіртқышқылды өндірістің мұнаралық жабдықтарының астын бетондау үшін, жабдықтың астына іргетас қалау үшін қолданылады. 900—1200 °С аралығында сенімді жұмыс істейді. Кейінгі кезде концентрленген қышқылдардың, сілтілердің, бензол, толуол және фторқұрамды орталардың әсеріне жоғары тұрақты органикалық шайырлардың негізіндегі полимербетондар қолданылуын тапты.

Табиғи силикатты материалдар: диабаз, базальт, асбест, хри­зотил, андезит жоғары қышқылға төзімділікке ие, тек хризотил ғана қышқылдарда тұрақсыз болғанымен, сілтілердің әсеріне төзімді. Осы материалдардың барлығы жақсы физика-механикалық қасиеттерге ие және конструкциялық, жылуизоляциялық және футердейтін материалдар ретінде кең қолданылады.

2. Металдар мен балқымалардың коррозиясы.

2.1 Коррозияның түрлері (электрохимиялық, химиялық).

Металдардың коррозиясы химиялық және электрохимиялық механизм бойынша жүруі мүмкін.

Электрохимиялық коррозия— металдарға электролиттер мен дымқыл газдар әсер еткенде пайда болады және екі параллельді жүретін процестердің бар болуымен сипатталады: тотығу (металдың еруі) және тотықсыздану (металдың ерітіндіден бөлінуі). Коррозияның бұл түрі микрогальваникалық элементтің түзілуінің нәтижесінде пайда болатын электр тоғымен қатарласа жүреді. Металда коррозиялық бұзылулардың пайда болуы металдың біртекті еместігімен, қоспалардың барлығымен, металдың құрылымы мен қорғаныш қабатының бұзылуымен, ерітіндінің құрамының тұрақсыздығымен, әртүрлі бөлімдердің деформациялануының біркелкі еместігімен, температуралардың әртүрлілігімен және т.б. фактормен байланысты.

Электрохимиялық коррозияның жылдамдығы концентрацияға және ерітіндінің қозғалысының жылдамдығына, металдың құрамы мен құрылысына, анодты және катодты бөлімшелердегі коррозия өнімінің ерігіштігіне, температураға, қысымға және т.б. тәуелді.

Химиялық коррозия— металдарға құрғақ газдардың және сұйық электролит еместердің әсерінен, сонымен қатар металл еместерге электролиттердің әсерінен пайда болады. Химиялық коррозияның механизмі металл иондарының тоқтаусыз қалыңдайтын коррозияның өнімінің қабыршағы арқылы диффузиясына және оттегінің атомдары немесе иондарының қарама-қарсы диффузиясына алып келеді. Химиялық коррозияға газ коррозиясы мысал болады. Газ коррозиясы — жоғары температура мен қысымдардағы металдардың оттегі және басқа газдармен (H2S, SO2, CO2, су буы) әрекеттесу процесі. Химиялық коррозияның жылдамдығы температура мен қысымға айтарлықтай тәуелді.

2.2 Кооорзиялық бүлінудің түрлері (біртегіс (сплошная), бір орынды тұрғылықты (местная), ала-ала (пятнистая), жаралық (язвенная), нүктелік, беткі қабат астылық (подповерхностная), таңдамалық (избирательная), саңылаулық (щелевая).

Коррозиялық бұзылулардың түрлері

Коррозия коррозиялық бұзылулардың сипатына қарай жаппай және жергілікті болып бөлінеді.

Жаппай коррозия— металдың беттік қабатында қорғаныш қабыршағы болмағанда және анодтық пен катодтық бөлімшелердің біркелкі таралуында пайда болады. Үлгінің беріктілігінің жоғалуы оның массасын жоғалтуына тура пропорционал, сондықтан коррозияның бұл түрі аз қауіпті.

Жергілікті коррозия— бірнеше түрлері бар: теңбіл, жаралық, беттік қабат асты, кристаларалық.

Теңбіл коррозия— ошақтарының үлкен ауданы және аз тереңдігі көрсетіледі. Бұзылуларының сипаты бойынша жаппай коррозияға жақын.

Жаралық коррозия — бұзылулардың алып жатқан ауданынан асып түсетін айтарлықтай тереңдігі көрсетіледі (питтинговая коррозия).

Нүктелік коррозия— көбінде ар жағына шыққан тесіктің пайда болуымен бірге жүретін терең бұзылулар байқалады. Жаппай және теңбіл коррозияларға қарағанда қауіптілігі көбірек бұзылу түрі, себебі, массасын жоғалту механикалық беріктілігін жоғалтудан кем.

Беттік қабат асты коррозиясы— бұзылу ошағының металдың беттік қабатының астында таралуымен ерекшеленеді, ал ол өз кезегінде металдың вспучи­ванию және қабаттануына (расслоению) алып келеді.

Таңдамалы коррозия— компоненттердің біреуінің немесе гетерогенді құйманың фазаларының біреуінің бұзылуымен ерекшеленеді. Таңдамалы коррозияға бұзылу кристалдардың дәндерінің шекараларынан өтетін кристаларалық коррозияны жатқызуға болады. Кей жағдайларда бұзылу үлгінің беріктілігін едәуір төмендете отырып, металдың ішіне қарай таралуы мүмкін. Коррозияның бұл түрі ең қауіпті, себебі, басқарылуы қиын және транскристаллиттік (кристалішілік) деп аталады.

Сызаттық коррозия— аппараттың түрлі бөліктерін біркелкі емес айнала ағатындығымен ерекшеленеді, ал ол өз кезегінде катодты және анодты бөліктердің түзілуіне алып келеді. Сызаттық коррозия электрохимиялық коррозияның бір түрі болып келеді.

Коррозиямен күресудің тәсілдері.

Мысал үшін тотбаспайтын болаттардың коррозиясының кейбір ерекшеліктерін және олармен күресу жолдарын қарап өтеміз. Тотбаспайтын болаттардың коррозияға жоғары төзімділігі олардың оңай, атмосфералық жағдайда ауадағы оттегімен-ақ пассивтену (қорғаныш қабыршағымен жамылу) қасиетімен анықталады.

Тотбаспайтын болаттардың коррозияға төзімділігі келесіге тәуелді болады:

1. Негізгі қоспаланушы компонент хромның барлығына, оның құрамда болуының артуымен болаттың коррозияға төзімділігі күрт өседі.

2. Көміртегі болуына, оның өсуімен болаттың коррозияға төзімділігі күрт төмендейді.

3. Болаттың құрылымдық күйіне тәуелді. Ең коррозияға жоғары төзімділікке хром және никельмен қоспаланған қатты ерітінділер ие болады. Карбид немесе нитрид түзілуінің нәтижесінде болатын құрылымның біртектілігінің бұзылуы қатты ерітіндідегі хромның азаюына және коррозияға төзімділіктің төмендеуіне алып келеді.

4. Агресивті ортаның табиғатына және пассивті қабыршақтың тұрақтылығына. Тотбаспайтын болаттар оттегі болғанда азот қышқылы ерітіндісінде, әртүрлі нейтралды және әлсіз қышқылды ерітінділерде тұрақты және тұз, күкірт, балқытқыш қышқылдарда тұрақсыз. Болаттар пассивті қабыршақтардың жойылуының себебінен күшті тотықтырғыш орталарды өзінің тұрақтылығын жоғалтады, мысалы, жоғары температураларда үлкен концентрациялы азот қышқылында.

5. Температураға. Температураның көтерілуі себепті тотбаспайтын болаттардың коррозияға төзімділігі тотықтырғыш орталарда да, тотықтырғыш емес орталарда да күрт төмендейді.

Тотбаспайтын болаттардың коррозиясы электрохимиялық та, химиялық та механизмдер бойынша жүруі мүмкін. Құрылымдық құрамдарының күрделі құрылымдық күйіне және электрохимиялық пен коррозиялық қасиеттерінің үлкен айырмашылығына байланысты тотбаспайтын болаттар әсіресе жергілікті бұзылулардың (кристаларалық, нүктелік, жаралық коррозия) пайда болуына бейім келеді. Саңылаулары және сызаттары бар күрделі құрылымдарда сызаттық коррозия пайда болады. Кристаларалық коррозия сваркалы қосылыстарда және термиялық дұрыс емес өңдегенде жиі кездеседі. Бұл жағдайда дәндер пассивті күйде болады, ал дәндердің шекаралары хром карбиді түзілуі себепті активті күйде болады. Болаттың құрамында көміртегінің артуымен оның кристаларалық коррозияға сезімталдығы күрт өседі. Болаттардың кристаларалық коррозияға сезімталдығына дәндердің көлемі ықпал жасайды. Дәннің көлемі кіші болған сайын болаттың коррозияға сезімталдығы да азаяды.

Кристаларалық коррозиямен күресудің бірнеше эффективті (нәтижелі) тәсілі бар:

1. Құрамындағы көміртегіні азайту. Сонда дәндердің шекараларында карбид түзілуі азаяды. Құрамында көміртегі 0,3%-дан аз болаттардың сезімталдығы төмен.

2. Жоғары температурадан суға салып шынықтыру. Бұл кезде дәндердің шекараларындағы хром карбидтері қатты ерітіндіге өтеді.

3. 750—900 °С-та тұрақтандыратын жағуды қолдану. Сонда хромның дән мен дәндердің шекаралары бойынша тегістелуі орын алыды.

4. Болатты карбид түзетін тұрақтандырғыш элементтермен – титан, ниобий, танталмен қоспалау. Көміртегі хром карбидтерінің орнына титан, тантал, ниобий карбидтеріне байланады, ал қатты ерітіндідегі хромның концентрациясы тұрақты болып қалады.

5. Екі қабатты болаттарды – аустенит-ферритті болаттарды жасау.

Тотбаспайтын болаттардың нүктелік және жаралық коррозиясы бұйымдарды теңіз суында эксплуатациялағанда жиі кездеседі. Бұл хлор-иондардың болаттың беттік қабатының кейбір бөліктерінде адсорбциялануына байланысты, сол кезде коррозияның жергіліктенуі жүреді. Молибденмен қоспалау металдың хлор-иондардың әсеріне қарсылық көрсетуін күрт өсіреді.

Сызат, саңылау, қалташалы күрделі конструкциялы тоттанбайтын болаттардын жасалған бұйымдарда сызаттық коррозия болады. Оның механизмі оттегі немесе басқа тотықтырғыштың, анодтық коррозияны баяулатқыштардың конструкцияның қиын жететін бөліктеріне диффузиясының қиындауына, сондықтан болат осы бөліктерде белсенді күйге көшетіндігіне байланысты болады.

Коррозияның бұл түрімен күресу әдістері бірінші кезекте саңылау, сызат, қалташалардың және болаттың металл емес материалдармен әрекеттесуінің жойылуына, яғни конструктивті тәсілдерге әкеледі. Сонымен қатар ерітіндіде тотықтырғыш немесе анодты баяулатқыштарды арттыру да өте тиімді.

Әдебиеттер:

Под. ред. Михайличенко А.И. Основы проектирования химических производств. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. – 252-268 б.

Дәріс №14

Тақырыптың аты:МАТЕРИАЛ ТҮРІНІҢ АППАРАТТАРДЫҢ ҚҰРЫЛЫМЫ МЕН ОЛАРДЫ ДЯРЛАП ЖАСАУДЫҢ ТӘСІЛДЕРІНЕ ӘСЕРІ.

Қарастырылатын сұрақтар:

1. Жоғары легирленген болаттан жасалынған аппраттардың құрылымдық ерекшеліктері.

2. Эмальделінген аппараттардың құрылымдық ерекшеліктері.

3. Түрлі-түсті металдардын жасалынған аппраттардың құрылымдық ерекшеліктері.

4. Пластмассалардан жасалынған аппараттардың құрылымдық ерекшеліктері.

Құрылымдық материалдарды дұрыс таңдау олардың пісіріліп, желімделіп жасалынған жекелеген бөлшектері мен түйіндерінің технологиялықтылығы мен жобаланудағы аппараттардың немесе машиналардың құрылымына тікелей әсер етеді. Осы құрылымдық материалдардың технологиялық қасиеттерінің одан жекелеген бөлшектер мен түйіндерді жасаудың тәсіліне таңдау жасауға айтарлықтай деңгейде әсері бар. Мысалы шойыннан даярланған бөлшектердің көпшілігі құю әдісі арқылы алынады, ал болаттан жасалынған бұйымдар құю әдісі мен қатар кесу, штамповкалау, иіктіру секілді тәсілдермен де жасалынады. Осымен қатар жекелеген бөлшектерді біріктіру тәсілдері де құрылымдық материалдардың түріне байланысты болады: болат үшін – пісіру; түрлі-түсті металдар үшін – дәнекерлеу; пластмасслардан жасалынған бөлшектер үшін – желімдеу.

1. Жоғары легирленген болаттан жасалынған аппраттардың құрылымдық ерекшеліктері

Пластмассалардын деталдарды алудың негізгі тәсілі бұл отливка, яғни құйма құю. Олардың жылу өткізгіштіктері металдардан қарағанда төмен сондықтан оларды ұзақ уақыт суынады және біркелкі емес. Бұл өз ретінде бұйымның біркелкі емес усадкалануына душар етеді.

- қабырғаның қалыңдығының артуы қалдық кернеуліліктің артуына алып келетіндіктен бұйымның беріктілігі төмендейді.

- Қабырғалардың көтеру қабілеттілігін құрылымға қатаңдық қабырғаларын ендіру арқылы ғана жасауға болады.

- Үшкір өткір ұштар болмауы тиіс және бұйымның қабырғалары тегістеліңкіреп плавно жіңішкеріу керек.

- Пластмассадан жасалынған бұйымның беріктілігін армировать ету арқылы ғана арттыруға болады.

- Пластмассадан жасалынған бұйымдарда тесіктерді формовкалау және бұрғылау арқылы жасалынуы тиіс.

Әдебиет:

Под. ред. А.И.Михайличенко Основы проектирования химических производств. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. - 268 – 275 с.

• ⇐ Назад
• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 910