Файл: Учебнометодическое пособие к выполнению лабораторной работы Салават 2017.doc

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.01.2024

Просмотров: 92

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Министерство образования и науки российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

(ФГБОУ ВО «УГНТУ»)

Филиал ФГБОУ ВО УГНТУ в г. Салавате

Кафедра «Оборудование предприятий нефтехимии и нефтепереработки»












МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ КОРРОЗИИ
Учебно-методическое пособие

к выполнению лабораторной работы




Салават

2017
Настоящее учебно-методическое пособие предназначено для студентов всех форм обучения по направлениям подготовки 21.05.06 «Нефтегазовые техника и технологии» (специализация «Эксплуатация сетей газораспределения и газопотребления» и «Системы автоматизации и управления в нефтегазовой промышленности»), 18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» (профиль «Машины и аппараты химических производств»).

Учебно-методическое пособие должно использоваться студентами при подготовке к выполнению и выполнении лабораторной работы по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности».


Учебно-методическое пособие содержит цель лабораторной работы, краткий теоретический обзор, описание лабораторного стенда, порядок выполнения работы, технику безопасности и контрольные вопросы.

Составитель Е. А. Захарова, доцент кафедры ОПНН, к.б.н.

Рецензенты: Газиев Радик Рашитович, доцент кафедры ОПНН, Филиал ФГБОУ ВО УГНТУ в г. Салавате

Насибуллин Рустям Исламович, доцент кафедры ОПНН, Филиал ФГБОУ ВО УГНТУ в г. Салавате

© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2017

Содержание

  1. Цель работы 4

  2. Теоретическая часть 4

  3. Приборы и оборудование 9

  4. Методика выполнения работы 11

  5. Обработка данных 12

  6. Правила техники безопасности при

выполнении лабораторной работы 16

  1. Контрольные вопросы 17

  2. Список использованных источников 17

  3. Приложение 18


ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1 Изучить методы определения скорости коррозии металлов: весовой при газовой коррозии и в кислотах по объему выделившегося водорода.

2 Изучить механизм газовой коррозии и электрохимической коррозии металлов в кислых средах.

3 Охарактеризовать коррозионную стойкость образцов по шкале коррозионной стойкости.

4 Ознакомиться с показателями коррозии металлов.
1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Борьба с коррозией металлов является одной из важнейших проблем современной техники. В связи с этим последние десятилетия характеризуются бурным развитием работ по повышению коррозионной стойкости металлов и их сплавов.

Под химической коррозией подразумевают самопроизвольное разрушение металлов вследствие химической реакции их с окружающей средой - неэлектролитом, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды происходит в одном акте.

Химическая коррозия происходит по реакции:

Me + X  MeX, (1)

где Me - металл;

Х - агрессивный компонент коррозионной среды;

MeX - продукт коррозии.

Механизм химической коррозии объясняется диффузией атомов или ионов металла сквозь утолщающуюся пленку продуктов коррозии и встречной диффузией атомов или ионов агрессивного компонента.

Газовая коррозия - это разновидность химической коррозии металлов, т.е. коррозия в газовой среде при высоких температурах. Наиболее частым случаем газовой коррозии является окисление стали при высоких температурах (взаимодействие с кислородом). Газовой коррозией является также химическое взаимодействие металлов с активными газовыми средами (сернистый газ, сероводород, галоиды, углекислота и др.).



Многие ответственные детали машин сильно разрушаются от газовой коррозии (лопатки газовых турбин, сопла ракетных двигателей, детали электронагревателей, колосники и арматура печей и т.д.) Большие потери от газовой коррозии (угар металла) в металлургической промышленности при горячей обработке металлов давлением (прокатке, ковке, штамповке, прессования).

Большинство металлов (за исключением благородных) термодинами-чески неустойчивы по отношению к кислороду и некоторым другим газовым средам при обычных температурах. С повышением температуры степень термодинамической нестабильности хотя и несколько снижается, но скорость химической реакции сильно возрастает, подчиняясь экспоненциальной зависимости.

Процесс окисления металла кислородом протекает по реакции:

, (2)

где Me - металл;

m - число атомов металла в молекуле окисла;

n - валентность металла.

При нагреве в воздухе или продуктах горения топлива железо может образовать три окисла: вюстит FeO, магнетит Fe3O4 и гематит Fe2O3. В зависимости от условий коррозии окалина может иметь сложное строение, например, (Fe + Fe3O4 + Fe2O3), или простое, например, FeO.

Окисление сталей и чугунов сопровождается процессом обезуглероживания, что приводит при повышении содержания углерода к торможению окисления железа.

Поведение металлов и их сплавов при высоких температурах характеризуется жаростойкостью (способность сопротивляться коррозионному воздействию газов при высоких температурах) и жаропрочностью (способностью сохранять при высоких температурах высокие механические свойства - длительную прочность и сопротивление ползучести).

Скорость газовой коррозии металла при его окислении кислородом воздуха, а следовательно, и скорость роста окисной пленки, определяется скоростью химической реакции окисления (для не сплошных, не обладающих защитными свойствами пленок) или скоростью встречной двухсторонней диффузии через пленку атомов кислорода, ионов и электронов металла (для обладающих защитными свойствами сплошных пленок).

Обычно скорость газовой коррозии может быть охарактеризована весовым методом, основанным на изменении веса образца в результате газовой коррозии.

При весовом методе скорость газовой коррозии можно определить:

1) изменением веса образцов после удаления продуктов коррозии (окалины);


2) увеличением веса образцов в результате образования окалины на их поверхности.

В первом случае точность метода зависит от полноты удаления окислов (окалины) с поверхности образцов. Практически удалить все продукты газовой коррозии с образца очень трудно, поэтому этот вид весового метода применяется реже.

В лабораторной практике чаще применяется весовой метод определения результатов газовой коррозии по привесу (увеличению веса) образцов.

Кинетику коррозии металлов с водородной деполяризацией можно исследовать, используя так называемый объемный метод, определяющий количество выделившегося в процессе коррозии водорода. Объемный метод в десятки раз более точен, чем весовой; позволяет определить зависимость скорости коррозии от времени, не прерывая испытания и не удаляя продукты коррозии, как это необходимо при весовых методах.

Электрохимической коррозией металлов называется их самопроизвольное разрушение вследствие электрохимического взаимодействия с окружающей электролитически проводящей средой, при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте, и их скорости зависят от величины электродного потенциала металла. Электрохимическая коррозия сопровождается протеканием электрического тока.

Электрохимическая коррозия - наиболее распространенный тип коррозии. Она наблюдается при взаимодействии металлов с жидкими электролитами (водой, водными растворами солей, кислот и щелочей, расплавленными солями и щелочами) и является гетерогенной электрохимической реакцией электролитов с металлами.

Согласно теории электрохимической коррозии гетерогенность поверхности металла обусловлена пространственно разделенными катодными и анодными участками микроэлементов и вызвана присутствием в металле примесей, структурных составляющих сплавов, деформированными или напряженными участками металла, окисной пленкой и ее дефектами и т.п. Участки поверхности металла, имеющие более отрицательный потенциал, являются анодами микроэлемента, более положительный потенциал - катодами.

Микроэлементы часто возникают в результате неоднородности внешней среды, неравномерной ее аэрации и т.д.


Согласно последним представлениям коррозия может протекать и на совершенно электрохимически гомогенной поверхности. В этом случае катодные и анодные реакции происходят одновременно на одном и том же участке поверхности при каком-то неравновесном значении электродного потенциала. При этом потенциале устанавливается не только баланс зарядов, которые получает и отдает металл, но и баланс вещества, т.е. количество ионов данного металла, переходящего из металла в раствор и обратно.

При наличие в растворе разнородных с металлом ионов этот баланс по веществу может быть нарушен. Металл по-прежнему отдает свои ионы в раствор, а в обратной реакции разряда наряду с ионами данного металла могут принять участие ионы или молекулы других, находящихся в растворе веществ, например, ионы водорода, растворенный в электролите кислород, оксиды металла и др. В итоге, баланс по веществу (массе) нарушается, и металл начинает электрохимически растворяться. В таком случае коррозионное разрушение металла можно рассматривать как реакцию электрохимического обмена между металлом и раствором.

Таким образом, истинной первопричиной коррозии металлов, в том числе и электрохимической, является их термодинамическая неустойчивость в данных условиях. Образование и работа микроэлементов - это лишь наименее энергоемкий из возможных путей перехода системы из термодинамически неустойчивого состояния в устойчивое.

Электрохимическое растворение металла можно представить в виде трех основных процессов (стадий):

1) анодного процесса- образования гидратированных (сольватированных) ионов металла в электролите и некомпенсированных электронов на анодных участках по реакции

Ме + m Н2О = Меn+ m Н2О + n е.- (3)

2) омического процесса - перетекания электронов по металлу от анодных участков к катодным и соответствующее перемещение анионов и катионов в растворе;

3) катодного процесса - ассимиляция электронов какими-либо ионами или молекулами раствора (деполяризаторами, D), способными восстанавливаться на катодных участках по реакции

D + n  е-  D  n  е-. (4)

Процесс катодной деполяризации может осуществляться ионами, нейтральными молекулами, нерастворимыми пленками, органическими соединениями и др.

В кислотах реакция деполяризации протекает ионами водорода с выделением молекулярного водорода по схеме