Изнашивание деталей в коррозионных средах
Условия работы технологического оборудования ЦБП весьма разнообразны. В процессе эксплуатации рабочие поверхности деталей машин и аппаратов испытывают постоянное или циклическое воздействие агрессивной среды при одновременном внешнем механическом нагружении, что приводит к разрушению поверхности металла с постоянным изменением размеров формы детали.
Разнообразие условий эксплуатации обусловливает различные виды изнашивания рабочих поверхностей деталей машин и аппаратов. Для оборудования ЦБП характерными видами изнашивания (ГОСТ 23002-87) являются абразивное, коррозионно-механическое, гидроабразивное, гидроэрозионное и кавитационное.
Наиболее распространенный вид разрушения технологического оборудования ЦБП – коррозионно-механическое изнашивание, происходящее в результате механических воздействий, сопровождающихся химическим или электрохимическим взаимодействием металла со средой. В результате совместного воздействия механического и коррозионного факторов в поверхностных слоях металла происходят взаимосвязанные явления, способствующие активации процессов упругопластического деформирования, химических и электрохимических реакций и т.д. Поэтому в реальных условиях интенсивность изнашивания при коррозионно-механических воздействиях определяется величиной и характером механических нагрузок, активностью коррозионной среды и физико-химическими свойствами конструкционных материалов.
К наиболее распространенному виду коррозионно-механического изнашивания относят прежде всего разрушение металлов при трении в коррозионной среде ("коррозия при трении", ГОСТ 5272-68), которое происходит при одновременном воздействии на поверхность металла коррозионной среды и сил трения. Особенно интенсивно этот процесс протекает на рабочих поверхностях роторных и винтовых питателей установок для непрерывной варки целлюлозы, на поверхности валов, цапф и защитных втулок насосов, формующих и сушильных цилиндров, барабанов и валов пресс-патов, бумагоделательных машин и на другом оборудовании.
Распространенный вид изнашивания деталей ЦБП – гидроабразивное изнашивание, которое происходит в результате воздействия на поверхность металла твердых абразивных частиц, взвешенных в жидкости и перемещающихся относительно изнашиваемой поверхности. Такой вид характерен для рабочих колес и корпусов насосов, предназначенных для перекачки технологических жидких сред, деталей гарнитуры размольного оборудования, поверхности стенок корпусов варочных котлов, особенно в местах установки загрузочных, выдувных и циркуляционных устройств и других деталей. Гидроабразивное изнашивание происходит при наличии значительного числа абразивных частиц в составе технологической среды. Наряду с режущим и царапающим воздействиями абразивных частиц в этом случае значительную роль в изнашивании играют коррозионные процессы, нарушающие сплошность защитной оксидной пленки в результате деформации микрообъемов металла.
При воздействии скоростных потоков жидких технологических сред на поверхность трубопроводов, деталей насосов, запорной и регулирующей арматуры и т.п. возникает разрушение металла вследствие ударных воздействий турбулентных струй – гидроэрозионное изнашивание. Его разновидности — ударная коррозия и кавитационное изнашивание. Ударная коррозия металлов развивается в потоке жидкости в результате механического удаления защитных окисных пленок, образующихся на поверхности металла при его пассивации. Многократное удаление вновь образующихся оксидных пленок приводит к изменению исходных размеров деталей.
Кавитационное изнашивание металла происходит в результате воздействия на его поверхность микроударных нагрузок, возникающих при образовании и захлопывании кавитационных полостей и пузырьков. При замыкании кавитационных пузырьков поверхность металла испытывает значительные по величине многократные микроударные воздействия, приводящие к возникновению усталостного разрушения пластичных зон и выкрашиванию хрупких составляющих на рабочей поверхности детали. Присутствие коррозионно-активной среды интенсифицирует процессы микроусталостного разрушения и электрохимического растворения металла.
При производстве целлюлозы используется технологическая щепа, приготовляемая в древесно-подготовительных цехах целлюлозно-бумажных комбинатов (ЦБК). При производстве и транспортировке щепы возможно ее загрязнение твердыми абразивными частицами, которые вместе со щепой попадают в варочный щелок и другие технологические среды. Поэтому все процессы коррозионно-механического изнашивания сопровождаются дополнительно абразивным изнашиванием, что приводит к резкому снижению срока межремонтной эксплуатации оборудования.