CC BY
72
УДК 620.197
Евгений Лисунов,
доктор технических наук, профессор,
Евгений Миронов,
кандидат технических наук, доцент,
Александр Гладцын,
кандидат экономических наук, доцент,
Татьяна Курникова,
преподаватель,
Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Нижегородская область, г. Княгинино
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ХРАНЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОТЕКТОРНОЙ ЗАЩИТЫ
Сельскохозяйственное производство страны располагает значительным парком машин, орудий и механизмов, для поддержания которого в работоспособном состоянии необходимы передовые методы противокоррозионной защиты техники. Одним из таких методов является протекторная защита, которая широко применяется для защиты нефтегазового оборудования, судов, строительных и других конструкций. В работе рассмотрены преимущества, принцип действия и возможность использования магниевых протекторов как средства дополнительной защиты сельскохозяйственной техники в период хранения.
S u m m a r y
Agriculture has a significant fleet of machines, tools and mechanisms, to maintain which in the healthy condition necessary advanced methods of corrosion protection technology. One of these methods is the cathodic protection, which is widely used to protect oil and gas equipment, vessels, building and other structures. The paper discusses the advantages, principle of operation and the possibility of using magnesium protectors as a means of additional protection of agricultural machinery during storage.
Ключевые слова: анод, протекторная защита, коррозия, электрохимический потенциал, сельскохозяйственная техника, хранение. Keywords: anode, cathodic protection, corrosion, electrochemical potential, agricultural machinery, storage.
Введение
Протекторная защита в качестве метода борьбы с электрохимической коррозией известна достаточно давно и в настоящее время широко применяется в нефтегазовой индустрии, судостроении, машиностроении и других областях [1, 2, 3]. Однако ее применение в агропромышленном комплексе ограничивается кругом нерешенных вопросов, связанных, в частности, с подбором протектора в зависимости от электрохимических характеристик сталей, свойствах окружающей среды, форме и размерах защищаемого оборудования, параметров защиты для конкретных условий хранения машин.
Экспериментальная база,
ход исследования
При эксплуатации и хранении сельскохозяйственной техники основными местами локализации коррозионных повреждений являются стыковые, болтовые и сварочные соединения [4, 5]. Влага, попадая на поверхность машины, с легкостью проникает в зазоры и трещины стыковых и сварных соединений и удерживается в них длительное время, что приводит к возникновению в них растущих очагов коррозионного поражения. Со временем
лакокрасочное покрытие начинает набухать, отслаиваться и становится проницаемым. Агрессивное действие влаги внутри щелей и зазоров — основная причина возникновения электрохимической коррозии [6, 7].
Даже при использовании крытых навесов при длительном хранении (рис. 1 а, б) и при нанесении защитных составов рабочие органы сельскохозяйственной техники, ее рабочие поверхности подвергаются воздействию электрохимической коррозии (рис. 1 в, г). Поэтому одним из путей предотвращения ее развития является применение комплекса мер, который будет включать технологию хранения под навесами, нанесение противокоррозионных защитных составов [8, 9] и применение протекторов.
Принцип работы протекторной защиты состоит в превращении всей поверхности металла в единый катод, а анодом будет являться более электроотрицательный металл, подсоединенный к защищаемой конструкции, который называют «протектором». Электрический ток в этом случае получается вследствие работы гальванической пары протектор — металл [1].
Эффективность ее использования заключается в том, что она поляризует сталь
до безопасного потенциала за счет самоокисления, что снижает активность коррозии основного металла.
Защита сельскохозяйственной техники заключается в следующем: по всей ее длине (рис. 2) размещают анодные элементы (протекторы) из материала, имеющего более высокий электрохимический потенциал по отношению к основному материалу.
Металлы, контактирующие друг с другом и имеющие разные потенциалы, образуют в присутствии влаги микрогальванические пары. При этом изменяется скорость коррозии, которая имела место до появления контакта между ними. Металлы с более отрицательными потенциалами становятся в этих системах анодами и начинают разрушаться со значительно большими скоростями. Металлы с менее отрицательными или с положительными потенциалами растворяются с меньшими скоростями, так как играют роль катодов. Скорость разрушения анода зависит от разности потенциалов контактирующих металлов [3].
К протекторным установкам предъявляются следующие основные технические требования:
1. Максимальное количество электрической энергии с единицы веса.
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 5/2016
www.mshj.ru
НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННЫМ КОМПЛЕКСОМ
Ш
2. Минимальное саморастворение материала.
3. Максимальная ЭДС в контакте протектор — защищаемый металл.
4. Максимальный срок службы.
5. Максимальная экономическая эффективность электрохимической защиты.
В качестве основных материалов для изготовления протекторов используются магний, алюминий и цинк [10]. Основные физико-химические свойства этих металлов представлены в таблице 1.
Из сопоставления свойств указанных металлов видно, что магний обладает наибольшей из рассматриваемых элементов электродвижущей силой.
В то же время одной из наиболее важных практических характеристик протекторов является коэффициент полезного действия, показывающий долю их массы, использованной на получение электрической энергии. КПД протекторов, изготовленных из магния и магниевых сплавов, редко превышают 50%, на основе цинка и алюминия КПД составляет 90% и более [3].
На практике в качестве гальванических анодов для защиты металлических объектов преимущественно используются протекторы, изготовленные не из чистого металла, а из его сплава определенного состава. Состав стандартных магниевых протекторов показан в таблице 2.
Как видно из таблицы 2, указанные сплавы преимущественно легируются двумя металлами: алюминием и цинком. Все остальные компоненты содержатся в сплавах в небольших количествах. Кроме этого следует отметить, что их микроструктура оказывает существенное влияние на их гальванические свойства, а также на повышение КПД магниевых анодов [3].
Результаты и обсуждение
Анализируя работы [1, 3] можно сделать вывод, что магниевые протекторы находят все более широкое применение в нефтегазовой индустрии. Однако преимущества от их использования дают теоретические предпосылки для оценки их возможного применения и в АПК.
Рис. 1. Хранение техники под навесом в ОАО «Нива» Лысковского района Нижегородской области
Рис. 2. Схема постановки плуга на длительное хранение
Основные физико-химические свойства Mg, Д! и Zn
Таблица 1
Показатели Mg Zn Д!
Атомная масса 24,3 65,4 27,0
Плотность, г/см3 1,74 7,10 2,70
Температура плавления, °С 650 419,5 658,8
Теоретический электрохимический эквивалент, А ч/кг 2200 820 2960
Равновесный электрохимический потенциал, В -2,34 -0,76 -1,67
Состав протекторных сплавов вес., %
Таблица 2
Элемент Мг-1 Мл-2 Мл-3 Мл-4 Мл-5 Мл-6 Grade «А» Mg вЫе «В» Mg вЫе «С» Mg
Д < 0,05 < 0,10 2,5-3,5 5,7-7,0 7,5-9,0 9,0-10,2 5,0-7,0 5,3-6,7 5,3-6,7
Zn - < 0,05 0,5-1,5 2,0-3,0 0,2-0,8 0,6-1,2 2,5-3,5 2,5-3,5 2,0-4,0
Mn - 1,0-2,0 0,15-0,50 0,15-0,50 0,15-0,50 0,10-0,50 > 0,15 > 0,15 > 0,15
Si 0,04 0,10 0,25 0,25 0,25 0,25 < 0,10 < 0,30 < 0,10
Fe 0,04 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,003 0,003 0,003
& - 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,020 0,050 0,100
N - 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,002 0,003 0,003
Другие - - - - - - < 0,30 < 0,30 < 0,30
Mg баланс баланс баланс баланс баланс баланс баланс баланс баланс
МСХЖ — 60 лет!
- 49
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 5/2016
Атмосферная коррозия деталей сельскохозяйственной техники может возрасти в 10 и более раз при наличии различных агрессивных сред — удобрений, ядохимикатов, почвы и др. Для снижения коррозионного разрушения возможно использование организованных открытых площадок, навесов или закрытых помещений. Это позволяет снизить коррозионные потери машин, хранящихся на открытой площадке, в 1,4 раза, а в закрытом не отапливаемом помещении — в 8 раз [9].
Но и эти мероприятия не позволяют полностью исключить процесс коррозионного разрушения в процессе хранения техники, так как машины имеют большое количество внутренних рабочих поверхностей и микрозазоров, куда попадает атмосферная влага и вода при мойке. Применение впоследствии традиционных консерваци-онных материалов, таких как Литол, битумы, смазки ПВК и других, не обеспечивает надежной защиты, так как защитная пленка образуется преимущественно на поверхности сборочных единиц. Влага, оставшаяся в зазорах, трещинах и щелях под защитной пленкой, не может быстро испариться и через непродолжительное время начинает участвовать в протекании электрохимической коррозии. Образующиеся при этом продукты коррозии начинают «блокировать» подвижные соединения, нарушая их работоспособность.
Частично эту проблему можно решить применением двухстадийной технологии консервации, включающей процесс глубокой очистки деталей, их обработку водовытесняющими составами (например Ингибит-С), ингибирующими коррозию, с последующим нанесением обычных составов для наружной консервации. Однако из-за ограниченности в ресурсах в сельскохозяйственных организациях данная технология не нашла широкого применения.
В работе [7] приведены теоретические исследования Н.Д. Томашева и Г.К. Берук-штиса, которые предложили математическую модель влияния метеорологических параметров на скорость коррозии металлов, представляющую следующую зависимость:
КА = !Кд + !КВ + !К0
где КА — годовая скорость коррозийного разрушения металла;
!КД — суммарное воздействие коррозии под влиянием атмосферных осадков;
!КВ — суммарное коррозионное воздействие за период присутствия сконденсированной влаги на поверхности машины;
!КС — суммарное коррозионное воздействие за период присутствия осадков на поверхности машины.
При этом отмечается, что показатели !КВ и !КС определяются временем нахождения влаги на поверхности машины, которое в свою очередь зависит от скорости ветра, влажности и температуры окружающего воздуха. Интенсивность распространения коррозии под слоем снега и корки льда !КС несоизмеримо мала в сравнении с коррозионным воздействием при присутствии влаги на поверхности машины.
Исходя из этого, можно сделать вывод, что наибольшее коррозионное разрушение деталей машин в период хранения будет проходить не зимой при отрицательных температурах, а весной или осенью. Но если осенью техника может быть своевременно покрыта новыми защитными составами, то к весне они частично, а иногда и полностью, теряют свои защитные свойства и процесс коррозии достигает пика активности. Кроме того, в случае хранения техники на открытых площадках может наблюдаться неравномерный нагрев поверхности машины солнечной радиацией, в результате чего за счет разницы тепловых расширений возникают тепловые деформации и отслоения лакокрасочного материала, что способствует появлению очагов коррозионного разрушения. Устранить такие очаги можно только восстановлением слоя лакокрасочного материала, что не всегда представляется возможным, например, если покрытие разрушилось уже после постановки техники на хранение.
Как отмечает автор [7], эксплуатационная надежность сельскохозяйственных машин может быть обеспечена защитой мест интенсивного коррозионного разрушения, которыми являются стыковые и сварные соединения, и снижением воздействия солнечной радиации и влаги.
Таким образом, применение протекторной защиты, наряду с традиционными противокоррозионными мероприятиями, позволит снизить коррозионные разрушения деталей и обеспечить высокую сохранность техники. Однако следует учитывать, что протекторная защита очень требовательна к размещению и составу протекторов, и ошибки при их выборе или размещении приводят к резкому снижению их КПД. Поэтому дальнейшим продолжением данной работы будет являться изыскание методов решения данных проблем.
Выводы
В связи с поступлением в сельскохозяйственные организации дорогостоящей техники особо острой задачей становится ее поддержание в работоспособном состоянии в период всего срока эксплуатации. Одним из путей решения этой за-
дачи является использование широкого комплекса противокоррозионных мероприятий, в том числе и с применением протекторов. В связи с этим исследование возможности ее использования для защиты сельскохозяйственной техники от коррозии является актуальной научной и практической задачей.
Литература
1. Кац Н.Г., Коноваленко Д.В., Васильев С.В. Анализ разрушений магниевых протекторных сплавов // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: технические науки. 2015. № 4. С. 130-134.
2. Рожкова Д.С., Мильке А.А. Использование протекторов для защиты трубопроводов от коррозии // Проблемы геологии и освоения недр: Труды XVI Международного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного 110-летию со дня основания горно-геологического образования в Сибири, 2012. С. 430-431.
3. Фомин А.В., Другова И.А., Иванов Н.К., Притула В.В. Пути повышения эффективности защиты от коррозии с использованием магниевых протекторов // Трубопроводный транспорт: теория и практика. 2011. № 2 (24). С. 24-31.
4. Латышенок М.Б. Обоснование ресурсосберегающих технологических приемов и разработка средств механизации для подготовки сельскохозяйственной техники к длительному хранению : дис. ... д-ра техн. наук: 05.20.01, 05.20.03. Рязань, 1999. 332 с.
5. Миронов Е.Б., Лисунов Е.А., Гладцын А.Ю. Процесс образования и развития электрохимической коррозии сельскохозяйственной техники // Аграрный Вестник Верхневолжья. 2015. № 4. С. 49-52.
6. Северный А.Э. Сохраняемость и защита от коррозии сельскохозяйственной техники / ГОСНИТИ. М., 1993. 233 с.
7. Шемякин А.В. Совершенствование организации работ, связанных с хранением сельскохозяйственных машин в условиях малых и фермерских хозяйств : дис. . д-ра техн. наук: 05.20.03. Рязань, 2014. 296 с.
8. Миронов Е.Б., Косолапов В.В., Тарукин Е.М., Маслов М.М. Оценка консервационных материалов для защиты от коррозии рабочих органов сельскохозяйственной техники // Вестник НГИЭУ. Серия: технические науки. 2015. № 8 (51). С. 45-57.
9. Петрашев А.И. Совершенствование технологических процессов и ресурсосберегающих средств консервации сельскохозяйственной техники при хранении : дис. ... д-ра техн. наук: 05.20.03. Тамбов, 2007. 400 с.
10. Миронов Е.Б., Курникова Т.А. Протекторная защита как метод хранения сельскохозяйственной техники // Сельскохозяйственные науки и агропромышленный комплекс на рубеже веков. 2016. № 13. С. 32-36.
50 -
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 5/2016
www.mshj.ru
