Ювелирное обозрение

Общество не может развиваться без потребления. Для удовлетворения своих потребностей люди организуют хозяйственную деятельность. Основой этой деятельности является производство. Для функционирования производства необходимы аппараты, вспомогательное оборудование, коммуникации.

В современном мире численность населения Земли быстро возрастает. В 1850 г. оно составляло 1,2 млрд человек, к 1950 г. увеличилось до 2,5 млрд. человек, а к середине 1987 г. — до 5 млрд человек.

Соответственно растут и потребности людей, причем не пропорционально росту их численности, а более высокими темпами. Удовлетворить эти непрерывно умножающиеся потребности можно только за счет развития производства.

Так, если за последнюю четверть века население планеты возросло в 1,6 раза, то объемы основных производств — в 2-5 раз.

Необходимость в массовой транспортировке разнообразного сырья из районов добычи газо- и нефтепродуктов в районы потребления и переработки привело к строительству широкой сети коммуникаций.

Промышленность Российской Федерации имеет более 20000 предприятий с разнообразными технологиями производства.

Оборудование для них изготавливают на основе сплавов черных и цветных металлов, а также из природных или искусственных химически стойких материалов. Со временем оно стареет или разрушается вследствие коррозии. Это приносит не только большие экономические потери, но и приводит к глобальным экологическим катастрофам.

Экономический и экологический ущерб, наносимый нашей планете коррозией металлических изделий, оборудования и конструкций, неисчислим. В последние годы, например, только в Соединенных Штатах Америки ежегодные потери от коррозии составили 300 миллиардов долларов, что соответствует 6 % национального дохода всей страны.

В Российской Федерации ежегодные потери металлов из-за их коррозии составляют до 12 % общей массы металлофонда, что соответствует утрате до 30% ежегодно производимого металла. Кроме столь огромных связанных с коррозией прямых потерь, существуют еще большие косвенные потери. К ним относятся расходы, обусловленные потерей мощности металлического оборудования, его вынужденными простоями из-за аварий, а также расходы на ликвидацию последствий аварий, часто носящих характер экологических катастроф.

Как правило, металлическое изделие, пришедшее в негодность вследствие коррозионных разрушений, отправляют на переплавку. В этом случае общие потери будут включать безвозвратные потери металла, перешедшего в продукты коррозии, стоимость изготовления металлических изделий и косвенные потери. По статистическим данным безвозвратные потери составляют 8-12% от первоначальной массы металла. Стоимость изготовления металлических конструкций зачастую превосходит стоимость самого металла. К косвенным потерям относят расходы, связанные с отказом в работе металлического оборудования, с его простоями и ремонтом.

Суммарно в большинстве стран потери от коррозии составляют 4-6 % национального дохода.

Росту потерь от коррозии способствует постоянное интенсивное развитие наиболее металлоемких отраслей промышленности, например, энергетики (тепловой и атомной), транспорта (в том числе трубопроводного), металлургии, химической, нефтяной и нефтехимической промышленности и др., а также ужесточение условий эксплуатации металла как в промышленности, так и в городском хозяйстве. Все это указывает на исключительную важность проблемы борьбы с коррозией металлов, а следовательно, и на большую значимость развития научно-технических работ в данной области. Но главное, что определяет необходимость первоочередного решения проблемы научного подхода к поиску оптимальных путей противокоррозионной защиты металлов, связано с безвозвратностью затрат на борьбу с коррозией металлических изделий и конструкций и невосполнимостью израсходованных при этом земных ресурсов.

Химическая промышленность производит в настоящее время свыше 90 тысяч наименований разнообразных химических продуктов. Но лишь 1/5 от этого количества производится на основе всесторонних и действительно научных разработок. Технология производства около 80 % из них не оптимизирована.

Необходимо отметить, что создание самых совершенных машин и аппаратов не гарантирует их от разрушений. Повышение надежности, экологической безопасности технических систем предъявляет особо жесткие требования к качеству конструкций и монтажа.

В условиях несовершенства производства, нарушения технологий эксплуатации, износа оборудования вероятность отказов и аварий возрастает.

В настоящее время общий металлофонд Российской Федерации составляет 1,6 млрд т. Его распределение по отраслям промышленности представлено в табл. 1.1.

При этом 40—50 % машин и сооружений работает в агрессивных средах, 30 % — в слабо агрессивных, и только около 10 % не требует активной антикоррозионной защиты.

Степень удовлетворенности страны основными средствами защиты металлоконструкций существенно ниже необходимой. В частности, потребность в лакокрасочных покрытиях и ингибиторах удовлетворяется на половину, а в защите готового металлопроката, например, в трубах с покрытиями — менее чем на 30 %.

Наибольшие потери от коррозии несут топливно-энергетический комплекс (ТЭК), сельское хозяйство, химия и нефтехимия. Так, потери металла от коррозии составляют: в ТЭК—30%, химии и нефтехимии — 20 %, сельском хозяйстве — 15%, металлообработке — 5 %. В настоящее время проблема коррозии усугубляется резким старением основного металлофонда, физическим и моральным износом, совершенно недостаточной степенью возобновляемости и реновации (реконструкции, ремонта) (таблица 1.2).

Большая часть из 800 млн тонн потенциально опасных сварных конструкций выработала свой ресурс на 50-70%). Значительная часть сооружений исчерпала свой плановый ресурс и вступает в период интенсификации отказов.

Нефтегазовые сооружения (трубопроводные, магистральные и промысловые системы, несущие конструкции нефтеперерабатывающих заводов и т.д.) эксплуатируются в условиях воздействия добываемых, транспортируемых, перерабатываемых углеводородных продуктов и агрессивных коррозионных сред.

Анализ причин отказов и аварий нефтегазовых сооружений свидетельствует о превалирующем влиянии коррозионного фактора. В нефтедобывающей промышленности и транспорте нефти 70 % отказов произошло по причине коррозионных повреждений (таблица 1.3).

Для нахождения путей практического решения тех или иных задач, возникающих в результате коррозионного разрушения различных металлических объектов, необходимо, в первую очередь, знание законов такого разрушения, т.е. теории коррозии металлов. Это требует рассмотрения общих вопросов, к которым, кроме механизма коррозии металлов, следует отнести такие разделы, как:

• диагностика конструкций и оборудования потенциально опасных

производств и объектов;

оценка прочности и остаточного ресурса эксплуатируемых конструкций и оборудования объектов повышенной опасности;

разработка ресурсосберегающих технологий сварки и смежных процессов для повышения надежности работы конструкций;

сертификация и нормирование, как основа обеспечения качества оборудования;

экологические и социально-экономические проблемы обеспечения надежности эксплуатации потенциально опасных объектов.

Целевым назначением описываемых в учебнике материалов указанных направлений является изложение научных основ коррозии металлов и способов практического использования этих основ при выборе и реализации оптимальных путей противокоррозионной защиты металлических изделий и конструкций.

Проблема коррозии – это не только проблема повышения эксплуатационной надежности и долговечности металлических изделий, но и проблема экономически выгодного использования земных ресурсов и материальных средств. Она тесно связана с экологическими проблемами, так как в процессе коррозионного разрушения происходит значительное загрязнение окружающей среды, как продуктами коррозии металла, так и вследствие проливов технологических сред при коррозионных отказах.

Экономический и экологический ущерб, наносимый нашей планете коррозией металлических изделий, оборудования и конструкций неисчислим. В последние годы, например, только в США ежегодные потери от коррозии составили 300 млрд. долларов, что соответствует 6 % национального дохода страны.

Увеличение металлофонда заметно повысило и уровень потерь, вызванных коррозией. Так, металлофонд земной цивилизации оценивается в 3 млрд. т. Вследствие коррозионного воздействия ежегодно окисляется и практически безвозвратно теряется для человечества 50 млн. т. металла. В РФ ежегодные потери металла из-за их коррозии составляют до 12 % массы металлофонда, что соответствует утрате до 30 % ежегодно производимого металла.

Из общих затрат на капитальный ремонт объемы работ, связанные с устранением коррозионного разрушения, по трубопроводному транспорту составляют около 90%, по нефтедобыче – от 50 до 85, по химической промышленности – 45, по нефтеперерабатывающей – 30, по морскому флоту – 25%. Любое нарушение герметичности газопровода, ядерного или химического реактора из-за коррозионных повреждений может привести к выбросу в атмосферу токсичных веществ, способствующих росту коррозионной активности среды.

Однако аварийный выброс веществ не является единственным видом воздействия коррозии на экологию. Так, выплавка 20-25 млн. т. стали, сопровождается выбросом в окружающую среду до 1 млн. т. пыли, 600-700 тыс. т. сернистого ангидрида и до 1 млн. т. оксида углерода. Кроме того, большое количество природных вод загрязняется отходами металлургического производства, что существенно повышает их агрессивность. Особого внимания заслуживают гигантские выбросы диоксида серы, так как скорость коррозии металлов приблизительно пропорциональна концентрации SO2в атмосфере. Так, в результате воздействия окружающей среды в нашей стране ежегодно выходят из строя 4 % общего объема железобетонных конструкций, или 2,5-5,0 млн. м3. При этом стальная арматура, на которую расходуется около 15 млн. т. проката в год, разрушается практически полностью. В США ежегодные потери стали из-за коррозии автомобильных кузовов составляют 11 млн. тонн.

Огромный ущерб может наносить и рассеивание соединений металлов в окружающую среду, также в значительной мере из-за коррозии. Так, превышение норм предельно допустимой концентрации таких металлов, как свинец, кадмий и другие, может привести к последствиям, экологические аспекты которых оценить на данном этапе не представляется возможным.

Потери металлов вследствие коррозии и рассеивания во всем мире в настоящее время составляют: железа около 25%, свинца – 12, ртути – 40%. Поэтому содержание различных металлов в почве и водах за последние полвека увеличилось от 2 до 200 раз.

Различают прямые и косвенные экономические потери. Под прямыми потерями понимают стоимость замены вышедших из строя вследствие коррозии конструкций и машин с учетом безвозвратных потерь металла в виде продуктов коррозии. Косвенные потери определяются отказами работы оборудования и включают в себя стоимость ремонта оборудования и его простоя, понижение качества продукции и ущерб от загрязнения окружающей среды при авариях, например, нефте- и газопроводов. Косвенные потери значительно превышают прямые потери от коррозии металлов. Известно, что 15-30% потерь можно избежать, используя современные средства противокоррозионной защиты.

Дата добавления: 2014-11-10 ; просмотров: 2033 . Нарушение авторских прав

Класс: 9

Цели урока:

• Сформировать понятие о коррозии металлов.
• Рассмотреть классификацию различных видов коррозии.
• Предложить способы защиты металлических изделий от коррозии.
• Рассмотреть влияние коррозии на здоровье человека.
• Рассмотреть экологические проблемы, связанные с коррозией металлов.

Проектор, экран, презентация, схема перемещения нефти в водоёме, карточки с вопросами.

Ход урока

В начале урока учащиеся были разделены на 4 группы.

Блестящий гвоздь
Лежал в пыли дороги.
Весенний дождь
Полил его немного.
…Но время шло неумолимо,
И солнце на него светило,
И дождь, и снег, и ветер дул,
И разница температур…
И из блестящего красавца
Он превратился в кучку праха…

– Как вы думаете, о каком процессе говорится в этом стихотворении?

– Правильно, о коррозии металла.

– Тема нашего урока “Коррозия металлов. Экологические проблемы, связанные с ней”. (Слайд 2)

Давайте же разберёмся что такое коррозия. (Слайд 3)

Коррозия – это самопроизвольное разрушение металлов и их сплавов под действием окружающей среды. Запишите пожалуйста это определение себе в тетради.

Как же проходит ржавление железа? Давайте разберём уравнения реакций.

(Слайд 4)

Теперь давайте разберём условия, влияющие на скорость коррозии. (Слайд 5)

1. Температура – чем выше температура, тем больше скорость коррозии.
2. Активность контактирующего металла – из 2-х металлов корродирует более активный. Чем дальше металлы друг от друга в электрохимическом ряду напряжения, тем больше скорость коррозии.
3. Состав среды.
   А) Чем больше в окружающей среде содержится окислителей, тем выше скорость коррозии.
   Б) Ионы Cl – усиливают коррозию железа, а OH – – ослабляют.

Какие же виды коррозии бывают? (Слайд 6)

1. Химическая – взаимодействие металлов с сухими газами или жидкостями, которые не проводят электрический ток. Происходит в печах, двигателях внутреннего сгорания.
2. Электрохимическая – все случаи коррозии в растворах электролитов и в присутствии воды.

Подвергаются корпуса морских судов, трубопроводы и т.д.

Теперь нам необходимо разобрать способы защиты от коррозии. (Слайд 7)

1. Изоляция от окружающей среды. Нанесение защитных покрытий. Различают покрытия 2-х типов: металлические и неметаллические. К неметаллическим относятся: лаки, краски, эмали. К металлическим – хром, никель, цинк, олово.
2. Использование сплавов, устойчивых к воздействию коррозии, т.е. содержащих хром, алюминий, никель, титан.
3. Изменение состава среды:
   А) введение ингибиторов коррозии (веществ, уменьшающих скорость коррозии);
   Б) удаление растворённого в воде воздуха.
4. Электрохимические методы защиты: протекторная и катодная защита.
   А) Протекторная защита. К защищаемому металлу присоединяют кусок более активного металла (протектор), который и будет корродировать.
   Б) Катодная защита. Металлоконструкция подсоединяется к катоду внешнего источника, поэтому на ней идёт процесс восстановления, а не окисления.

– Какие же последствия коррозии могут быть?

(Учащиеся отвечают на этот вопрос.)

Все ваши ответы можно разделить на 2 группы: экологический ущерб и экономический.

Экономический ущерб:

• потеря металла;
• порча оборудования;
• затраты на ремонт.
• экологический ущерб:
• утечка газа при разрушении трубопроводов;
• утечка нефти при разрушении трубопроводов.

Давайте более детально рассмотрим, какой же экологический ущерб водоёмам наносит утечка нефти. (Слайд 9)

Выделяют 5 типов воздействия нефти на морские экосистемы:

• непосредственное отравление живых организмов с летальным исходом; (Слайд10)
• нарушения физиологической активности у гидробионтов; (Слайд 11)
• эффект прямого обволакивания нефтепродуктами живого организма; (Слайд 12)
• болезни, вызванные попаданием в организм углеводородов;
• негативные изменения в среде обитания. (Слайд 13)

– На столах у вас лежат схемы “Основные пути превращения и перемещения нефти в водоёме”. (Приложение 1, Слайд 14)

Давайте на них посмотрим и разберём, что же происходит с нефтью, после её попадания в водоём.
В водоёмах нефть и нефтепродукты скапливаются первоначально в поверхностной плёнке, однако затем при перемешивании воды частично растворяются или оседают на дно. Аэробные бактерии окисляют нефтепродукты до нетоксичных соединений (в конечном итоге до углекислого газа и воды).
Но эти процессы идут очень медленно и лишь при определённых условиях (достаточной концентрации кислорода и температуры воды не ниже 5-10 0 С).
Легколетучие низкомолекулярные компоненты нефтяного загрязнения испаряются с поверхности плёнки и могут, значительно загрязнить локальную область тропосферы.
Предельно допустимые концентрации для паров нефти 10мг/м 3 ; выше этих значений загрязнения нефтепродуктами могут вызвать болезни органов дыхания и нервной системы человека.
В пресноводных водоёмах летальной концентрацией нефтепродуктов для взрослых особей рыб являются значения около 10-15 мг/л, а при значительно более низких концентрациях (0,05 – 1 мг/л) гибнут икра и мальки, а так же планктон.
– Как вы думаете, как скажется гибель планктона на обитателей водоёма?
– Правильно, начнётся борьба за пищу, т.к. планктон это кормовая база рыб.

А теперь я хочу предложить вам работу в группах. Для каждой группы я приготовила карточки с вопросами. (Приложение 2).

Рассмотрев схему “Основные пути превращения и перемещения нефти в водоёме”, подумайте над вопросами, которые записаны у вас на карточках. И потом выскажите свои предложения, и мы все вместе обсудим и дополним. (Слайд 15)

Работа в группах закончена, подведены итоги работы.

– Мы с вами сейчас уделили большое внимание проблеме загрязнения водоёма нефтью, вы предложили способы очистки воды и берегов водоёма, а так же рассмотрели влияние нефти на живые организмы водоёма и прибрежных зон и человека.

– Скажите пожалуйста, к каким ещё экологическим проблемам может привести коррозия металлов?

Учащиеся отвечают на поставленный вопрос.

– Правильно. Из-за повреждения трубопровода в результате коррозии может произойти утечка газа. Это может привести к взрыву, сгоранию живых организмов и загрязнению атмосферы.

– А только ли сама коррозия металлов может наносить вред окружающей среде и человеку?

Учащиеся отвечают на поставленный вопрос.

– Да, конечно. При производстве лаков, красок и эмалей (для защиты металлов от коррозии) происходит выделение вредных газов в атмосферу. Это вредное производство, на котором люди работают в защитных масках, чтобы не отравить свой организм.

Например, для предохранения железа от коррозии проводят кадмирование железа. Кадмий – металл очень токсичный. Известны случаи смертельного отравления парами кадмия и его соединений. Симптомы кадмиевого отравления: поражение нервной системы, острые костные боли. Кадмий влияет на кровяное давление, может являться причиной образования камней в почках. В почках он накапливается особенно интенсивно.

Опасность представляют любые химические формы кадмия. Одноразовая доза 30-40 мг может стать для человека смертельной. У кадмия велико время удержания: выводится всего лишь около 0,1 % от полученной дозы в сутки.

При производстве холодильных установок используют бромид лития для предотвращения коррозии в них. А бром очень ядовит.

И так, мы с вами сегодня разобрали такую тему, как “Коррозия металлов” и уделили огромное внимание проблеме загрязнения водоёма нефтью в случае её утечки в результате коррозии нефтяных труб. Так же увидели, что не только сама коррозия может привести к экологическим проблемам, но так же и способы защиты от неё, могут сместить экологическое равновесие и отрицательно повлиять на человека.

Домашнее задание §10, подготовить презентацию на тему “Экологические проблемы, связанные с коррозией металлов”.