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
-
Цель работы 4 -
Теоретическая часть 4 -
Приборы и оборудование 9 -
Методика выполнения работы 11 -
Обработка данных 12 -
Правила техники безопасности при
выполнении лабораторной работы 16
-
Контрольные вопросы 17 -
Список использованных источников 17 -
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