Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2016 » Октябрь » 1 » Защитные покрытия аппаратов химической промышленности. ч. 4 – эмали.
11:05
Защитные покрытия аппаратов химической промышленности. ч. 4 – эмали.

        

       Изготовление оборудования из высококачественных легированных сталей и титановых сплавов, это конечно хорошо, но, очень дорого. Стоимость проката из титановых сплавов в разы дороже качественных легированных сталей, которые в 3-7 раз дороже углеродистых конструкционных сталей обычного качества. Напрашивается вывод – необходимо аппараты изготавливать из наиболее дешевых материалов, а для достижения стойкости к коррозии нужны защитные покрытия, способные обеспечить заданную долговечность.
    Наиболее технологичным и экономически целесообразным видом покрытий аппаратов химической промышленности является эмалировка. Все Вы видели эмалированную посуду, если кратко, то эмаль это нестехиометрическая смешанная соль на основе силикатов щелочных и щелочноземельных металлов. Принципиальных отличий от обычного стекла нет, но, технология нанесения эмалировки и режим эксплуатации аппаратов требует хорошей адгезии эмали к металлу и однородности слоя эмали по всей поверхности.
      Применяемые в химической промышленности эмали близки по составу и свойствам к обычному стеклу, но, они отличаются добавлением пигментов (обычно белый, бежевый или черный). Состав должен быть оптимизирован для минимального коэффициента теплового расширения (или близкого к коэффициенту теплового расширения металла). Типичный состав эмали для химического оборудования следующий:
 - диоксид кремния 50-70%
 - оксид натрия 12-30%
 - оксид калия 8-12%
 - оксид бора 8-18%
 - оксид алюминия 3-10%
 - оксид кальция 5-15%
 - оксид бария 5-15%
 - оксид кобальта 1-8%
      Диоксид кремния обеспечивает полисиликатную основу, оксиды натрия и калия снижают температуру плавления и облегчают переработку, оксид бора и алюминия немного повышают гибкость и повышают стойкость в кислых средах, оксид кальция и бария снижают температуру плавления без заметного повышения хрупкости, применение оксида бария способствует повышению стойкости в щелочных средах, оксид кобальта это черный краситель.
   Классическая технология производства эмалевых покрытий для химического оборудования складывается из следующих стадий:
 - смешение и сплавление исходных минералов при 1500*С,
 - обработка горячей фриты водным раствором солей и щелочей,
 - шлифовка и грунтовка поверхности металла, предварительное покрытие шликером,
 - размол фриты в шаровой мельнице и фильтрация водного остатка,
 - нанесение порошковой суспензии через распылитель или налив через распределяющие насадки,
 - сушка покрытия,
 - обжиг в печи при температуре порядка 800-850*С.
      Последние три стадии повторяют несколько раз для обеспечения заданной толщины эмалевого покрытия (если Вы наблюдали откалывание эмали с эмалированной посуды, то наверняка обратили внимание, что эмаль откалывается послойно и небольшими тонкими пластинками, это следствие поэтапного обжига разных слоев эмали). Всего 3-8 слоев. Обычная толщина слоя основной эмали 0,8-2,2 мм.
    Каждая из стадий имеет свою специфику, часто встречаются ряд отклонений от классической технологии. Например, размол необходимо производить до минимального размера, избегая посторонних примесей. Приготовление суспензии должно занимать оптимальный временной промежуток и обеспечивать максимально полное смешение компонентов, сушка должна протекать не слишком быстро (иначе поверхность потрескается и пойдет волнами), и не слишком медленно (иначе суспензия слишком быстро стекает под действием силы тяжести). Обжиг должен протекать с оптимальной скоростью нагрева и охлаждения. Часто сушка происходит в начале прогрева при обжиге. Резкий перепад температуры приведет к растрескиванию и отслоению эмали, медленное изменение температуры приведет к снижению производительности печи.
     На практике имеем тройное противоречие: нужна минимальная температура плавления для облегчения переработки и удешевления покрытия, требуется повышение ударной вязкости и механической прочности, в то же время, необходима химическая стойкость. Покрытие должно иметь минимальную разнотолщинность и минимум дефектов.    Наиболее частые дефекты эмалевых покрытий следующие:
 - Полости в покрытии, возникающие из-за примесей карбонатов и других соединений, разлагающихся при нагревании с выделением паров и газов.
 - Точечные дефекты, появляющиеся из-за плохого смачивания эмалью отдельных, плохо обезжиренных или загрязненных участков.
 - Трещины, образующиеся на стадии обжига и остывания после обжига, вызваны посторонними примесями, или включениями крупных не промолотых частиц порошкового сырья.
 - Сколы и утончения покрытия на гранях, углах, резких изгибах поверхности и пр. Возникают, как в связи со стеканием эмали во время нанесения и высыхания, так и в связи с усадкой покрытия при обжиге.
      Все виды дефектов снижают долговечность и надежность покрытия, поэтому необходимо стремиться к минимизации числа дефектов. Для снижения числа температурных дефектов иногда применяют добавку фторидов кальция или натрия. Наиболее слабое место любой эмали это грунтовка, она имеет большую эластичность и хорошую адгезию к металлам (за счет добавок кислотных оксидов, слегка корродирующих металл, за счет чего получается развитая поверхность металла, образование на металле тонкой прочной соле-окисной пленки и хим. связи с металлом). Грунтовка обеспечивает небольшую эластичность эмалевого покрытия относительно стали, что расширяет температурный интервал эксплуатации и допускает небольшие колебания температуры реакционной среды. Обычно толщина грунтовки хим. аппаратов составляет 0,3-0,5 мм. Грунтовка всегда менее химически стойкая, особенно, к щелочам. Грунтовку обжигаю при 900*С, основную эмаль при 800*С. Нагрев при обжиге грунтовки может быть несколько более резким.
      Требования по стойкости эмали к кислотам удовлетворить намного проще, чем по отношению к щелочам, для легированных сталей ситуация противоположная. Поэтому, если требуется емкость для концентрированных кислот, да еще и горячих, тогда первый вариант, который рассматривают, это эмалированные или футерованные емкости. Если речь идет о щелочах, тем более расплавленных или кипящих растворах щелочей, тогда первое что рассматривают это легированные стали.
     Для повышения стойкости к щелочам используют эмали с повышенным содержанием оксидов кальция и бария, содержание оксида бора и диоксида кремния минимальное. То есть, содержание свободного диоксида кремния небольшое. Структура максимально плотная, и гидрофобная. В любом случае, эмалированные аппараты не применяют для горячих растворов щелочей и расплавленных щелочей (щелочных солей). Все эмали неудовлетворительно работают в средах плавиковой кислоты, растворов фторидов и кремнефтористоводородной кислоты.
     Главный недостаток эмалированного оборудования заключается в существенной разнице коэффициентов теплового расширения эмали и металла. Это приводит к отслаиванию эмали при резких перепадах температуры. Современные эмали допускают изменение температуры реакционной среды до 4*С в минуту. Максимальная температура эксплуатации достигает 100*С при использовании эмалированных аппаратов из обычных конструкционных углеродистых сталей, и до 200*С при использовании специальных легированных сталей со сниженным коэффициентом теплового расширения (в этом случае изменение температуры среды достигает 10*С/мин).
    Некоторые проблемы встречаются при проектировании теплообменников, ибо здесь изначально заложен перепад температур с двух сторон стенки. Эмаль имеет меньшую теплопроводность, чем сталь. Первые теплообменники из эмалированной стали имели пластинчатую конструкцию, сегодня известен ряд трубчатых теплообменников с эмалированной поверхностью. Типичный трубчатый теплообменник с эмалированной поверхностью имеет U-образные трубы с неразборными соединениями с крышкой теплообменника. Теплоэнергетическая эффективность трубчатых теплообменников на 40% выше, чем у пластинчатых теплообменников, а металлоемкость на 30% ниже. Ниже представлены характеристики наиболее распространенных эмалированных трубчатых теплообменных элементов.

      

       Стойкость эмалей китайской фирмы АКИКО:

      

    Эмалевые покрытия наносят на поверхности аппаратов из любых углеродистых сталей и чугунов. Большая толщина стенок чугунных аппаратов способствует большей жесткости аппарата, что нивелирует прогиб стенки под действием высокого давления. Что позволяет эксплуатировать аппараты с эмалевыми покрытиями из чугунов при давлении до 200 атм., стальные аппараты со стандартной толщиной стенки при давлении до 60 атм.
    Скорость к коррозии эмалей в кислых средах при 25*С обычно составляет 0,03-0,18 мм в год, в щелочных средах при 25*С скорость коррозии 0,1-0,4 мм в год. Покрытие может быть обновлено, но, для этого необходимо удалить остатки старого покрытия и заново нанести грунтовку.

Категория: Металлургия | Просмотров: 651 | Добавил: Chemadm | Рейтинг: 5.0/3
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]