Повышение долговечности баков для пенообразователя пожарных автоцистерн

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ БАКОВ ДЛЯ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЯ ПОЖАРНЫХ АВТОЦИСТЕРН
П. В. Пучков, старший преподаватель, к.т.н.
А. А. Покровский, доцент, к.т.н.
М. А. Ноздрин, доцент, к.т.н., доцент Ивановский институт ГПС МЧС России, г. Иваново
Известно, что сплавы на основе железа (углеродистые стали и чугуны) получили широкое распространение в качестве конструкционных материалов, но данные сплавы обладают невысокой коррозионной стойкостью при воздействии на них неблагоприятных факторов окружающей среды. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде.
Большинство деталей современных пожарных автомобилей изготовляют из углеродистых, легированных сталей и чугунов, основным компонентом в которых является железо (Бе). Этим обеспечивается необходимая долговечность деталей, улучшаются их противоизносные, прочностные другие свойства. Однако у углеродистой конструкционной стали, имеется существенный недостаток, она обладает низкой коррозионной стойкостью. Коррозии способствует соприкосновение деталей машин и механизмов с окружающей средой: с атмосферой, горюче-смазочными материалами, специальными и охлаждающими жидкостями, огнетушащими средствами. По отношению к поверхностям металлических деталей они являются внешней средой. Внешняя среда и металлические поверхности деталей не всегда нейтральны по отношению друг к другу. Поэтому вопросы защиты деталей машин от коррозии на сегодняшний день весьма актуальны, так как создание элементов и узлов машин, не требующих капитальных ремонтов, позволит сэкономить значительное количество материальных средств, трудовых ресурсов и дорогостоящих материалов.
В настоящее время существуют пожарные автомобили (автоцистерны) оснащённые баками для пенообразователя, изготовленными из стеклопластика или баками для пенообразователя из коррозионностойкой стали [2]. Баки для пенообразователя из стеклопластика имеют преимущества перед стальными, а именно: не требуют защиты от коррозии, они легче баков для пенообразователя, изготовленных из углеродистой стали и характеризуются хорошими теплозащитными свойствами. Но проблема заключается в том, что до сих пор еще очень много пожарных автоцистерн, стоящих на боевом дежурстве по всей нашей стране оснащены баками для пенообразователя из коррозионностойкой стали.
Весьма актуальной и перманентной проблемой в пожарных частях является появление течи в сварных швах баков для пенообразователя пожарных автомобилей. Например, нередки случаи появления течи в баках для пенообразователя пожарных автоцистерн, произведенных на предприятии ОАО «Варгаши». Известно, что баки для пенообразователя в пожарных автомобилях предназначены для хранения и транспортировки пенообразователя.
Так как пенообразователь может иметь щелочную или кислотную основу, то он является коррозионно-активной средой по отношению к корпусу металлического бака для пенообразователя. По этой причине баки для пенообразователя для хранения пенообразователя изготавливают из коррозионностойкой стали (нержавеющая сталь). Данный материал устойчив к коррозии при контакте с кислотами и щелочами. Возникновение течи в сварных швах баков для пенообразователя происходит по причинам, изложенным ниже. Технологически очень сложно изготовить бак для пенообразователя из цельного листа нержавеющей стали, поэтому баки для пенообразователя изготавливаются методом сварки с образованием сварных швов. При электродуговой сварке бака для пенообразователя на сварной шов воздействует высокая температура факела, образующегося при горении электрической дуги (Т = 2600−2900°С). При такой высокой температуре, воздействующей на область вокруг сварного шва и на сам сварной шов, происходит выгорание углерода и легирующих элементов с поверхности свариваемого металла. Зону термического воздействия от электрической сварочной дуги в области прилегающей к сварному шву хорошо видно по образовавшимся на поверхности цветам побежалости (радужные разводы).
В результате выгорания легирующих элементов с поверхности сварного шва, он будет отличаться по химическому составу и механическим свойствам от свойств основного металла. Сварной шов будет обладать меньшей коррозионной стойкостью и более низкими механическими свойствами. Коррозионная стойкость сварного шва будет приближаться к коррозионной стойкости углеродистой конструкционной стали. Также следует отметить, что сварной шов обладает большим количеством поверхностных и срытых (внутренних) дефектов, чем свариваемые детали бака для пенообразователя, что обуславливается сложностью технологии сварки металлов. Такие поверхностные дефекты сварки, как подрез, ноздреватость поверхности шва, трещины, кратеры снижают его коррозионную стойкость.
Пенобразователь, находящийся в баке для пенообразователя является электролитом — жидкостью хорошо проводящей электрический ток, поэтому при контакте пенообразователя с металлом сварного шва возникает электрохимическая коррозия. Коррозионное разрушение сварного шва связано с тем, что сталь является многофазным сплавом,
каждая фаза обладает определенным электрохимическим потенциалом. При контакте с токопроводящей средой (электролитом) между разнородными фазами стали образуется микрогальванический элемент. Фаза с более отрицательным электродным потенциалом будет разрушаться, а более электроположительная восстанавливаться. Электрохимическая коррозия — это наиболее опасный вид коррозии, при которой металлы и сплавы разрушаются с высокой скоростью.
Можно предложить несколько вариантов решения проблемы разрушения сварных швов баков для пенообразователя:
— вводить в пенообразователь ингибиторы коррозии-
— изготавливать баки для пенообразователя из пластмассы или из нержавеющей стали из цельного листа без сварных швов-
— защитить бак для пенообразователя с помощью металла -протектора (анодная защита).
Наиболее простой и эффективный способ защиты бака для пенообразователя от коррозии у автомобилей, уже стоящих на боевом дежурстве — это установка в него жертвенного анода. Для этого необходимо присоединить к корпусу бака для пенообразователя металл с более отрицательным электродным потенциалом (жертвенный анод). В качестве жертвенного анода могут быть использованы металлы, стоящие в ряду электрохимических потенциалов металлов левее железа (фРе = -0,44 В) например: алюминий (Л1) (фА1 = -1,66 В), цинк ^п) (ф2п = - 0,76 В), кальций (Ca) (фСа = - 2,87 В), магний (Mg) (ф = - 2,37 В) и др. Наиболее доступный и дешевый металл-протектор из представленных выше — это алюминий. При контакте алюминиевого стержня с корпусом стального бака для пенообразователя в среде электролита (пенообразователя) корпус бака для пенообразователя становится катодом, а алюминиевый стержень анодом. При контакте двух разнородных металлов в среде электролита разрушаться будет металл с более электроотрицательным электродным потенциалом. Так как электродный потенциал алюминия Al (ф = -1,66 В), а железа (основной компонент стали) Fe (ф = -0,44 В), то анод начнет растворяться (алюминиевый стержень), ионы алюминия будут переходить в пенообразователь, а электроны перетекать на катод (стальной корпус бака для пенообразователя), на котором будут проходить процессы восстановления железа [3] (рис.).
До тех пор пока весь жертвенный анод не растворится железо, входящее в состав стали окисляться (ржаветь) не начнёт. Алюминиевый жертвенный анод должен быть установлен так, чтобы был обеспечен контакт между ним и корпусом бака для пенообразователя, а также жертвенный анод должен быть постоянно погружен в пенообразователь.
фл=-1,66 В фFe=-0,44 В
О 3+
Л10 — 3е -* Л! (окисление алюминия) -& gt- Бе (восстановление железа)
Рис. Схема электрохимической коррозии при контакте железа и алюминия в присутствии электролита: 1 — пенообразователь- 2 — корпус бака пенообразователя-
3 — жертвенный анод из алюминия
Для оценки возможности применения протекторной защиты бака для пенообразователя проведены эксперименты с использованием весового метода. Для определения потери массы образцов вследствие электрохимической коррозии использовались электронные весы Digital Pocket Scale c точностью измерения ±10 мг. При расчётах учитывалась площадь поверхности образцов и время выдержки в пенообразователе марки ПО-6 ЦТ с водородным показателем (рН = 7,0−10,0).
Формула для расчета потери массы образца на единицу площади при протекании коррозии представлена ниже:
m, — m
-& gt- (1)
3 =
uij
2 • S
образца
где, и — потеря массы образца на единицу площади при коррозии, мг/см2-
Ш! — масса образца до коррозии, мг- т2 — масса образца после коррозии, мг-образца — площадь поверхности образца.
Перед экспериментом были подготовлены образцы, представляющие из себя пластины из нержавеющей стали толщиной 1 мм и со средней
л
площадью поверхности 8 см. Поверхности образцов были отшлифованы, измерена площадь поверхности пластин, произведено их взвешивание на весах. В качестве агрессивной среды использовался пенообразователь концентрированный марки ПО-6 ЦТ и разбавленный в соотношении 50% воды +50% пенообразователя, т.к. разбавленный пенообразователь более агрессивно воздействует на поверхность металла. Образцы были погружены в пенообразователь. Эксперимент проводился при нормальных условиях с использованием жертвенного анода (из алюминия) и без него. Через 30 суток, образцы были промыты, просушены и взвешены. По
формуле 1 произведен расчет потери массы образца на единицу площади и сделан вывод о скорости коррозии.
Проведенные эксперименты показали, что нержавеющая, сталь покруженная в пенообразователь устойчива к электрохимической коррозии. Образцы, имитирующие сварной шов (подвергнутые тепловому воздействию при сварке) корродировали под действием пенообразователя.
Л
Потеря массы за 30 суток при нормальных условиях составила 6,5 мг/см. При присоединении к аналогичному образцу металла-протектора, изготовленного из чистого алюминия позволило снизить скорость коррозии на 45%. Можно сделать вывод, что данный металл-протектор не способен полностью остановить электрохимическую коррозию сварных швов бака для пенообразователя, а лишь замедлить её. Поэтому в качестве металла-протектора необходимо использовать металл с более электроотрицательным электродным потенциалом, например магний (ф = -2,37 В) или кальций (фСа = -2,87 В) для повышения эффективности протекторной защиты. Известно, что магниевые жертвенные аноды успешно применяются для защиты от коррозии стальных корпусов водонагревателей. Поэтому применение магниевых анодов для защиты баков для пенообразователя от коррозии это задача следующих исследований.
Список использованной литературы
1. Пучков П. В., Нивеницин О. В., Яичников Н. А. Анализ причин коррозионного разрушения металлоконструкций// Сборник материалов II Межвузовского научно-практического семинара «Надёжность и долговечность машин и механизмов», посвященного 45-летию Ивановского института ГПС МЧС России (21 апреля 2010 года). -Иваново: ООНИ ИвИ ГПС МЧС России, 2011. — С. 101−104.
2. Пучков П. В., Иванов А. В., Тимофеева С. В. Причины коррозионного разрушения деталей пожарной и аварийно-спасательной техники // Сборник материалов III Межвузовского научно-практического семинара «Надёжность и долговечность машин и механизмов» (25 апреля 2012 года) /Сост. В. В. Киселёв. — Иваново: ООНИ ЭКО ИвИ ГПС МЧС России, 2012. — С. 77−80.
3. Пучков П. В., Иванов А. В., Тимофеева С. В. Опасности, возникающие при эксплуатации резервуаров, используемых для хранения нефти и нефтепродуктов // Проблемы безопасности. Технологии. Управление. Новые горизонты «Безопасность-2012»: материалы XVII Всероссийской студенческой научно-практической конференции с международным участием (Иркутск, 17−20 апреля, 2012 г.). — Иркутск: Издательство ИрГТУ, 2012. — С. 179−180.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой