Способ прогнозирования сроков хранения цветных металлов в закрытых помещениях

Авторы патента:

Годулян Лидия Васильевна (RU)

Авдеева Лариса Константиновна (RU)

Зацепин Владимир Михайлович (RU)

G01N17/00 - Исследование устойчивости материалов к атмосферному или световому воздействию; определение антикоррозионных свойств

Владельцы патента RU 2771144:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ХРАНЕНИЯ ФЕДЕРАЛЬНОГО АГЕНТСТВА ПО ГОСУДАРСТВЕННЫМ РЕЗЕРВАМ (ФГБУ НИИПХ РОСРЕЗЕРВА) (RU)

Изобретение относится к области прогнозирования срока хранения цветных металлов (меди, никеля, алюминия, свинца, олова, цинка, кобальта) в закрытых помещениях. Способ предусматривает проведение краткосрочных (минимум 1 год с ежемесячной регистрацией) ускоренных лабораторных коррозионных испытаний металлических образцов в различных температурно-влажностных условиях, в том числе и в условиях, близких к низкокоррозионным условиям хранения на складах; построение модели коррозии цветных металлов с использованием полученных результатов коррозионных испытаний и мировых данных по коррозии металлов; экспериментальное определение на основании данных коррозионных испытаний и металлографических исследований поверхности металлов количественного критерия, характеризующего допустимые коррозионные потери, не снижающие качественное состояние поверхности цветных металлов, прогнозирование срока хранения по построенной модели. Способ позволяет спрогнозировать обоснованные сроки хранения цветных металлов в закрытых помещениях. 2 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области прогнозирования срока хранения цветных металлов (меди, никеля, алюминия, свинца, олова, цинка, кобальта) в низкокоррозионных средах закрытых помещений.

Металлы, сплавы и металлопокрытия подвержены атмосферной коррозии под воздействием влажности воздуха и совместного воздействия загрязнений атмосферы, особенно в присутствии газообразных и твердых веществ. Данные по коррозийной активности имеют решающее значение для выбора соответствующей защиты от коррозии, а также для оценки пригодности металлических элементов изделий.

Стандарт ISO 9223 (введен с 01 июля 2019 г.) классифицирует 5 категорий коррозионной активности в зависимости от условий окружающей среды.

Низкокоррозионные среды внутренних (закрытых) помещений являются средами внутренних помещений с С1 (очень низкой) или С2 (низкой) категорией коррозийной активности в соответствии с ISO 9223.

Складские помещения (отапливаемые и неотапливаемые), в которых хранятся цветные металлы, характеризуются низкой коррозионной активностью, в атмосфере практически отсутствуют загрязнители, основными коррозионными факторами являются влажность и температура воздуха. При этом для всех складов среднемесячная влажность воздуха практически не превышает 70%, а температура 20-25°С.

Классификация в ISO 9223 носит слишком общий характер для низкокоррозионных сред внутри помещений. Более детальное категорирование низкой коррозионной активности внутри помещений произведено в стандарте ISO 11844.

Оценка низкокоррозионных сред внутри помещений может быть проведена путем прямого определения коррозионного воздействия на отдельные металлы (ISO 11844-2), либо путем измерения параметров окружающей среды (ISO 11844-3), которые могут вызвать коррозию металлов и сплавов.

Для большинства конструкционных металлов и сплавов, уровень воздействия коррозии уменьшается со временем, в связи с тем, что на поверхности самого металла накапливается продукты коррозии. Процесс коррозионного воздействия на металлы и сплавы, обычно аппроксимируют линейной функцией, когда общий ущерб зависит от времени воздействия в логарифмических координатах. Данная взаимосвязь указывает на то, что общее коррозионное воздействие на металл, М, выражается приближенно как потеря массы на единицу площади, или глубина поражения, и имеет вид:

где

t - период воздействия, в годах;

r_corr=M(t=1 год) - скорость коррозии за первый год, или микрометры на год (г/м² ⋅ год или мкм/год), в соответствии со стандартами ISO 9223 и ISO 9224, является основанием категорирования коррозионной активности атмосферы,

n - это характеристика металла в окружающей среде.

В соответствии со стандартами ISO 11844 для закрытых помещений коррозионную активность можно классифицировать по скорости изменения массы исследуемых образцов металлов. Именно такой метод исследований использован в предлагаемом техническом решении.

Примером использования модели (1) является патент US 7231318 В2 (Kihira et al.), в котором рассматривается применение модели (1) для оценки долгосрочных коррозионных поражений коррозионно-устойчивых стальных конструкций -мостов (в открытой загрязненной атмосфере).

Модель (1) является основной для моделирования атмосферной коррозии на больших временах при наличии коррозионно-активных загрязнителей. Однако для низкокоррозионных условий применимость модели (1) с одними и теми же параметрами r_corr и n на малых (менее 1-2 лет) и больших (порядка 10 лет и более) временах не обоснована в силу недостатка экспериментальных данных по коррозии цветных металлов в низкокоррозионных средах.

Прямого прототипа и близких аналогов предлагаемого нами технического решения для оценки долгосрочной коррозии и сроков хранения цветных металлов в закрытых слабокоррозионных помещениях в интернете (Google Patents, Яндекс. Патенты), базах данных ФИПС, Европы (Espasenet) не найдено.

В предлагаемом нами способе прогноз коррозии производится на основе математической модели атмосферной коррозии, предложенной авторами (Михайловский Ю.Н., Стрекалов В.П., Агафонов В.В. Модель атмосферной коррозии металлов, учитывающая метеорологические и аэрохимические характеристики // Защита металлов. 1980. Т. 16. №4. С. 396-413):

где

t - время,

k₀ - эффективная скорость коррозии в начальный момент времени без учета установившейся (стационарной) скорости коррозии k₁ на больших временах,

b - коэффициент стабилизации коррозионного слоя.

Приведенное уравнение рассматривается как общая математическая модель, приближенно описывающая многолетнюю кинетику атмосферной коррозии металлов в различных климатических зонах.

Коэффициенты модели k₀, b и k₁ являются функциями как металла, так и метеорологических и аэрохимических параметров среды, подлежащими оценке на основе экспериментальных данных по коррозии.

Параметр k₁ связан с k₀ путем введения коэффициента q,

т.е. отношения годовой скорости коррозии в лабораторных условиях к годовой скорости коррозии в эксплуатируемых закрытых помещениях. Этот коэффициент оценивается путем статистического анализа экспериментальных данных по годовым скоростям коррозии металлов в открытой и закрытой атмосферах из доступных мировых научно-технических, патентных и нормативных документов.

Критерием прогноза среднестатистического срока хранения (T_av) металла является критическая величина (M_cr), характеризующая допустимые коррозионные потери, не снижающие качественное состояние поверхности цветных металлов. M_crопределяется на основе экспериментальных данных ускоренных испытаний расчетно-экспертным методом.

Среднестатистический срок хранения меди в закрытых помещениях T_av определяется путем численного нахождения корня T_av нелинейного уравнения (2) относительно t с оцененными коэффициентами k₀, b и k_1:

Для возможного учета неточности модели, воздействия коррозионных загрязнителей, кроме влажностного и температурного факторов, а также временных колебаний воздействующих факторов относительно лабораторных условий вводится коэффициент резервирования K_r, в интервале значений от 1.5 до 2.5, принятый на основе вариаций оценок годовых скоростей коррозии, и определяющий уменьшение прогнозного срока хранения до нижней границы (T_cr),

Расчет сроков хранения цветных металлов производится посредством компьютерной программы «Хранение-ЦМ». Эта программа разработана в среде компьютерной математики Maple и реализует итерационный нелинейный метод наименьших квадратов для модели (2) с ограничением (3), а также определение значений T_av и T_cr.

Пример расчета по экспериментальным данным.

Прогноз срока хранения для меди.

Объект испытаний - плоские образцы меди марки МООК следующих размеров: 20 мм х 40 мм, толщина 2-4 мм.

Требования к образцам. Поверхность образцов не должна иметь видимых дефектов, таких как царапины, включения, трещины, точки и поры. Края образцов и края отверстий не должны иметь заусенцев.

Параметр шероховатости поверхности образцов - Rz20.

Испытуемые образцы должны быть промаркированы методом клеймения (порядковый номер образца).

Перед испытаниями поверхность образцов должна быть очищена и обезжирена. В случае необходимости поверхность образцов шлифуется, затем образцы обезжириваются органическими растворителями.

При очистке и обезжиривании образцов допускается применять мягкие щетки, кисти, вату, целлюлозу.

После обезжиривания допускается брать образцы только за торцы руками в хлопчатобумажных перчатках.

В процессе испытаний образцы подлежат визуальному осмотру, взвешиванию и металлографическим исследованиям.

Ускорение коррозионных процессов достигается посредством интенсификации таких факторов, как температура и относительная влажность воздуха.

Температурно-влажностные условия проведения коррозионных испытаний в лабораторных условиях:

- температура воздуха Т°С: +20°С, +30°С, +50°С;

- относительная влажность воздуха Н%: 70%, 80%, 95%.

Обеспечение заданной влажности достигается в эксикаторах с помощью растворов глицерина в дистиллированной воде различной концентрации. Заданная температура достигается с помощью сушильных шкафов. Температура и относительная влажность воздуха контролируются с точностью ±2°С и ±5% соответственно.

Образцы металлов помещаются в эксикатор с заданной влажностью, а затем эксикатор помещается в сушильный шкаф с заданной температурой.

Образцы располагают таким образом, чтобы они не касались друг друга. Приспособления для крепления образцов изготовляются из инертного материала. Испытания проводятся круглосуточно. Время испытаний отсчитывается с момента помещения образцов в эксикатор и установления параметров температурно-влажностного режима.

Осмотр образцов при испытаниях. Образцы перед испытанием осматриваются на отсутствие признаков коррозии. В процессе испытаний при осмотре регистрируются следующие изменения внешнего вида поверхности: цвет, потускнение поверхности, наличие и распределение видимых коррозионных дефектов.

В процессе коррозионных испытаний определяется масса каждого образца путем взвешивания на аналитических весах с точностью до 0,001 г.

Время, необходимое для осмотра и взвешивания образцов одного вида металла, составляет 8 часов.

Оценка результатов испытания. После каждого съема образцов определяется их масса путем взвешивания с предварительной выдержкой в эксикаторе с силикагелем не менее 24 часов. Время периодических осмотров и съемов образцов в учитываемое время испытания не включается.

По результатам взвешивания находятся средние арифметические величины изменения массы образцов, по которым строятся кривые в координатах "коррозионные потери - время" для температур 20, 30 и 50°С и влажности воздуха 70, 80, 95%.

Состояние поверхности образцов оценивается визуально путем внешнего осмотра, а также на основании металлографических исследований поверхностных слоев после коррозионных испытаний.

Критерием оценки результатов ускоренных испытаний является изменение массы образцов, внешнего состояния поверхности образцов, толщины, химического и фазового состав поверхностных слоев образцов.

Работы по прогнозированию срока хранения меди в закрытых помещениях включают следующие этапы:

1) Экспериментальные данные для построения прогнозной модели (оценки параметров k₀, b и k₁) выбираются для климатических условий, близких к реальным условиям хранения в закрытых складах (температура 20°С и влажность воздуха 70%) и имеют для медных образцов следующие значения:

2) Требуемая для расчета срока хранения величина M_cr определена по результатам ускоренных испытаний, а именно: сильное потемнение поверхности меди вплоть до черноты проявилось при влажности воздуха 95% и температуре 50°С после 9 месяцев испытаний и явилось критерием ухудшения состояния поверхности, необходимого для расчета срока хранения. При этом слой оксидов меди Cu₂O, CuO, Cu₂OxH₂O приобрел вид многослойной пленки. После 10-12 месяцев дальнейших испытаний в этих условиях поверхность образцов меди становится черной. Поэтому результаты 9 месяцев испытаний меди при влажности воздуха 95% и температуре 50°С являются достаточными для определения критической массы коррозионных потерь, M_cr=3.5×10^-5 г/см².

3) Значение коэффициента q для меди = 119 (уравнение (3) заимствовано из обзора (D.W. Rice et al., Indoor Corrosion of Metals, J. Electrochem. Soc. 127: 891, 1980, табл. 12). Это значение получено в результате статистической обработки значительного количества экспериментальных данных по годовым скоростям коррозии медных образцов в открытой и закрытой атмосферах.

4) Для медных образцов принят коэффициент резервирования K_r=2.15.

5) Ввод и обработка экспериментальных данных и параметров q и M_cr в программе расчетов «Хранение-ЦМ» дает уравнение:

Среднестатистический срок хранения меди в закрытых помещениях T_av определяется путем численного нахождения корня уравнений (4) и (6), а срок хранения с учетом коэффициента резервирования - согласно формуле (5).

В результате получено: среднестатистический срок хранения меди в закрытых помещениях T_av=51,0 лет; срок хранения меди в закрытых помещениях с учетом коэффициента резервирования T_cr=23,7 лет.

Способ прогнозирования сроков хранения цветных металлов (меди, никеля, алюминия, свинца, олова, цинка, кобальта) в закрытых помещениях предусматривает проведение ускоренных лабораторных коррозионных испытаний металлов в течение года с ежемесячной регистрацией изменения веса образцов и состояния поверхности при различных температурно-влажностных режимах, в том числе и в условиях, близких к низкокоррозионным условиям хранения на складах; построение математической модели коррозии цветных металлов на основании полученных результатов лабораторных коррозионных испытаний и мировых статистических данных по коррозии вышеперечисленных металлов; определение по результатам коррозионных испытаний и металлографических исследований количественного критерия, характеризующего допустимые коррозионные потери, не снижающие качественное состояние поверхности металлов; прогнозирование сроков хранения по построенной модели с использованием установленного критерия ухудшения состояния поверхности металла и коэффициента резервирования, учитывающего возможные вариации коррозионных факторов.

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к защите металла от коррозии. Способ оценки защитной эффективности композиций, ингибирующих коррозионное растрескивание под напряжением (КРН) трубных сталей и используемых в составе защитных покрытий трубопроводов, предназначенных для транспортировки природного газа, в котором выбирают фрагмент стальной трубы, вырезают образцы цилиндрической формы и модельные образцы прямоугольной формы с пропилом на поверхности.

Камера соляного тумана // 2770386

Изобретение относится к испытательной технике в области климатических исследований и может быть использовано для испытания изделий, материалов или покрытий с целью определения их коррозионной стойкости. Предложена камера соляного тумана, содержащая рабочий объем, в котором размещены генератор тумана с пьезоэлементом, установленный на параллелограммном механизме, с закрепленным на нем отражателем и соединенный с трубопроводом для подачи рабочего раствора, контуры ускоренного и основного обогрева, расположенные под теплоизолирующим элементом, охватывающие весь рабочий объем, за исключением полусферической теплоизолированной крышки камеры, ко дну рабочего объема подсоединен сливной трубопровод, при этом камера оснащена устройством для перекачивания соляного тумана из рабочего объема, содержащим не менее трех последовательно расположенных, отделенных друг от друга отсеков с жидкостью, через которые проходят не менее трех опущенных в жидкость трубок, на концах которых расположены мелкодисперсные сетки, с возможностью удаления очищенного воздуха из камеры через мембранный вакуумный насос.

Способ оценки стойкости трубопроводных сталей к "канавочной" коррозии // 2757634

Изобретение относится к области защиты от коррозии промысловых нефтепроводов, работающих под одновременным воздействием агрессивной среды, механических напряжений и абразивных частиц, и может быть использовано для оценки стойкости трубопроводных сталей к "канавочной" или "ручейковой" коррозии. Способ включает изготовление пластины из анализируемой стали, изгиб пластины в скобе до необходимой стрелы прогиба, при этом длина и остаточная стрела прогиба пластины берутся в соотношении, которое обеспечивает возникновение в средней точке пластины уровня остаточных напряжений, имеющего место в трубопроводе, в средней точке пластины с внутренней стороны поперек длины наносится округлый надрез радиусом 0,5 мм и глубиной до 0,3 мм, установку пластины в горизонтальном положении стороной с надрезом вниз в термостат с агрессивной средой, в качестве которой используют водный раствор NaCl концентрации от 2 до 3%, проведение термостатирования при температуре от 55 до 65°С в течение от 5 до 50 часов с подачей потока воздуха к месту надреза и фиксацией времени выдержки, при этом поверхность пластины вокруг надреза покрывают защитным лаком, который перед измерениями удаляют, а глубину надреза до Нi и после Нi* воздействия среды определяют в n ≥10 точках по его длине, при этом пластину размещают под оптическим микроскопом и проводят измерение тонкой фокусировкой расстояния между дном надреза и поверхностью пластины, затем определяют изменение глубины надреза ΔНi в каждой точке, как ΔНi = Нi* - Нi, в результате коррозионного воздействия среды, далее определяют среднее изменение ΔНср, как ΔНср = ΣΔНi / n и рассчитывают скорость коррозии по формуле К = (ΔНср / t) 8760 [мм/год], где ΔНср, мм, t - время термостатирования, час, 8760 - число часов в году.

Контроль обработки промышленной воды с помощью цифровых изображений // 2757351

Изобретение относится к способам анализа коррозии в промышленной системе. Способ анализа подложки, соприкасающейся с флюидом, присутствующим в промышленной системе, включает создание цифрового изображения подложки, когда указанная подложка соприкасается с флюидом, присутствующим в промышленной системе, определение изучаемого участка на цифровом изображении указанной подложки, идентификацию признаков коррозии на изучаемом участке цифрового изображения указанной подложки, и анализ признаков коррозии на изучаемом участке цифрового изображения указанной подложки.

Метод и устройство фиксации образцов-свидетелей для определения скорости коррозии на разных глубинах насосно-компрессорных труб // 2752377

Изобретение относится к области эксплуатации скважин газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений и может быть использовано для определения фактической скорости коррозии металла в различных интервалах насосно-компрессионных труб без остановки работы скважины. Способ определения фактической скорости коррозии металла в интервалах максимального коррозионного воздействия включает подготовку и взвешивание образцов-свидетелей коррозии, крепление образцов-свидетелей при помощи болта крепления к металлическому стержню цилиндрической формы с углублениями, вкручивание металлического стержня при помощи резьбового крепления в автоотцеп и опускание на заданную глубину в колонну насосно-компрессорных труб, извлечение по истечении заданного времени автоотцепа с прикрепленным к нему металлическим стержнем с образцами-свидетелями коррозии из насосно-компрессорных труб и определение по образцам-свидетелям коррозии гравиметрическим методом фактической скорости коррозии, при этом установка образцов-свидетелей коррозии производится без остановки работы скважины.

Контролирующее устройство и способ контроля коррозии проволочной сетки // 2748582

Изобретение относится к контролирующему устройству и способу контроля коррозии проволочной сетки. Контролирующее устройство для проволочной сетки, прежде всего для защитной сетки для стабилизации, перехвата, и/или улавливания, и/или удержания тяжелых грузов имеет по меньшей мере два входящих в зацепление друг с другом сеточных элемента, из которых по меньшей мере один сеточный элемент изготовлен по меньшей мере из одной отдельной проволоки, пучка проволок, проволочной пряди, проволочного троса и/или другого продольного элемента, по меньшей мере с одной проволокой, прежде всего изготовленной из высокопрочной стали, отличающееся наличием по меньшей мере одного блока контроля коррозии, который предусмотрен для контроля по меньшей мере одного индикатора коррозии, включающего в себя по меньшей мере одну подверженную влиянию коррозии характеристику, индикативную в отношении коррозии защитной сетки, причем индикатор коррозии позволяет определять интенсивность и/или прогресс коррозии, а блок контроля коррозии имеет по меньшей мере один модуль передачи данных, выполненный, прежде всего, по меньшей мере, для выдачи обнаруженного индикатора коррозии.

Осуществление контроля за отложением // 2747834

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля уровня отложений. Системы потока текучей среды могут содержать один или несколько резистивных температурных датчиков (RTD), контактирующих с жидкостью, протекающей через систему.

Способ исследования скорости коррозии трубопровода // 2747078

Изобретение относится к устройствам для оценки скорости коррозионного износа внутренней стенки трубопроводов и технологического оборудования. Изобретение может быть использовано в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.

Способ ускоренного определения долговечности фильтрующих противогазов // 2746580

Изобретение относится к области исследования надежности технических систем, а именно к созданию экспериментальных способов ускоренных испытаний защитного снаряжения, в частности противогазов. В способе выполняют последовательные воздействия на противогазы климатических факторов, вызывающие процессы старения лицевых частей и фильтрующе-поглощающих коробок, а также механических факторов, вызывающие процессы накопления повреждений в элементах конструкции противогазов и их износа и включающие механические удары, надевание и снятие противогазов.

Способ определения скорости коррозии переходных металлов в кислородсодержащих средах // 2745243

Изобретение относится к области испытаний материалов и может быть использовано для определения скорости коррозии переходных металлов кислородсодержащих средах, когда продукты коррозии находятся в твердом агрегатном состоянии. Способ определения скорости коррозии переходных металлов в кислородсодержащих средах включает в себя размещение образца в коррозионной среде и выдерживание в ней в течение времени t, после извлечения образца из коррозионной среды на нем выбирают участок вдоль фронта окисления образца без отслоений продуктов коррозии и осуществляют его локальный количественный спектральный анализ, при помощи которого находят распределение весового содержания интегрированной массовой доли металла, химически связанного с кислородом, и массы кислорода, вступившего в химическое взаимодействие с металлом, а среднюю скорость коррозии К вычисляют по формуле K=[n⋅mO2/(1-n)]/t⋅S, где n - распределение весового содержания интегрированной массовой доли металла, химически связанного с кислородом; mO2 - распределение массы кислорода, вступившего в химическое взаимодействие с металлом; S - площадь поверхности образца; t - время выдержки образца в кислородсодержащей среде.

Способ испытания высокотемпературной газовой коррозии, абразивной и температурной стойкости материалов и покрытий газотурбинных двигателей в высокоскоростных газовых потоках относится к области аэрокосмического и энергетического машиностроения и может использоваться для нанесения регламентированных коррозионных повреждений, одновременных испытаний коррозионной, абразивной и температурной стойкости материалов и сплавов в среде продуктов сгорания жидких и/или газовых топлив, загрязненных оксидами серы, углерода, азота, пылью, парами воды, хлористым водородом, солями и другими коррозионно-активными агентами. Предложен способ испытания высокотемпературной газовой коррозии, абразивной и температурной стойкости материалов и покрытий газотурбинных двигателей в высокоскоростных газовых потоках, включающий размещение исследуемых образцов во вращающейся кассете, которая вращается с заданной скоростью и снабжена коллектором ввода охлаждающего воздуха, подачу и регулирование расхода горючего газа в реакторе, подачу и регулирование расхода воздуха для охлаждения исследуемых образцов снаружи и по внутренним каналам посредством системы распределения сжатого воздуха, подающей воздух, необходимый для внутреннего охлаждения образцов, внутрь вращающейся кассеты, и холодный воздух на поверхность исследуемых образцов, ввод абразивных частиц в солевой раствор, который далее впрыскивают в реактор, ввод и вывод исследуемых образцов в факел пламени посредством серверного электродвигателя с приводом, размещенного на подвижной платформе, передвигающейся по рельсам, расположенным перпендикулярно потоку пламени. Причем ход привода задан таким образом, чтобы исследуемые образцы в одном крайнем положении находились в зоне нагрева, а в другом - в зоне охлаждения. При этом для испытаний при высоких температурах в качестве горючего газа используют один из газов - пропан, водород или ацетилен, а абразивные частицы представляют собой измельченные порошки диоксида кремния и/или корунда и/или железа и/или вулканического пепла. Технический результат - обеспечение возможностей нанесения регламентированных коррозионных повреждений, одновременных испытаний коррозионной, абразивной и температурной стойкости в диапазоне 500-2350°С образцов сплавов, в том числе лопаток газовых турбин, охлаждаемых по внутренним каналам воздухом, в среде высокоскоростных потоков продуктов сгорания жидких и/или газовых топлив, загрязненных оксидами серы, углерода, азота, пылью, парами воды, хлористым водородом, солями и другими коррозионно-активными агентами. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.