Газовая коррозия: определение, особенности и способы решения проблемы
Во многих отраслях промышленности и в строительстве применяются технологические методы, задействующие газовые смеси. Это может быть, к примеру, обработка деталей под пропановыми горелками или формирование защитных сред при сварке для изоляции заготовки от кислорода. В определенных условиях такие процессы могут провоцировать газовую коррозию – в частности, при повышенной температуре или давлении. Химическая активность возрастает, что негативно сказывается на структуре металлов и сплавов. Поэтому разрабатываются специальные средства предотвращения подобных явлений и борьбы с образовавшимися следами коррозии такого рода.
Определение газовой коррозии
Данная разновидность коррозийного поражения представляет собой химическую деформацию поверхности металлов при высокой температуре. Обычно такие явления встречаются в металлургической, нефтехимической и химической отраслях промышленности. К примеру, коррозия может возникать в ходе получения серной кислоты, при синтезе аммиака и образовании хлористого водорода. Также и газовая коррозия металлов – это процесс окислительной реакции, который протекает в условиях с определенным коэффициентом влажности в окружающей воздушной среде. При этом и не каждый газ может провоцировать коррозию. К наиболее активным в этом отношении смесям относятся оксиды азота, диоксиды серы, кислород, водород и галогены. Что касается объектов поражения, то в этом качестве чаще выступают арматурные стержни печей и котлов, трубопроводные сети, поверхности газовых турбин, элементы двигателей внутреннего сгорания и сплавы, которые в металлургии подвергаются термической обработке.
Особенности процесса
На первом этапе протекания реакции происходит хемосорбция кислородных атомов на металлической поверхности. Именно в специфике взаимодействия кислорода с металлом заключается главная особенность данной коррозии. Дело в том, что реакция носит характер ионного взаимодействия и это отличает ее от типовых химических процессов в диоксиде. Связка получается прочнее, поскольку на атомы кислорода действует поле нижележащих атомов металла. Далее происходят процессы адсорбции кислорода, а в условиях термодинамической стабильности слой хемосорбции быстро преобразуется в оксидную пленку. В конечном счете газовая коррозия может формировать на поверхности металла соли, сульфиды и оксиды. На интенсивность протекания процессов коррозийного поражения влияют свойства окислителя (газовой среды), микроклиматические параметры (температура, давление и влажность), а также текущее состояние непосредственно объекта химической реакции.
Защита от газовой коррозии легированием
Один из самых распространенных методов защиты металла от разного рода коррозийных процессов. Основывается этот способ на изменении свойств структуры корродирующего металла. Само по себе легирование предполагает модификацию сплава путем ввода компонентов, вызывающих пассивирование его структуры. В частности, может использоваться вольфрам, никель, хром и др. Специально для газовой противокоррозийной защиты используют элементы, повышающие жаростойкость и жаропрочность металла. Процесс легирования может выполняться и посредством нанесения специальных покрытий, и путем погружения заготовки в газовую фазу модифицирующих компонентов. В обоих случаях повышается стойкость металла перед окислительными процессами. Например, чтобы в два раза сократить скорость окисления железной детали при 900 °С, необходимо ее легировать сплавом марки А1 3,5%, а для четырехкратного сокращения – модификатором А1 5,5%.
Защитная атмосфера как средство борьбы с коррозией
Еще одна методика предохранения металлических заготовок и сплавов от поражения коррозии в результате газового окисления. Защитные атмосферы могут формироваться средами аргона, азота и углерода. Для каждого металла применяются конкретные газовые смеси. Например, чугун защищается аргоном или углекислотными составами, а сталь хорошо взаимодействует с водородом и азотом. В обслуживании магистральных трубопроводов такого рода защита применяется в основном при выполнении монтажных сварочных мероприятий. В постоянном режиме эксплуатации чаще используют электротехническую защиту газовых сетей от коррозии, которая технически выполняется полупроводниками с кабельными контурами. Это разновидность электрохимической противокоррозийной оболочки, включающая в структуру элементы анодо-протектной гальванической защиты.
Применение антикоррозийных термостойких покрытий
Данный способ также заключается в уменьшении скорости коррозийного процесса, но за счет специальных термостойких покрытий. Обычно используется техника нанесения железоалюминиевых термодиффузионных слоев, которая известна как термохромирование. Эффективную защиту обеспечивает и металлокерамическая обработка металлических деталей и конструкций. К преимуществам такой защиты от газовой коррозии можно отнести не только надежное термо- и механическое покрытие, но и возможность гибкой модификации физико-химических свойств оболочки. В составе функционального слоя могут задействоваться и тугоплавкие окислы, и металлические компоненты наподобие молибдена и вольфрама.
Заключение
Организацией контроля средств противокоррозийной защиты занимаются специалисты, разрабатывая и утверждая проекты для конкретных объектов. В России одним из крупнейших управлений по защите газовых сетей от коррозии является АО «Мосгаз». Сотрудники данной структуры занимаются обслуживанием газовых хозяйств, поддерживая оптимальное состояние рабочей инфраструктуры. В частности, организация выполняет такие работы, как монтаж установок электрохимической защиты, оценка опасности подземных газопроводов, анализ интенсивности коррозионной агрессивности материалов и т. д. Для большинства работ используется современное метрологическое оборудование, позволяющее точно и всестороннее исследовать целевые объекты на предмет поражения коррозией и защиты от нее.