Защита емкостей с огнетушащим средством пожарных автомобилей от коррозии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Защита емкостей с огнетушащим средством пожарных автомобилей от коррозии

Ляпин Александр Андреевич

Мальцев Алексей Николаевич

В работе проведён анализ существующих методов отделочно-упрочняющей обработки деталей пожарной техники и определение наиболее эффективного и действенного способа повышения износостойкости рабочих поверхностей деталей. Выполнены исследования влияния различных видов механических обработок поверхностей деталей пожарной техники на их долговечность и износостойкость, а также дана оценка возможности промышленного внедрения упрочняющей обработки поверхностей деталей установкой в них жертвенного анода.

Похожие материалы

· Внедрение автоматических систем пожаротушения в торговых комплексах

· Некоторые способы защиты быстроразъемных соединений от воздействия ударных нагрузок

· Сравнительный анализ характеристик быстроразъемных соединений, применяемых в пожарной отрасли Российской Федерации и за рубежом

· Использование предпусковых подогревателей для облегчения запуска двигателей пожарной техники

· Пути повышения долговечности пенобаков и цистерн пожарных автомобилей

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 (Fe). Этим обеспечивается необходимая долговечность деталей, улучшаются их противоизносные, прочностные другие свойства. Однако у углеродистой конструкционной стали, имеется существенный недостаток, она обладает низкой коррозионной стойкостью. 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 пенобаками, изготовленными из стеклопластика или пенобаками из коррозионностойкой стали. Пенобаки из стеклопластика имеют преимущества перед стальными, а именно: не требуют защиты от коррозии, они легче пенобаков, изготовленных из углеродистой стали и характеризуются хорошими теплозащитными свойствами. Но проблема заключается в том, что до сих пор еще очень много пожарных автомобилей, стоящих на дежурстве по всей нашей стране оснащены пенобаками из коррозионностойкой стали.

Весьма актуальной проблемой в пожарных частях является появление течи в сварных швах пенобаков пожарных автомобилей. Например, нередки случаи появления течи в пенобаках пожарных автоцистерн, произведенных на предприятии ОАО "Варгаши". Известно, что пенобаки в пожарных автомобилях предназначены для хранения и транспортировки пенообразователя (см. рис.1).

Рисунок 1. Бак для пенообразователя

1 - подрамники; 2 - гайка; 3 - хомут; 4 - бак; 5 - заливная горловина; 6 - соединительная головка; 7 - вентиль.

Рисунок 2. Цвета побежалости около сварного шва на трубопроводе из нержавеющей стали.

Так как пенообразователь может иметь щелочную или кислотную основу, то он является коррозионно-активной средой по отношению к корпусу металлического пенобака. По этой причине пенобаки 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 пенобаков происходит по причинам, изложенным ниже. Технологически очень сложно изготовить пенобак из цельного листа нержавеющей стали, поэтому пенобаки изготавливаются методом сварки с образованием сварных швов. При электродуговой сварке пенобака на сварной шов воздействует высокая температура факела, образующегося при горении электрической дуги (Т=2600 - 2900єС). 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) (см. рис.2).

Рисунок 3. Структура сварного шва с зонами термического воздействия

1 - столбчатая литая с пониженными механическими свойствами; 2 - Рост зерна, образование игольчатой структуры с повышенной хрупкостью; 3 - крупнозернистое строение с пониженной ударной вязкостью и пластичностью; 4 - измельчение зерна, повышение механических свойств; 5 - смешанное строение из мелких и крупных зерен с пониженными механическими свойствами; 6 - восстановление формы и размеров зерен металла 7 - структура изменений не имеет.

Рисунок 4. Схема электрохимической коррозии при контакте железа и алюминия в присутствии электролита.

Al0 - 3з > Al3+ (окисление алюминия)

Fe2+ +2з > Fe0 (восстановление железа)

1. пенообразователь; 2- корпус пенобака; 3 - жертвенный анод из алюминия.

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 см. рис.3. 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 пенобака, что обуславливается сложностью технологии сварки металлов. Такие поверхностные дефекты сварки как подрез, ноздреватость поверхности шва, трещины, кратеры снижают его коррозионную стойкость.

Пенообразователь, находящийся в пенобаке 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 пенобаков:

· вводить в пенообразователь ингибиторы коррозии;

· изготавливать пенобаки из пластмассы или из нержавеющей стали цельного листа без сварных швов;

· защитить пенобак с помощью металла - протектора (анодная защита).

Наиболее простой и эффективный способ защиты пенобака от коррозии у автомобилей, уже стоящих на боевом дежурстве - это установка в пенобак жертвенного анода. Для этого необходимо присоединить к корпусу пенобака металл с более отрицательным электродным потенциалом (жертвенный анод). В качестве жертвенного анода могут быть использованы металлы, стоящие в ряду электрохимических потенциалов металлов левее железа (цFe = - 0,44 В) например: алюминий (Al) (цAl = -1,66 В), цинк (Zn) (цZn = - 0,76 В), кальций (Ca) (цCa = - 2,87 В), магний (Mg) (ц = - 2,37 В) и др. Наиболее доступный и дешевый металл-протектор из представленных выше - это алюминий. При контакте алюминиевого стержня с корпусом стального пенобака в среде электролита (пенообразователя) корпус пенобака 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 (ц = -1,66 В), а железа (основной компонент стали) Fe (ц = -0,44 В), то анод начнет растворяться (алюминиевый стержень), ионы алюминия будут переходить в пенообразователь, а электроны перетекать на катод (стальной корпус пенобака) на котором будет проходить процессы восстановления железа [1-3].

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 пенобака, а также жертвенный анод должен быть постоянно погружен в пенообразователь.

Для оценки возможности применения протекторной защиты пенобаков 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:

, (1)

где х -потеря массы образца на единицу площади при коррозии, мг/см 2; m1 - масса образца до коррозии, мг.; m2 - масса образца после коррозии, мг.; S - удельная поверхность образца.

Перед экспериментом были подготовлены образцы, представляющие из себя пластины из нержавеющей стали толщиной 1мм и со средней площадью поверхности 8 см 2. 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. пожарный отделочный упрочняющий

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. Потеря массы за 30 суток при нормальных составила 6,5 мг/см 2. 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 пенобаков, а лишь замедлить её. Поэтому в качестве металла-протектора необходимо использовать металл с более электроотрицательным электродным потенциалом, например магний (ц = - 2,37 В) или кальций (цCa = - 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 пенобаков от коррозии это задача следующих исследований.

Список 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.

4. Мальцев А.Н., Пучков П.В. "Обеспечение безопасности жизнедеятельности: проблемы и перспективы" Сборник материалов Х Международной научно-практической конференции молодых ученых: курсантов (студентов), слушателей магистратуры и адъюнктов (аспирантов) Часть 1, республика Беларусь, 2016 г С. 148-149

Размещено на Allbest.ru