Коррозионная защита внутренних поверхностей труб тепловых и водопроводных систем вакуумно-диффузионным хромированием - Дипломная работа

По оценкам экспертов, в мире изза коррозии ежегодно выходит из строя порядка 20% металлоизделий. Основные технологические процессы, которые сегодня используются в мировой практике, - это высокоскоростное напыление, плазменное напыление на воздухе с использованием таких плазмообразующих газов, как аргон, азот, гелий, воздух, детонационное и газопламенное напыление, электродуговая металлизация и наплавка. В зависимости от назначения покрытия и условий его работы меняются требования к точности соблюдения основных параметров покрытия - его состава, толщины, плотности и прочности сцепления с подложкой. Ситуация в России, сложившаяся в 80-90 гг. и приведшая к распаду промышленности, в настоящее время дает возможность не реанимировать устаревшие технологии, а адаптируясь к новым условиям, вместо гальванических методов использовать новейшие технологии термического напыления. Исследование механизма наружной коррозии трубопроводов тепловых сетей, а также опыт их эксплуатации показали, что в большинстве случаев наружной коррозии подвержены подающие трубопроводы, работающие в опасном температурном режиме свыше 70% времени в течение года.Общие требования к защите от коррозии" конструкция битумно-мастичного покрытия состоит из слоя битумной или битумно-полимерной грунтовки (раствор битума в бензине), двух или трех слоев битумной мастики, между которыми находится армирующий материал (стеклохолст или стеклосетка) и наружного слоя из защитной обертки. Накопленный практический опыт применения данных покрытий на трубопроводах больших диаметров показал, что изза пониженной адгезии покрытия к стали ширины и естественной ползучести бутилкаучукового клеевого подслоя полимерной ленты под воздействием оседающего в траншее грунта происходит сдвиг покрытия по поверхности трубы. Защитная обертка служит в основном для повышения механической, ударной прочности покрытия. Конструктивно покрытие состоит из слоя адгезионного праймера, слоя изоляционной мастики на основе битума или асфальтосмолистых соединений, слоя изоляционной полимерной ленты толщиной не менее 0,4 мм и слоя полимерной защитной обертки толщиной не менее 0,5 мм. Эффективность защиты зависит от степени непроницаемости (пористости) и химической стойкости покрытий, степени сцепления (адгезии) покрытия с защищаемой поверхностью и быстроты появления микротрещин в покрытии.При рассмотрении формирования диффузионного слоя обычно делают попытку проследить за этим процессом, используя диаграммы состояния сплавов. Согласно другой теории (теории реакционной диффузии) формирование диффузионного слоя может начаться с образованием фазы высшего или среднего состава, минуя стадию образования фазы низшего состава, если термодинамические условия для образования этих фаз окажутся более благоприятными, чем для фаз низшего состава. Имеющийся обширный теоретический и экспериментальный материал, основанный на применении прецизионных методов исследования фазового и химического состава диффузионного слоя, убеждает нас в том, что во многих случаях практики ХТО формирование диффузионного слоя не подчиняется равновесным условиям, а протекает прерывисто и может начаться с образованием фазы высшего или среднего состава. Среди различных факторов, оказывающих влияния на механизм формирования диффузионного слоя с неравновесной структурой, главными являются начальные условия, предшествующие процессу диффузии элементов в металл, которые прямо или косвенно зависят от физико-химических и кинетических факторов насыщения [8]. Насыщение металлов и сплавов элементами атомами газовых, жидких или паровых фаз способствует образованию диффузионного слоя с неравновесной структурой в отличие от насыщения в средах с низкой концентрацией активных атомов, приводящего к образованию диффузионного слоя с равновесной структурой;При гальваническом способе изделия, на которые необходимо нанести покрытие, помещают в электролит, содержащий ионы осаждающегося металла, и соединяют с отрицательным полюсом источника постоянного тока (катодом); анодами служат пластины или прутки из того металла, которым покрывают изделие (в отдельных случаях применяют нерастворимые аноды). Если требуется нанести покрытие только на внутреннюю или наружную поверхности, а также при необходимости нанести покрытие на тонкостенные трубы, когда применение других методов (диффузионного и др.) осуществляемых при сравнительно высоких температурах, может вызвать сильную деформацию труб. При достижении необходимой толщины покрытия подложку вытравливают в растворе смеси кислот, не действующих на покрытие, и получают трубу необходимых размеров. По этому методу покрытия наносят на изделия с помощью специальных аппаратов (металлизаторов) с горелкой газового пламени или вольтовой дугой, расплавляющих подаваемый для покрытия металл, который затем с помощью сжатого воздуха или какого-нибудь газа в расплавленном состоянии наносят на покрываемое изделие. К недостаткам металлизационного метода следует отнести неизбежные, сравнительно высокие потери наносимого металла о

Содержание

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Обзор основных методов и технологий защиты внутренних и внешних поверхностей труб водопроводных и тепловых систем

1.2 Кинетика образования диффузионных хромовых покрытий

1.3 Особенности нанесения покрытий на трубы малого диаметра

1.4 Выбор методов упрочнения

2. Конструкторский раздел

2.1 Установка для нанесения покрытий

2.2 Установка для индукционного нагрева металлов

2.3 Вакуумная система

2.4 Установка для газопламенного напыления

3. Технологический раздел

3.1 Условия эксплуатации изделия

3.2 Исследования коррозионной стойкости железохромовых покрытий

3.3 Расчет и выбор режимов хромирования

3.4 Технология вакуумно-диффузионного хромирования внутренней поверхности труб тепловых и водопроводных систем

3.6 Преимущества технологии

4. Экономический раздел

4.1 Общая часть

4.2 Выбор и обоснование базового варианта для сравнения

4.3 Расчет показателей экономической эффективности

5. Раздел безопасности жизнедеятельности

5.1 Обеспечение комфортных и безопасных условий труда на рабочем месте

5.1.1 Требования к параметрам микроклимата

5.1.2 Требования к освещению

5.1.3 Электробезопасность

5.1.4 Организация рабочего места

5.1.5 Требования к помещениям

5.1.6. Питание

5.2 Вредные производственные факторы на рабочем месте

5.2.1 Биологическое действие инфракрасного излучения

5.2.2 Влияние ионизирующего излучения

Заключение

Список литературы

Актуальность проблемы. Защита деталей и оборудования от коррозионного и эрозионного износа, повышение надежности современной техники, снижение себестоимости ее обслуживания, обеспечение конкурентоспособности, продление ресурса эксплуатации, а также ее реновация путем применения современных технологий для восстановления работоспособности узлов до уровня новых изделий, - одна из наиболее актуальных задач, стоящих перед инженерами всего мира. По оценкам экспертов, в мире изза коррозии ежегодно выходит из строя порядка 20% металлоизделий.

Применение технологий нанесения защитных покрытий, среди которых газотермические процессы занимают значительное место, является одним из кардинальных путей решения данного вопроса.

Основные технологические процессы, которые сегодня используются в мировой практике, - это высокоскоростное напыление, плазменное напыление на воздухе с использованием таких плазмообразующих газов, как аргон, азот, гелий, воздух, детонационное и газопламенное напыление, электродуговая металлизация и наплавка.

Газотермические покрытия применяют при ремонте оборудования и упрочнении рабочих поверхностей новых деталей. В зависимости от назначения покрытия и условий его работы меняются требования к точности соблюдения основных параметров покрытия - его состава, толщины, плотности и прочности сцепления с подложкой.

В промышленно развитых странах с целью решения экологических проблем освоение техники газотермического напыления происходит путем вытеснения гальванических технологий. Ситуация в России, сложившаяся в 80-90 гг. и приведшая к распаду промышленности, в настоящее время дает возможность не реанимировать устаревшие технологии, а адаптируясь к новым условиям, вместо гальванических методов использовать новейшие технологии термического напыления.

Трубы в системе теплоснабжения - самое уязвимое звено. Проложенные под землей стальные трубы теплосетей приходят в негодность за считанные годы. Агрессивная среда почвенных вод, высокие температуры, давление транспортируемой горячей воды, беспощадная коррозия металла приводят в полную негодность многие километры дорогостоящих подземных коммуникаций.

Как показал многолетний опыт эксплуатации тепловых сетей различных конструкций, их долговечность обусловлена главным образом коррозионной стойкостью теплопроводов. Как показывает статистика, основной причиной высокой повреждаемости теплопроводов является наружная коррозия труб, на долю которой приходится до 80% от общего числа повреждений. Процесс разрушения металла протекает с нарастающей скоростью, сопоставимой разве что со скоростью разрушения в растворах кислот. Лишь 25-30% повреждений тепловых сетей по России связаны с внутренней коррозией. В общем случае это положение объясняется неблагоприятными условиями их эксплуатации в отличие от "холодных" трубопроводов и слабыми защитными свойствами изоляционных конструкций. Исследование механизма наружной коррозии трубопроводов тепловых сетей, а также опыт их эксплуатации показали, что в большинстве случаев наружной коррозии подвержены подающие трубопроводы, работающие в опасном температурном режиме свыше 70% времени в течение года.

Требует решения проблема защиты от коррозии многих тысяч километров теплопроводов, находящихся в эксплуатации. Что касается причин многочисленных коррозионных разрушений подземных трубопроводов, то одной из главных является недооценка важности борьбы с коррозией, восприятие коррозионных потерь как неизбежных, пренебрежение основными принципами противокоррозионной защиты при проектировании, строительстве и эксплуатации подземных металлических сооружений.

На сегодняшний день состояние теплосетей в России катастрофично, долговечность отечественных тепловых сетей не превышает 12-15 лет. При этом доля общих потерь тепла в системах централизованного теплоснабжения в России по вине труб, составляет, по меньшей мере, 20-25 % отпускаемого тепла, что в 3-4 раза превышает аналогичный показатель в зарубежных странах.

Использование специальных покрытий, предназначенных для предотвращения прямого контакта металла труб с почвенными водами, способствуют защите тепловых труб от коррозии.

В данной работе впервые предложена коррозионная защита внутренних поверхностей труб тепловых и водопроводных систем вакуумно-диффузионным хромированием и одновременно их внешней поверхности коррозионностойкими и жаростойкими покрытиями на основе хрома, алюминия и никеля газотермическим напылением.

Предлагаемая коррозионная защита обеспечивает высокую экологическую безопасность для человека при длительной эксплуатации тепло и водопроводных сетей, более 50 лет. Защита внешних поверхностей труб в условиях локального нагрева не приводит к общей деформации изделия.

Цель работы. Создание поверхности для защиты от коррозии внутренних и внешних поверхностей труб тепловых и водопроводных систем. Разработка технологии нанесения покрытий одновременно на внутренние и внешние поверхности труб тепловых и водопроводных систем.

Данная цель предусматривает существенное повышение качества барьерных слоев и покрытий в едином комплексном технологическом процессе. Темой данного дипломного проекта является коррозионная защита внутренних и внешних поверхностей труб тепловых и водопроводных систем. защита труба хромирование покрытие