Григорий Николаев - Металл Века
Но мало того, что металлы разрушаются просто под открытым небом, в воде или под землей. Современная технология, основанная на использовании крайне агрессивных веществ, высоких температур и давлений, еще более ускоряет этот процесс, разрушая не только черные, но и более дорогие цветные металлы.
Прямые убытки от коррозии достигают астрономических величин. Только в США они ежегодно составляют 5,5 миллиарда долларов. Но гораздо больший ущерб наносят косвенные потери, возникающие вследствие коррозионного повреждения оборудования. К ним относятся простои в связи с ремонтом, потери продукта в результате утечки, снижение производительности в результате засорения аппаратуры и понижения интенсивности процессов.
Кроме того, загрязняются готовые продукты и полупродукты, а это резко ухудшает их качество. Иногда конструкторы намеренно завышают при проектировании сечение деталей, толщину стенок и т.д., предусматривая ненасытный "аппетит” коррозии. Поэтому при прокладке трубопровода, например, получается так, что в землю зарывают ”лишние” тысячи тонн стали, предназначенные ”на съедение” коррозии. Точно таким же образом поступают и при проектировании оборудования, применяющегося в химической индустрии.
Существует множество видов и типов коррозии металлов — в зависимости от того, с какими именно веществами контактирует металл и каким образом распределяются коррозионные поражения на его поверхности. Коррозия бывает как равномерной, так и местной — гораздо более опасной, когда очаги поражения занимают небольшую площадь, но проникают вглубь, серьезно разрушая изделие. Местная коррозия бывает язвенной, точечной, межкристаллитной.
Нетрудно догадаться, что язвенной и точечной коррозия называется в том случае, когда поверхность металла обезображена язвами и точками — будто бы материал Переболел” оспой. При межкристаллитной коррозии нарушаются границы между кристаллами металла. Процесс этот глубинный и потому очень коварный, так как снаружи почти незаметно, что материал пришел в негодность, утратил прочность.
Разрушаются все металлы без исключения, одни — быстро, другие — медленно. Титан относится к числу последних, и эта его особенность чрезвычайно важна для современной техники. Следует подчеркнуть, что даже в тех случаях, когда титан поддается коррозии, она, как правило, всегда равномерно ”съедает” его, тогда как железо, сталь, нержавеющие и алюминиевые сплавы часто подвергаются местным и межкристаллитным разрушениям. Титан же межкристаллитной коррозии практически не подвергается никогда.
Если обычный металл изогнуть, изменить его первоначальную форму, он будет поддаваться коррозии в значительно большей степени, чем в спокойном состоянии. ”Коррозия под напряжением” — так называется этот вид более быстрого разрушения. Что касается титана, то он очень успешно сопротивляется и такому врагу. Вот почему титану находится много работы на заводах и фабриках где, заслоняя собой менее стойкие материалы, он упорно сражается с ”бичом металлов” — коррозией.
В ЦЕХАХ ХИМИЧЕСКИХ ЗАВОДОВ
Титановые сплавы стойки в сотнях агрессивных сред химической нефтехимической промышленности и успешно соперничают со сплавами на основе никеля, высоколегированными и нержавеющими сталями, с редкими и драгоценными металлами — ниобием, танталом, платиной, заменяют медь, свинец, олово, пластмассы. Новый конструкционный материал фактически уже вытеснил стекло из охладителей хлора, графит из охладителей рассола, чугун из перегонных кубов в производстве кальцинированной соды.
В ряде производств титан — единственный стойкий против коррозии материал. Он стоек во влажном хлоре, в водных соединениях хлора, в агрессивных средах производства ацетальдегида и гербицидов — там, где другие распространенные
материалы терпят полнейшее фиаско. В хлорной промышленности и нашел титан наиболее широкое применение.
Оборудование из титана используется при получении хлора диафрагменным методом в ваннах с ртутным катодом. Применяют титановые фильтры и подогреватели, коллекторы, емкости, реакторы, теплообменники. Титановые теплообменники позволяют намного упростить схему охлаждения и осушки газообразного хлора, снизить его потери и уменьшить загрязнение сточных вод. Благодаря использованию четырех титановых теплообменников на одном из хлорных заводов удалось избавиться от 30 ранее применявшихся аппаратов из углеродистого материала, гораздо менее стойкого. В результате на этом заводе ежегодно экономится 280 тысяч рублей.
В результате широкого научно обоснованного внедрения титановых сплавов в производство технологического оборудования Калушского производственного объединения ”Хлор- винил” (Ивано-Франковская область) только в период с 1968 по 1975 год получена экономия более 30 миллионов рублей. Наиболее отличившиеся участники этой работы удостоены в 1976 году званий лауреатов Государственной премии УССР в области науки и техники.
На химических предприятиях широко используется так называемая запорная и регулирующая арматура: различные вентили, краны, задвижки. Простейший вид арматуры — всем нам прекрасно известный водопроводный кран, которым мы регулируем движение воды, то открывая ей дорогу, то запирая ее в трубе. Химики же регулируют движение промышленных жидкостей и газов, и краны, применяемые ими, нередко достигают огромных размеров, так как и трубопроводы тоже достаточно велики.
Арматура из титана работает в 5—10 раз дольше, чем обычная. Благодаря ее применению удается автоматизировать технологические процессы, упростить монтаж и разборку, поскольку она намного компактнее и легче. Большое распространение получает литая арматура: она гораздо дешевле и, кроме того, обладает меньшим гидравлическим сопротивлением, чем аппаратура, изготовленная из отштампованных, а затем сваренных деталей. Так же эффективно и целесообразно использование трубопроводов из титана.
Трубы из титана превосходно зарекомендовали себя в качестве материала для теплообменных аппаратов. Змеевик из титана в некоторых средах служит 10 лет и более, свинцовый же — только 10 месяцев. Кроме того, титановый змеевик почти в 20 раз легче и занимает в помещении в 10 разменьшую площадь. Следовательно, намного упрощаются установка и обслуживание. Что же касается его стоимости, то она ненамного превышает стоимость свинцового змеевика. Титановый стоит 2,5 тысячи рублей, свинцовый—1,5 тысячи при длительности службы, в десять раз меньшей.
На поверхности титановых труб при смачивании их жидкостями образуется не сплошная пленка влаги, как у других металлов, а только отдельные капли, которые легко удаляются.
Все это облегчает очистку теплообменников от осадка, так как трубы не зарастают отложениями солей. Отсутствие инкрустации солями повышает теплоотдачу, а тем самым — и производительность аппаратов. Высокий коэффициент теплопередачи сохраняется на протяжении всего срока их эксплуатации.
Чем тоньше стенки теплообменника, тем лучше, так как это значительно усиливает передачу тепла. В то же время тонкие стенки коррозия разрушает скорее. Из титана же можно изготовлять тонкостенные теплообменники, не опасаясь что они в скором времени выйдут из строя. Поэтому по сравнению с обычными материалами толщина стенок труб титанового теплообменника значительно меньше и при обычном режиме работы не превышает одного миллиметра. Если же теплообменник предназначен для работы при высоких температурах, стенки делают чуть потолще — 1,5 миллиметра.
Новый промышленный металл хорошо зарекомендовал себя в качестве материала для изготовления оборудования производства солей, кислот и удобрений, продуктов органического синтеза.
Внедрение титановых реакторов взамен стальных при производстве капролактама на Руставском химическом комбинате намного улучшило технологические показатели, увеличило выход продуктов, снизило расход сырья. На том же химкомбинате введена в действие реакционная колонна из титана, производительность которой в полтора раза выше ранее применявшейся стальной. Так как титан — металл коррозионностойкий, то колонна будет служить безотказно, в результате чего эксплуатационные расходы будут сведены к минимуму, а ежегодная экономия составит более 100 тысяч рублей. Когда же будет внедрено все запланированное оборудование из титана, Руставский комбинат сможет экономить более миллиона рублей в год.
Большое развитие в наши дни получило производство пластмасс, синтетических волокон и спиртов, каучука и других полимерных материалов. Их получают, используя концентрированные растворы кислот, соединения хлора. Процессы идут при высоких температурах, что еще больше усиливает коррозию технологического оборудования. Вот здесь и оказываются незаменимыми титановые сплавы с повышенной коррозионной стойкостью, легированные палладием, молибденом, танталом.
