Выбор конструкционного материала и способа защиты для изготовления и хранения раствора:

  Наиболее  часто применяются следующие  ингибиторы: нитрит натрия,  добавляемый, например, к холодильным соляным  растворам, фосфаты и силикаты  натрия, бихромат натрия, различные  органические амины, сульфоокись бензила, крахмал, танин и т. п. Поскольку  ингибиторы со временем расходуются, они должны добавляться в агрессивную среду периодически./4/ Количество ингибитора,  добавляемого в агрессивные среды, невелико. Например, нитрита натрия добавляют в воду в количестве 0,01-0,05%.

  Ингибиторы  подбираются в зависимости  от  кислого  или  щелочного  характера  среды. Например, часто применяемый  в качестве ингибитора нитрит натрия может  использоваться в основном в щелочной среде и перестает  быть эффективным даже в слабокислых  средах./1/

1.3.7.  Применение противокоррозионных защитных покрытий

  Для защиты оборудования и строительных конструкций от коррозии в отечественной  и зарубежной противокоррозионной  технике применяется большой  ассортимент различных химически  стойких материалов – листовые и пленочные полимерные материалы, бипластмассы, стеклопластики, углеграфитовые, керамические и другие неметаллические химически стойкие материалы.

  В настоящее время расширяется  применение полимерных материалов, благодаря  их ценным физико-химическим показателям, меньшему удельному весу и др.

  Большой интерес для применения в противокоррозионной  технике представляет новый химически  стойкий материал – шлакоситалл.

  Значительные  запасы и дешевизна исходного  сырья – металлургических шлаков – обусловливают экономическую эффективность производства и применения шлакоситалла.

  Шлакоситалл по физико-механическим показателям  и химической стойкости не уступает основным кислотоупорным материалам (керамике, каменному литью), широко применяемым  в противокоррозионной технике.

  Среди многочисленных полимерных материалов, применяемых за рубежом в противокоррозионной  технике, значительное место занимают конструкционные пластмассы, а также  стеклопластики, получаемые на основе различных синтетических смол и  стекловолокнистых наполнителей.

  В настоящее время химическая промышленность выпускает значительный ассортимент  материалов, обладающих высокой стойкостью к действию различных агрессивных  сред. Особое место среди этих материалов занимает полиэтилен. Он инертен во многих кислотах, щелочах и растворителях, теплостоек до температуры + 700⁰ С и так далее.

  Другими направлениями использования полиэтилена  в качестве химически стойкого материала  являются порошкообразное напыление  и дублирование полиэтилена стеклотканью. Широкое применение полиэтиленовых покрытий объясняется тем, что они, будучи одними из самых дешевых, образуют покрытия с хорошими защитными свойствами. Покрытия легко наносятся на поверхность различными способами, в том числе пневматическим и электростатическим распылением.

  Также в противокоррозионной технике  особого внимания заслуживают монолитные полы на основе синтетических смол. Высокая механическая прочность, химическая стойкость, декоративный вид - все эти положительные качества делают монолитные полы чрезвычайно перспективными.

  Продукция лакокрасочной промышленности находит применение в различных отраслях промышленности и строительства в качестве химически стойких покрытий. Лакокрасочное пленочное покрытие, состоящее из последовательно наносимых на поверхность слоев грунтовки, эмали и лака, применяют для противокоррозионной защиты конструкций зданий и сооружений (ферм, ригелей, балок, колонн, стеновых панелей), а также наружных и внутренних поверхностей емкостного технологического оборудования, трубопроводов, газоходов, воздуховодов вентиляционных систем, которые в процессе эксплуатации не подвергаются механическим воздействиям твердых частиц, входящих в состав среды.

  В последнее время большое внимание уделяется получению и применению комбинированных покрытий, поскольку в ряде случаев использование традиционных методов защиты является неэкономичным. В качестве комбинированных покрытий, как правило, используется цинковое покрытие с последующей окраской. При этом цинковое покрытие играет роль грунтовки.

  Перспективно  применение резин на основе бутилкаучука, которые отличаются от резин на других основах повышенной химической стойкостью в кислотах и щелочах, включая концентрированную азотную и серную кислоты. Высокая химическая стойкость резин на основе бутилкаучука позволяет более широко применять их при защите химической аппаратуры.

  Данные  способы находят широкое применение в промышленности в силу многих своих  преимуществ – уменьшения потерь материалов, увеличения толщины покрытия, наносимого за один слой, уменьшения расхода растворителей, улучшение условий производства окрасочных работ и т.д./3/

1.3.8. Грунтовки и фосфатирование

 

  Для большей надежности под лакокрасочный слой наносят грунтовки. Пигменты, входящие в ее состав, также должны обладать ингибиторными свойствами. Проходя через слой грунтовки, вода растворяет некоторое количество пигмента и становится менее коррозионноактивной. Среди пигментов, рекомендуемых для грунтов, наиболее эффективным признан свинцовый сурик Pb₃O₄.

  Вместо  грунтовки иногда проводят фосфатирование поверхности металла. Для этого на чистую поверхность кистью или распылителем наносят растворы ортофосфатов железа (III), марганца (II) или цинка (II), содержащих и саму ортофосфорную кислоту H₃PO₄. В заводских условиях фосфатирование ведут при 99-97⁰ С в течение 30-90 минут. В образование фосфатного покрытия вносят вклад металл, растворяющийся в фосфатирующейся смеси, и оставшиеся на его поверхности оксиды.

  Для фосфатирования поверхности стальных изделий разработано несколько  различных препаратов. Большинство из них состоят из смеси фосфатов марганца и железа. Возможно, наиболее распространенным препаратом является «мажеф» – смесь дигидрофосфатов марганца Mn(H₂PO₄)₂, железа Fe(H₂PO₄)₂ и свободной фосфорной кислоты. Название препарата состоит из первых букв компонентов смеси. По внешнему виду мажеф – это мелкокристаллический порошок белого цвета с соотношением между марганцем и железом от 10:1 до 15:1. Он состоит из 46-52% P₂O₅; не менее 14% Mn; 0,3-3% Fe. При фосфатировании мажефом стальное изделие помещается в его раствор, нагретый примерно до ста градусов. В растворе происходит растворение с поверхности железа с выделением водорода, а на поверхности образуется плотный, прочный и малорастворимый в воде защитный слой фосфатов марганца и железа серо-черного цвета. При достижении толщины слоя определенной величины дальнейшее растворение железа прекращается. Пленка фосфатов защищает поверхность изделия от атмосферных осадков, но мало эффективна от растворов солей и даже слабых растворов кислот. Таким образом, фосфатная пленка может служить лишь грунтом для последовательного нанесения органических защитных и декоративных покрытий – лаков, красок, смол. Процесс фосфатирования длится 40-60 минут. Для его ускорения в раствор вводят 50-70 г/л нитрата цинка. В этом случае время сокращается в 10-12 раз./1/

2. Выбор материала для изготовления емкости хранения

Данные:

Агрессивный компонент:

Концентрация 60%

Температура 40⁰ С

Наличие перемешивания +

    Материалы, рассмотренные в аналитическом обзоре стойки в данном растворе, но, к сожалению, они не подходят для изготовления емкости хранения по некоторым причинам.

  К примеру металлический тантал стоек в если температура раствора ниже 50⁰ С, а цирконий в кипящей при концентрации до 70%, но данные материалы относительно дорогие и к тому же они не используется в промышленности в чистом виде.

  Свинец  стоек в растворе при концентрации меньше 96% при комнатной температуре, но это тяжелый металл, очень мягкий и пластичный (режется ножом) и его также не используют в чистом виде.

  Различные полимерные материалы на фоне рассмотренных металлов являются лучшими материалами для изготовления емкости хранения. Основные их достоинства: низкая стоимость, сравнительная простота, высокая производительность, малая энергоемкость и малоотходность методов получения и переработки, невысокая плотность, высокая стойкость к агрессивным средам, атмосферным и радиационным воздействиям и ударным нагрузкам, низкая теплопроводность, хорошие адгезионные свойства. Но в нашем случае для изготовления емкости объемом 10-20 данные материалы не совсем подходят, так как их главными недостатками являются: большое тепловое расширение и склонность к ползучести, а это может привести к деформации емкости.

  Поэтому исходя из данного анализа, во избежание  больших экономических затрат и  для большей надежности при хранении раствора , емкость для нее следует изготавливать из материалов рекомендуемых для изготовления резервуаров:

Сталь 09Г2С, Сталь09Г2ДТ , Сталь 30. 

  Исходя  из экономических и технологических  требований, для изготовления резервуара выбираем  Сталь 30, так как она рекомендована ГОСТ  2184 – 77 , и из предоставленных она самая дешевая. /1/ 

  Технические характеристики Сталь 30:

Плотность  ρ=7850 кг/см3, модуль упругости Е=200 ГПа, Свариваемость: Ограниченно свариваемая. Способы сварки: ручная дуговая сварка (РДС), автоматическая дуговая сварка (АДС) под флюсом и газовой защитой, электрошлаковая сварка (ЭШС). Рекомендуется подогрев и последующая термообработка. КТС без ограничений.

  Сталь 30 одна из самых распространенных конструкционных сталей, её широкое применение и дешевизна позволяет легко изготовить резервуар при небольших затратах.

  Работает  в широком диапазоне температур, имеет высокие технологические и конструкционные показатели.  

Таблица 1

            

  Химический  состав  

Химический  элемент	%
Кремний (Si)	0.17-0.37
Медь (Cu), не более	0.25
Мышьяк (As), не более	0.08
Марганец (Mn)	0.50-0.80
Никель (Ni), не более	0.25
Фосфор (P), не более	0.035
Хром (Cr), не более	0.25
Сера (S), не более	0.04

 

  Сталь 30 конструкционная  сталь, не коррозионностойкая, поэтому для защиты емкости из данного материала в растворе требуется применить защитное покрытие. 

3. Выбор метода защиты

  Для защиты от коррозии применяются различные методы защиты, представленные в аналитическом обзоре, но некоторые из них не подходят в нашем случае по ряду причин.

  Например, покрытие поверхности металла лакокрасочным слоем не исключает коррозию, а служит для нее преградой, а значит, лишь тормозит процесс коррозии.

  Силикатные защитные покрытия (эмали) обладают высокими защитными свойствами. Их важным качеством является высокая стойкость при повышенных температурах, но основным недостатком эмалевых покрытий является чувствительность к механическим и термическим ударам. При длительной эксплуатации на поверхности эмалевых покрытий может появиться сетка трещин, которая обеспечивает доступ агрессивной среды к металлу, вследствие чего и начинается коррозия. Таким же недостатком обладают цементные покрытия.

  Металлические коррозионностойкие покрытия защищают не коррозионностойкие материалы при  сохранении сплошности. При нарушении же покрывающего слоя коррозия изделия протекает даже более интенсивно, чем без покрытия. К тому же данный способ защиты является относительно дорогим.

  В настоящее время химическая промышленность выпускает значительный ассортимент  материалов, обладающих высокой стойкостью к действию различных агрессивных  сред. Особое место среди этих материалов занимает полиэтилен. Он инертен во многих кислотах, щелочах и растворителях, теплостоек до температуры + 700⁰ С.

  Широкое применение полиэтиленовых покрытий объясняется  тем, что они, будучи одними из самых  дешевых, образуют покрытия с хорошими защитными свойствами. Покрытия легко наносятся на поверхность различными способами, в том числе пневматическим и электростатическим распылением. Поэтому емкость для хранения мы будем покрывать полиэтиленом, в частности полиэтиленом низкого давления (ПНД).

  Данный  материал стоек в 60% -ном растворе при температуре 40⁰ С.

4. Коррозия в почвах

  Почвенная коррозия — разрушение металла под  воздействием агрессивной почвенной  среды. Этому виду коррозионного  разрушения подвергаются металлы и  конструкции, находящиеся в почве, то есть различные подземные резервуары, трубопроводы, сваи, кабеля и т. п.