3.5 Способи захисту апаратів від корозії

Один з основних методів боротьби з корозією хімічного устаткування – нанесення на його поверхню захисного покриття з хімічно стійкого до цього середовища матеріалу. В цьому випадку металевий корпус забезпечує міцність апарату, а захисне покриття захищає його від дії середовища.

Існує безліч видів покриттів, основні з яких: плівкове, листове, футерування.

Вибір виду покриття визначається фізико-хімічними умовами роботи апарату, властивостями матеріалу і ступенем складності геометричної форми поверхні, що захищається [3,4].

3.5.1 Плівкові захисні покриття

Плівкові захисні покриття наносять одним з наступних способів:

1) осадженням шару корозійностійкого металу електрохімічним методом;

2) багатошаровим фарбуванням поверхні лаками, фарбами і бітумами;

3) напилюванням порошкоподібних полімерних матеріалів з подальшим їх спіканням;

4) багатошаровим нанесенням емульсій (суспензій) з полімерних матеріалів, з наступною сушкою і спіканням;

5) механічним або електрофоретичним нанесенням шихти з порошкоподібних матеріалів та її спіканням в склоподібний стан (кислототривка емаль).

Товщина плівкового покриття зазвичай складає 0,1-0,5 мм.

До переваг захисного покриття, отриманого електрохімічним методом, відносять простоту його отримання, можливість нанесення шару на поверхні складної конфігурації, збереження корисного об'єму апарату і його маси. Проте цей метод захисту в хімічній промисловості використовують досить рідко. Фарбування апаратів застосовують для захисту їх зовнішньої поверхні від атмосферної корозії. Лакофарбний матеріал багатокомпонентний. Він складається з суміші плівкоутворюючої речовини з розчинниками, пластифікаторами і пігментами. Плівкоутворююча речовина може розчинятися у воді (водорозчинні полімери) і не розчинятися (рослинні масла, полімери і олігомери, бітуми тощо). Як розчинники використовують скипидар, толуол, ацетон, спирти та ін.

Пластифікаторами слугують хлорований нафталін і дібутилфталат. Вони надають покриттю необхідної пластичності.

Пігменти додають лакофарбному матеріалу необхідний колір, а іноді підвищують механічну міцність. Як пігменти зазвичай використовують високодисперсні порошки оксидів металів.

Розчини плівкоутворюючих речовин в органічних розчинниках називають лаками, при додаванні в лак пігменту отримують емаль. Лакофарбний матеріал, отриманий на основі водорозчинних плівкоутворюючих з додаванням пігменту, називають фарбою. Основою масляних фарб слугує оліфа.

У хімічному машинобудуванні застосовують грунтовки, шпадливо, лаки, емалі, що приготовані на основі природних і синтетичних олігомерів і полімерів (епоксидні, фенолформальдегідні, перхлорвінілові), бітумів, ефірів целюлози (нітрату целюлози).

Технологічні режими забарвлення поверхонь різними лакофарбними матеріалами різні, але загалом процес утворення захисного шару покриття зводиться до наступного:

1) підготовка поверхні – очищення від забруднень (іржі, старої фарби і т.д.) та знежирення;

2) нанесення на поверхню ґрунтовки – для забезпечення адгезії (зчіплюваності) лакофарбного матеріалу з поверхнею; зачистка абразивом висохлого шару грунту;

3) шпадлювання поверхні – для отримання рівної плівки забарвлення; зачистка абразивом висушеної поверхні шпадлива;

4) зафарбовування поверхні (при багатошаровому зафарбовуванні подальші шари наносять після висихання попереднього).

У хімічній промисловості широке розповсюдження мають лак-177, "Кузбасслак" (розчин кам'яновугільного пека у відповідному розчиннику), лаки і емалі на основі перхлорвінілової смоли (ХСЛ, ХСЕ-3, ХСЕ-14, ХСЕ-23 та ін.). "Кузбасслак" – розчин кам'яновугільного пека у відповідному розчиннику. Він стійкий до слабких кислот і лужних середовищ. Лак-177 – це розчин бітумів в органічних розчинниках, його використовують для виготовлення термостійкої "алюмінієвої" фарби. Перхлорвінілові емалі є розчином перхлорвінілової смоли в летких розчинниках з добавками пластифікаторів і відповідних пігментів. Їх застосовують для забарвлення устаткування в цехах з атмосферою, що містить пари мінеральних кислот і хлора.

Високою кислото-, лужно- і атмосферостійкістю володіють лакофарбні матеріали на основі епоксидних смол (лак Е-4100, емалі Е-5, Е-11, шпадливо Е-4020 та ін.). Перед застосуванням до їх складу вводять отверджувач (4-5 % поліетиленполіаміна або гексаметилендіаміну). Епоксидна смола, що є основою цих матеріалів, починає тверднути через 2-3 години після змішування з отверджувачем.

Нанесення полімерів на поверхню металу у вигляді тонкої плівки здійснюють методами напилення: газополум'яного, вібровихрового, струменевого, струменево-електрофоретичного, теплопроменевого тощо. Таким чином можна отримати захисні покриття з поліетилену, поліпропілену, полівінілхлориду, фторопластів та інших полімерів. Суть вказаних методів полягає в тому, що порошкоподібний полімер в суміші із стабілізаторами і наповнювачами, що покращують властивості покриття, наносять на металеву поверхню і сплавляють на ній.

Наприклад, при газополум'яному напилені частинки термопластичного полімеру проходять з великою швидкістю через полум'я розпилюючого пістолету, піддаються при цьому короткочасному нагріву до 250-300 °С, розм'якшуються і, потрапляючи на заздалегідь нагріту металеву поверхню, сплавляються на ній в суцільну плівку. Для нанесення покриття цим методом використовують, зокрема, пересувну установку УПН-4Л. Для захисту хімічної апаратури методом струменевого напилення застосовують стаціонарні установки конструкції, що дозволяють механізувати процес нанесення покриття на апаратуру, що має форму тіл обертання.

Спосіб багатошарового нанесення суспензії використовують для отримання, наприклад, покриття з фторопласту-3М. Спиртову суспензію (концентрації 30 %), що стабілізована поверхнево-активною речовиною з добавкою пластифікаторів, наносять у 10-15 шарів на поверхню, що захищається, пульверизатором в подовжньому і поперечному напрямах до повного покриття поверхні. Сушіння кожного шару проводять при 120 °С протягом 20 хвилин, а стоплення (спікання) покриття – при 260 °С протягом 25-40 хвилин.

Одним з найбільш ефективних способів захисту металів від корозії є емалювання. Процес полягає в нанесенні на внутрішню поверхню сталевих і чавунних апаратів тонкого шару склоподібної маси і випалення її при 800-900 °С. Для отримання склоподібного шару (емалі) як сировину використовують суміш кремнезему, польового шпату і різних глин, які зпікають з плавнями (карбонатом, боратом та ін.).

Емалеве покриття можна застосовувати в апаратах, що працюють під тиском до 5 МПа і при температурах середовища від -30 до 300 °С. Воно стійке у всіх кислотах (за винятком плавикової). Швидкість розчинення його в кислотах не перевищує 0,05 мм/рік. Проте в лугах емаль розчиняється з більшою швидкістю, наприклад, 2,7 мм/рік в 10 %-вому розчині NаOH при 100 °С.

Хімічне машинобудування забезпечує випуск емальованої апаратури місткістю до 50 м³ і більше. Емальоване устаткування (колони, холодильники, кристалізатори, замочна арматура та ін.) використовують у виробництві реактивних кислот (сірчаної, соляної) і деяких солей.

Низька теплопровідність емальованого покриття несприятливо впливає на термостійкість апарату, довговічність якого залежить від термостійкості покриття. При різких змінах температури в емалевому шарі виникають мікротріщини, які з часом утворюють відколи і стають осередками місцевої корозії, тому рекомендується нагрівати і охолоджувати апарат зі швидкістю не більше 1-3 °С/хв. Допустимі швидкості нагріву залежать від конструкції апарату і його розмірів [5,8].