Эрозійна-карозійнае знішчэнне пры транспартаванні шламу: адпаведнасць цвёрдасці сплава трываласці трубаправода

Эрозійна-карозійнае знішчэнне пры транспартаванні шламу: адпаведнасць цвёрдасці сплава трываласці трубаправода

Пры перакачцы шламу — незалежна ад таго, ці перадаюцца канцэнтраты руды, адходы з шахт ці хімічныя працэсныя шламы — трубаправоды паміраюць ад двайной смерці. Іх адначасова механічна абрыўваюць цвёрдыя часціцы і электрахімічна растварае транспартная вадкасць.

Пры выбары матэрыялаў для шламавага трубаправода ўзнікае спакуса выкарыстаць найцвёрдзейшы магчымы матэрыял. Інтуіцыя падказвае, што калі цвёрдыя часціцы здзяйсняюць абрыўванне металу, то больш цвёрдая паверхня будзе лепш супраціўляцца гэтаму абрыўванню. Аднак дзесяцігоддзі даследаванняў у галіне эразіі-карозіі раскрываюць контр-інтуйтыўную праўду: У шматлікіх сярэдзінах з шламам стойкасць да карозіі важнейшая за цвёрдасць для падаўжэння тэрміну службы  .

У гэтай артыкуле разглядаецца механізм эразійна-каразійнага знішчэння, міф аб цвёрдасці і тое, як сплавы, такія як Hastelloy C276, паводзяць сябе ў жорсткіх шламавых сярэдзінах.

Праблема «1 + 1 = 3»: разуменне сінергіі

Эразійна-каразійнае знішчэнне — гэта не проста сума механічнага зносу і хімічнай карозіі. Гэтыя два працэсы ўзаемадзейнічаюць, выклікаючы агульную страту матэрыялу, якая значна перавышае тую, якую мог бы выклікаць кожны з іх паасобку. Гэта з’ява вядомая як сінергічны эфект .

Даследаванні Hastelloy C276 у каразійных шламах пацвярджаюць гэтую з’яву. Даследаванні паказваюць, што пры пэўных прыкладзеных патэнцыялах агульная страта матэрыялу можа быць больш чым у два разы большай за чысты механічны знос  . Гэта адбываецца таму, што:

1. Карозія, якая паскаршае эразію: Карозія атакуе граніцы зёран або селектыўна растварае цвёрдую фазу ў сплаве. Гэта падаляе мікраструктуру паверхні, робячы яе больш падатлівай да адшчэплення кавалкаў металу цвёрдымі часціцамі, якія ў іншым выпадку засталіся б непашкоджанымі.

2. Эразія-пастаўленая карозія: Цвёрдыя часціцы пастаянна здымаюць абаронную пасіўную аксідную плёнку, якая забяспечвае каразійную стойкасць нікель-сплаўаў. Калі плёнка знята, адкрыўшаецца голая актыўная паверхня металу, якая падвяргаецца ўздзеянню электроліту, што выклікае рэзкі ўздым шчыльнасці каразійнага току. У даследаваннях было адзначана, што пры кульгаванні па сплаве C276 шчыльнасць току можа павялічвацца на тры парадкі велічыні  .

Ігнараванне гэтай сінергіі прыводзіць да значнага пераадзення хуткасці зносу.

Міф аб цвёрдасці: чаму нержавеюча сталь можа пратрымацца даўжэй за звычайную сталь

Класічнае даследаванне матэрыялаў у шламах вугаль-вада дало ключавы вынік: Было ўстаноўлена, што каразійная стойкасць мае большае значэнне для стойкасці да зносу, чым цвёрдасць  .

Разгледзім два матэрыялы:

• Сталь з высокім утрыманнем вугляроду (цвёрдая): Выдатная стойкасць да зносу ў сухім асяроддзі. Аднак у шламе кожны ўдар часціцы здымае пласт ржавчыны, а высокая хуткасць карозіі сталі забяспечвае пастаянную страту матэрыялу.

• Нержавеючая сталь (мякчэйшая, але стойкая да карозіі): Хоць яна мякчэйшая, яе здольнасць хутка аднаўляць пасіўную плёнку азначае, што складовая карозіі мінімізавана. Сінергетычны эфект падаўляецца.

У даследаванні было выяўлена, што нержавеючая сталь маркі 304 прапануе «найлепшы кампраміс паміж коштам і эксплуатацыйнымі характарыстыкамі» ў асяроддзі падрыхтоўкі вугалю, пераважаючы больш цвёрдыя матэрыялы, такія як медна-нікелевыя сплавы. .

Гэты прынцып распаўсюджваецца і на нікелевыя сплавы. Хоць сплаў C276 звычайна не выбіраюць з-за яго стойкасці да зносу (яго цвёрдасць з'яўляецца сярэдняй — каля 210 HB), яго здольнасць падтрымліваць пасіўную плёнку ў шламах, якія змяшчаюць хларыды і кіслоты, перашкоджае турбінаванню «каразійна-пагаршанага эрозійнага» цыклу. .

Прыклад: Сплавы ў шламах з высокай хуткасцю

Хуткасць — гэта множнік у сістэмах шламу. Сувязь паміж ступенню зносу і хуткасцю патоку часта выражаецца ў выглядзе:
Wear Rate = const x vⁿ

У каразійных шламах значэнне nчаста адпавядае карозіі, кантралюемай пераносам масы кіслароду, гэта значыць, што гідрадынаміка вызначае ступень карозіі . Пры больш высокіх хуткасцях катадная рэакцыя (змяншэнне кіслароду) праскараецца, што прыводзіць да больш хуткага разбурэння металу.

У выпрабаваннях з пясчанымі шламамі ў салёнай вадзе агульныя ступені зносу вагаліся ў межах 6–25 мм у год , што напрамую звязана з хуткасцю . У такіх умовах такі матэрыял, як вугляродная сталь, хутка выходзіць з ладу, бо яго каразійныя прадукты не забяспечваюць абароны. Аднак сплав C276 утварае шчыльны аксід, які нават пры пашкоджанні аднаўляецца негадзя, калі асяроддзе не занадта здымаючае.

Калі неабходна «нанесенне цвёрдага пакрыцця»? Выключэнні

Існуюць абмежаванні філасофіі «перш за ўсё стойкасць да карозіі». У суспензіях з вельмі вялікімі, вуглаватымі часціцамі, якія рухаюцца з высокай хуткасцю (напрыклад, у суспензіях з доннага шлаку), кампанента механічнай эрозіі можа пераважаць настолькі, што перавысіць здольнасць сплаву да рэпасівацыі.

У гэтых экстрэмальных выпадках прымяненне твёрдых наплаўленых сплаў метадамі, такімі як HVOF (нанасенне асідатарнай паліўнай сумесі з высокай хуткасцю), з’яўляецца эфектыўным. Недаўнія даследаванні, у якіх параўноўваліся пакрыцці на аснове кобальту (Stellite 6) і нікелю (Colmonoy 88), паказалі:

• Пакрыцці на аснове нікелю дасягнулі большай мікрацвёрдасці (601 HV) і паляпшылі стойкасць асноўнага металу да зносу ў 3,21 раза у ўмовах доннага шлаку .

• Аднак эфектыўнасць залежала ад вугла ўдару. Пластычныя матэрыялы, такія як нікелевыя сплавы, падлягаюць максімальнаму зносу пры нізкіх вуглах удару (30°), тады як цвёрдыя матэрыялы зносяцца больш пры вострых вуглах (60°) .

Гэта падкрэслівае ключавы пункт прыняцця рашэння: калі вы абараняеце згін трубаправода (дзе вуглы ўдару нізкія, а эразія моцная), можа спатрэбіцца цвёрдае жарткавае пакрыццё. Калі вас трывожыць агульнае танчэнне сценак у прамой дзялянцы трубаправода ў салёнай шламавай сумесі, цвёрды коразійна-сталаў алегіраваны матэрыял, такі як C276, будзе працаваць лепш за цвёрдую вугляродную сталь.

Практычныя рэкамендацыі па выбары труб для шламавых сумесей

1. Спачатку вызначце характарыстыкі шламавай сумесі

• Вуглавасць часціц: Акруглены пясок менш агрэсіўны, чым востры, разбураны рудны матэрыял.

• Хуткасць: Пры хуткасці вышэй крытычнага ўзроўню (звычайна 3–5 м/с) каразійная складовая рэзка ўзрастае.

• Хімія: Ці з’яўляецца транспартуючая вадкасць прэснай вадой (нізкая каразійная актыўнасць) ці рассалам/кіслотнай тэхналагічнай вадой (высокая каразійная актыўнасць)?

2. Правядзіце праверку «Сінергіі»

Задайце сабе пытанне: што адбудзецца, калі мы выкарыстоўваем высокапрочную сталь, калі пасіўны пласт (ржавчына) будзе зняты? Калі адказ — «хуткая, лакалізаваная карозія», тады больш бяспечным выбарам будзе алегіраваны матэрыял з уласцівай каразійнай стойкасцю (напрыклад, C276).

3. Улічваць двухкампанентныя рашэнні

• Цвёрды сплав C276: Ідэальны для агрэсіўных хімічных суспензій, дзе карозія з’яўляецца асноўным фактарам, а хуткасці — памеранымі.

• Трубы з абалонкай або абліцоўкай C276: Для высокаабразіўных суспензій з каразійным кампанентам выкарыстанне труб з вугляродзістай сталі для забеспячэння канструкцыйнай міцнасці ў сукупнасці з тонкім слоем C276 для каразійнай стойкасці з’яўляецца эканамічна эфектыўным рашэннем. Сталь вытрымлівае ціск; C276 прадухіляе сінергетычны эфект.

• Нанясенне аднароднага шару з павышанай цвёрдасцю: Для лакалізаваных участкаў з высокім зносам (загіны, тройнікі) разгледзець нанясенне нікель-змяшаных пакрыццяў метадам ВПП (высокаскорасцнага газатэрмічнага напылення) на каразійнастую падкладку. .

Вывад: падбіраць матэрыял у адпаведнасці з механізмам разбурэння

Формула «цвёрдасць = доўгавечнасць» не працуе ў сістэмах транспартавання суспензій, бо ігнаруе электрахімію. Сінергетычны эфект паміж эрозіяй і карозіяй азначае, што здольнасць матэрыялу да ўтрымання пасіўнай плёнкі часта з’яўляецца яго найважнейшай уласцівасцю.

Хастэлой C276, які мае высокі паказчык PREN і хуткую здольнасць да рэпасівацыі, забяспечвае надзейную абарону супраць карозія бок ураўнення эрозійна-каразійнага ўзаемадзеяння . Кантроль каразіі перашкаджае паскарэнню механічнай эрозіі.

Для максімальнага тэрміну службы ў хімічна агрэсіўных суспензіях першым і найбольш важным крокам з'яўляецца падбор каразійнай стойкасці сплаву ў адпаведнасці з хімічным складам вадкасці. Твёрдасць з'яўляецца ўсяго толькі другім шчытом абароны.