АВТОРЕФЕРАТ К ДИСЕРТАЦИИ

ГЛАВНАЯ СТРАНИЦА ДОННТУ СТРАНИЦА МАГИСТРОВ ДОННТУ ПОИСКОВАЯ СИСТЕМА ДОННТУ

РЕЗУЛЬТАТЫ ПОИСКА БИБЛИОТЕКА АВТОБИОГРАФИЯ ССЫЛКИ ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

Марьенков Сергей Валентинович

Тема выпускной работы:

"Разработка системы обеспечения техногенной безопасности металлоконструкций в условиях коксохимического производства"

Введение

     В последнее десятилетие на многих промышленных предприятиях сложился низкий уровень техногенной безопасности, что связано с прогрессирующим старением основных фондов, отсутствием или медленными темпами восстановления, реконструкции и обновления техники. В частности металлоконструкции на большинстве предприятий работают в агрессивных условиях, что приводит их в негодность вследствие одновременного воздействия механических факторов, коррозии и их суммарного влияния.
     Металлы и их сплавы являются наиболее важными современными конструкционными материалами. Всюду, где эксплуатируются металлические конструкции, есть вещества, которые, взаимодействуя с металлами, постепенно их разрушают: ржавление металлических конструкций (железных кровель зданий, стальных мостов, опор, станков и оборудования цехов) в атмосфере; разрушение металлических баков и аппаратов растворами кислот, солей и щелочей на химических и других заводах; ржавление стальных трубопроводов в земле и т. п.
     Коррозия металлов и металлоконструкций наносит большой ущерб промышленным предприятиям в особенности коксохимическим заводам. Потери от коррозии металлов складываются из стоимости изготовления металлических конструкций, пришедших в негодность вследствие коррозии, из безвозвратных потерь в виде продуктов коррозии и из косвенных убытков.
     Коррозия металлов и металлоконструкций косвенно влияет на продолжительную работу всего оборудования, на расходы, связанные с отказом в работе металлического оборудования, простоем его, со стоимостью его ремонта или замены, с порчей продукции заводов химической промышленности вследствие загрязнения ее продуктами коррозии, увеличением расхода металла, обусловленным завышенными допусками на коррозию и увеличения техногенной безопасности.
     В настоящее время на производствах отсутствует эффективная система анализа состояния металлоконструкций, замена и сроки ремонтов назначаются без научного обоснования. Все это приводит к повышению затрат на содержания фонда металлоконструкций и повышенному уровню техногенной безопасности. В особенности на коксохимическом производстве, где эта проблема является наиболее актуально это связанно с тем, что в атмосферу попадают множество химических соединений вызывающих коррозию металлов.

Направление исследования и постановка задачи

Характеристика коррозионного процесса

Рисунок 1 - График зависимости коррозии от влажности

      Этот важный факт впервые продемонстрировал Верной в серии своих классических экспериментов [8]. Результаты некоторых из них приведены на рис. 1. Верной показал, что в чистом воздухе при относительной влажности ниже 100% коррозия минимальна, но уже очень небольшие концентрации примесей, таких как двуокись серы, могут вызывать значительную коррозию даже в отсутствие видимых следов осаждения влаги. Достаточно, чтобы относительная влажность превысила некоторое критическое (причем сравнительно небольшое) значение. Это значение в какой-то мере зависит от природы загрязнения атмосферы, но в присутствии двуокиси серы оно составляет 70 — 80%. Если влажность ниже критической, то коррозия незначительна даже в загрязненном воздухе.
     Появление влаги на при влажности выше критической, но ниже точки насыщения может объясняться или адсорбционным механизмом, или присутствием на поверхности гигроскопичных солей. После начала коррозии состав образовавшейся ржавчины будет влиять на относительную влажность, при которой идет дальнейшая коррозия, так как продукты коррозии, образующиеся в загрязненной атмосфере, содержат гигроскопичные соли. Однако механизм, по которому влага достигает поверхности, не столь важен для коррозии, как продолжительность времени, в течение которого сталь остается влажной.
     Известно, что металлические конструкции, работающие в условиях совместного воздействия агрессивных сред и механических напряжений, подвергаются более сильному разрушению, чем в отсутствии последних. В химической промышленности за последние годы нашли распространение различные высокопроизводительные процессы, протекающие в аппаратах в условиях высоких механических нагрузок, больших скоростей движения жидких и газовых сред, высоких давлений и температур, которые часто являются причинами преждевременного выхода из строя оборудования.
     Различают, по крайней мере, пять характерных случаев коррозионно-механического разрушения металлоконструкций, отличающихся своеобразием воздействия механического фактора. Для металлоконструкций работающих под статическими нагрузками характерны всего три вида коррозионно-механического разрушения это общая коррозия напряженного металла, коррозионное растрескивание, коррозионная усталость.
     Наличие механических напряжений в металле, лежащих в упругой области или связанных с деформацией решетки, безразлично внутренних или приложенных извне, растягивающих, сжимающих или сдвиговых, влияет на коррозионное поведение металла вследствие двух основных причин:
     1) сообщения металлу добавочной энергии и в результате этого некоторого понижения его термодинамической стабильности;
     2) нарушения сплошности пассивных пленок, т. е. снижения их защитных свойств.
     Коррозионное растрескивание — это разрушение металлов и сплавов при одновременном воздействии коррозионной среды и растягивающих механических напряжений, приводящее к ускоренному образованию коррозионных трещин.
     Коррозионная усталость металлов — это хрупкое разрушение их в результате образования трещин меж- и транскристаллитного характера при одновременном воздействии коррозионной среды и переменных (циклических) напряжений, обычно не превышающих предел упругости.

Математическое моделирование процесса деградации металлоконструкций

Для создания любой модели необходимо ввести некоторые условия (допущения) для металлоконструкций работающие в условиях коксохимического производства, такие как скорость коррозии, виды профилей, используемые при изготовлении и определить нагрузки воздействующие на них.
Основным условием работоспособности металлоконструкции является критерий прочности:

σ ≤ [σ] = σв / n

Коэффициент запаса прочности "n" элементов металлоконструкции назначается в зависимости от степени их ответственности (уровень технологической опасности, тяжесть последствий при аварии, величины территориального риска и т.п.).
В свою очередь напряжения в металлоконструкции зависит от многих других факторов или критериев:

σ = f (F;J;W;i)

Эти перечисленные критерии (параметры) показывают характерные возможности выбранного сечения, что позволяет выбрать необходимый профиль для данной металлоконструкции.

Металлоконструкция

Следующим этапом в моделировании является определения напряженно-деформированного состояния металлоконструкции, определения критериев коррозионного процесса и составления 3-D модели металлоконструкции. Заключительным этапом раздела является определения наиболее нагруженного элемента с помощью CAD – систем.

Рисунок 2 – Схема системного подхода к обеспечению техногенной безопасности металлоконструкций.

Все этапы моделирования отражает схема системного подхода к обеспечению техногенной безопасности металлоконструкций представленная на рисунке 2.
Для реализации данного подхода разработана база данных для: марок сталей используемых в металлоконструкциях, стандартных профилей, скоростей коррозии в основных коррозионных средах. Составлена программа, позволяющая определять изменение основных параметров профилей в зависимости от коррозии с фиксированным или переменным шагом. Это позволяет определять изменение основных геометрических и массо–центровочных характеристик, таких как площадь сечения, моменты инерции и моменты сопротивления сечения. По опыту эксплуатации металлоконструкции на любом предприятии уже известна средняя скорость коррозии в данных условиях, что позволяет определить возможные изменения во времени приведенных выше параметров металлоконструкций.