Агрессивная среда – это природная или технологическая среда любого агрегатного состояния, способная вступать в химическое взаимодействие с окружающими ее материалами или конструкциями, приводя их в состояние, при котором они не могут в дальнейшем выполнять свое функциональное назначение.
Агрессивная среда должна рассматриваться в сочетании с материалом, поскольку для одного материала среда является агрессивной, для другого – неагрессивной (например, соляная кислота, которая по отношению к железу является агрессивной, а по отношению к стеклу – неагрессивной).
Группы (виды)
Агрессивная среда иначе называется коррозионно-активной средой. В зависимости от скорости коррозии эта среда делится на группы:
- весьма агрессивная – при скорости коррозии более 10 мм/год;
- сильно агрессивная – от 1 до 10 мм/год;
- агрессивная – от 0,1 до 1,0 мм/год;
- умеренно агрессивная – от 0,01 до 0,10 мм/год;
- малоагрессивная – от 0,001 до 0,010 мм/год;
- неагрессивная – менее 0,001 мм/год.
При воздействии агрессивной среды на технологические аппараты, резервуары и трубопроводы могут образовываться пирофорные вещества (например, сульфиды железа), которые при соприкосновении с воздухом (при опорожнении аппаратов) могут привести к пожару. Поэтому для обеспечения пожарной безопасности принципиальное значение имеет правильный выбор конструкционных материалов для технологических аппаратов.
Источник: Краткий справочник химика. Перельман В.И. – М., 1964.
Интернет-журнал «Науковедение» ISSN 2223-5167 http ://naukovedenie.ru/
Том 9, №1 (2017) http://naukovedenie.ru/vol9-1.php
URL статьи: http://naukovedenie.ru/PDF/41TVN117.pdf
Статья опубликована 23.02.2017
Ссылка для цитирования этой статьи:
УДК 622.002.5
Власов Сергей Геннадьевич
ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский технический университет», Россия, Иркутск1 Аспирант кафедры «Обогащение полезных ископаемых и охрана окружающей среды»
E-mail: vlas.serge2013@yandex.ru
Немчинова Нина Владимировна
ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский технический университет», Россия, Иркутск
Зелинская Елена Валентиновна
ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский технический университет», Россия, Иркутск Профессор кафедры «Обогащение полезных ископаемых и охрана окружающей среды»
Доктор технических наук E-mail: zelinskaelena@mail.ru РИНЦ: http://elibrary.ru/author profile.asp?id=158299
Характеристика агрессивной среды, воздействующей на надежность эксплуатации горного оборудования
Аннотация. В статье дана краткая характеристика кимберлитовых месторождений компании «АЛРОСА» как источника возникновения коррозионных разрушений основных металлосодержащих конструктивных узлов самоходного горного оборудования, а также стальной трубопроводной аппаратуры. Авторами приведен перечень основного оборудования, эксплуатируемого при добыче кимберлитовой руды, а также примеры разрушений металлических элементов оборудования рудника «Мир» в результате коррозии в подземных горных выработках. Также показано, что наибольшему износу из-за коррозионных процессов подвержены элементы горного оборудования, имеющие непосредственный контакт с рудничной атмосферой и агрессивной водной средой (в местах с высокой турбулентностью потоков) — задвижки, рабочие колеса центробежных насосов, штоки. В статье приведены данные об основных показателях агрессивности рассолов (концентрация основных микро- и макроэлементов, жесткость, кислотность) водоносного комплекса и о фактическом и нормативном сроках эксплуатации самоходного горного оборудования в настоящее время. Показано, что экономические потери из-за вышедших из строя благодаря коррозионному
1 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83
разрушению только трех видов элементов самоходного горного оборудования составил 133,266 млн. руб. в год.
Определены пути дальнейших исследований, направленных на повышение надежности эксплуатации подземного самоходного горного оборудования.
Ключевые слова: самоходное горное оборудование; водоносный горизонт; нормативный срок эксплуатации; коррозия
Введение
Повышение долговечности и надежности машин, оборудования и металлоконструкций, эксплуатируемых в горной промышленности, лежит в основе создания металлосберегающих технологий .
Наличие во вскрываемых при отработке месторождений водах солей металлов приводит к ряду негативных последствий при эксплуатации оборудования (в частности, в алмазодобывающей промышленности). Одним из них является уменьшение срока службы машин и СГО из-за интенсификации процесса коррозии металлических изделий под воздействием электролитов (растворенных в шахтных и карьерных водах солей) и паров вредных соединений, присутствующих в рудничной атмосфере.
В связи с этим исследования, направленные на анализ протекающих коррозионных процессов и поиск путей повышения надежности эксплуатации СГО и других металлосодержащих узлов и элементов, являются актуальными.
Характеристика месторождения «Мир»
Рудник «Мир» расположен в Мирнинском районе Республики Саха (Якутия) на левобережье р. Ирелях в черте г. Мирный. В экономическом отношении трубка «Мир» расположена в промышленно освоенном районе Якутской алмазоносной провинции, где функционирует Мирнинский горно-обогатительный комбинат с развитой производственной и социальной инфраструктурой .
Кимберлитовое месторождение «Мир» разрабатывается открытым способом с 1958 г., представлено трубообразным субвертикально падающим рудным телом, в поперечном сечении близким к эллипсу с размерами малой и большой полуоси 140 на 300 м (рисунок 1, ). С глубиной площадь поперечного сечения трубки уменьшается, и форма ее усложняется, приобретая удлиненно-овальные очертания. Рудное тело характеризуется средней степенью трещиноватости, трещины залечены галитом и сульфатами.
Кимберлиты нижних горизонтов относятся к породам малопрочным и средней прочности. Прочность кимберлитов на сжатие изменяется от 15 МПа до 49 МПа, составляя в среднем 26 МПа. Коэффициент крепости (ф) по шкале проф. Протодъяконова — 2-5. Плотность руды — 2,52 т/м3. Коэффициент разрыхления кимберлитов, определенный по верхним горизонтам, в среднем составляет 1.7.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
долериты — 40 МПа). Наличие прослоев мергелей, ангидритов, соли снижает прочность массива пород. Отложения метегеро-ичерской свит характеризуются повышенной трещиноватостью (до 10 трещин на 1 м). Отложения чарской свиты относятся к слаботрещиноватым (до 2 трещин на 1 м), олекминской и толбачанской свит — к среднетрещиноватым (до 5 трещин на 1 м). Соленасыщенность отложений чарской свиты составляет 60-65% от мощности разреза, толбачанской — 32-42% .
Месторождение является опасным по выделению метана и его гомологов, а также по нефтебитумопроявлениям.
Источником газов в породах является выделение их из рассолов и нефти, а также из каверн и трещин. Наиболее газоносными являются породы толбачанской свиты. Четко выделяются два типа газов: сероводородо-азотно-метановые, приуроченные к метегеро-ичерскому водоносному комплексу, и метановые, приуроченные ко всей толще пород, залегающих ниже водоносного комплекса. Максимальная общая газоносность пород в интервалах пластов-коллекторов составляет 10 м3/м3. Газоносность пород проявляется при дроблении в процессе их проходки и отбойки. Остаточная газоносность характеризуется следующими величинами:
• для чарской свиты в среднем — 0,17 м3/м3;
• для олекминской свиты — 0,28 м3/м3;
• для толбачанской свиты — 0,16 м3/м3.
Нефтебитумопроявления прослежены до глубины 1200 м и отмечаются в метегеро-ичерской толще, прослоях чарской свиты, в олекминской свите (840-900 м) и в межслоевых пластах глубже 1000 м. Масштаб нефтебитумопроявлений в кимберлитах и их газоносность значительно меньше, чем во вмещающих породах. Одним из основных условий безопасной
Характеристика водоносного горизонта
Месторождение характеризуется весьма сложными гидрогеологическими условиями, что в первую очередь связано с наличием в толще массива пород мощного водоносного горизонта. Основной водоносный комплекс приурочен к породам метегерской и ичерской свит. Кровлей водоносного комплекса является граница многолетнемерзлых пород верхоленской свиты. Абсолютная отметка кровли минус 5 … плюс 20 м. Подошва горизонта находится на абсолютной отметке минус 130 … 150 м. абс. Общая мощность водоносного комплекса составляет порядка 150 м. Подземные воды метегеро-ичерского комплекса имеют хлоридно-натриевый состав содержат растворенные газы, общая минерализация составляет 85-130 г/дм3.
Осложняющим фактором эксплуатации СГО и трубопроводов является присутствие в рассолах сероводорода.
Наличие сероводорода в пластовых водах было установлено еще при предварительных геологических исследованиях района разработки алмазных месторождений; кроме того, в результате тех же исследований, а также по данным, полученным при промышленном освоении основных кимберлитовых трубок в Мирнинском районе, было установлено, что в рассолах метегеро-ичерского горизонта содержатся также азот, метан, этан, углекислый газ, инертные газы. Максимальное содержание всех газов в целом составляет 0,2 м3/м3 (при массовых долях метана в среднем — 45-50%, азота — 35-45%, сероводорода — 0,8-1,0%).
Максимальное же содержание сероводорода, в частности, составляет до 160-180 мг/дм3 при температуре 0°С и общей минерализации 90-130 г/дм3. Содержание сероводорода колеблется от 25,0 до 136,0 мг/дм3 и находится в прямой зависимости от содержания сульфатов. Средние концентрации ШБ в рассолах за весь период наблюдений за функционированием системы водопонижения на карьере «Мир» составляют 100-120 мг/дм3 .
Содержание метана, выделяющегося из рассолов, колеблется в пределах 59-65%, а максимальное его содержание достигает 73,9% по объему. Из углеводородных газов, кроме метана, фиксируется этан, содержание которого составляет 0,3-2,2 %. По данным наблюдений в пробах присутствует также пропан (0,02-0,06%), других гомологов не обнаружено. Азот присутствует в количествах от 30 до 33%. Содержание углекислого газа составляет 0,1-0,4%. Водород присутствует в отдельных пробах с содержанием до сотых долей процента. (Его наличие объясняется взаимодействием сероводорода с металлом обсадных труб).
В составе газа зафиксирован водород содержанием в пределах 0,3-2,28%. Незначительная доля водорода образуется за счет техногенных процессов (в частности, за счет перфорации стволов скважин кислотой). Большая же часть водорода объясняется его присутствием во вмещающих нефтегазонасыщенных породах.
В подземные горные выработки рудника «Мир» максимальный приток сероводородсодержащих вод составляет около 1200 м3/час (при среднем значении 500-600 м3/час) . В настоящее время выполняются проектные решения по отработке подземным способом разведанных запасов. Мониторинг содержания сероводорода в пластовых водах, просачивающихся в подземные выработки данного рудника, показал некоторое снижение его концентрации до 50-90 мг/дм3 (в среднем). Тем не менее, даже такая незначительная концентрации сероводорода представляет собой серьезную угрозу безопасности проведения подземных горных работ в горных выработках на месторождениях рудников «Мир» и «Интернациональный», а также ведет к сокращению нормативного срока эксплуатации подземного СГО, многократному увеличению затрат на содержание и безопасную эксплуатацию подземных горных выработок.
Перечень основного оборудования, эксплуатируемого при добыче кимберлитовой руды
Для проходки горноподготовительных выработок (ГПР) по пустой породе — хлориду натрия — эксплуатируется комбайновый комплекс: комбайн типа АМ-75 (или его модификации) фирмы «Alpine-Miner» (Австрия). Для отгрузки горной массы рассмотрено применение двух видов погрузочно-доставочных машин (ПДМ с дизельным приводом) типа ST-710 (или ST-14) и типа МТ-2010 фирмы «Atlas Сорсо» (Швеция).
Для проходки выработок ГПР по вмещающей породе (с крепостью / более 6) используется буровзрывной комплекс: буровая установка типа «Boomer Н282С» фирмы «Atlas Сорсо» (Швеция), отгрузка горной массы осуществляется аналогично, как и при комбайновой технологии проходки ГПР — ПДМ в двух модификациях.
Для бурения восстающих выработок вертикальной подготовки блока №2 эксплуатируется буровая установка «Роббинс 73АМ^С» фирмы «Atlas Сорсо» (Швеция).
Для бурения закладочных скважин используется буровая установка СММ-2А (США).
Для выполнения вспомогательных работ предусматривается использование вспомогательного доставочного оборудования с дизельным приводом:
• по доставке людей, материалов и оборудования — самоходная кассетная система «Мультимек» (машина-тягач) фирмы «№гтеЪ> (Финляндия), с кассетами по перевозке людей (30 чел.), грузовой, подъемной, самосвальной платформами, кассетой для перевозки ГСМ;
• для установки штангового крепления — крепеустановщик анкерной крепи (анкерная каретка) типа Roof Master 2.0 AR D/E фирмы «Mine Master» (Польша) или типа ЯоЬок H320 30С фирмы «Tamrock» (Финляндия);
• для навески сетки на контур выработки — самоходная кассетная система «МиШтес» (или «Мультимек» фирмы «Nоrmet» (Финляндия) или навеска с временных полков;
• для производства крепления набрызг-бетонной крепью — самоходная машина для торкретирования выработок типа «Spraymec 6050 W» или торкрет-установка типа «АЛИВА» фирмы «Nоrmet».
Для выполнения вспомогательных работ на очистных работах предусматривается использование вспомогательного доставочного оборудования с дизельным приводом типа самоходной кассетной системы «Мультимек», а также крепеустановщик анкерной крепи (анкерная каретка) типа «Roof Master» или «ЯоЬок H320 30С».
В настоящее время только на руднике «Мир» используется более 40 единиц СГО, элементы которого выполнены из различных сплавов, и десятки километров подземных коммуникаций (трубы и трубопроводная арматура), выполненных из стали. Подземное горное оборудование эксплуатируется в выработках II класса, опасных по горючим газам (зонах), в которых прогнозируется или выявлена возможность струйного или диффузионного выделения природных газов, в результате чего при проектных (паспортных) параметрах вентиляции может быстро образовываться газовая смесь с содержанием горючих газов в диапазоне 0,2-0,5 об. % и опасных по сероводороду. Срок службы капитальных подземных горных выработок составляет 15 лет.
В таблице 1 приведен перечень основного СГО в АК «АЛРОСА».
Таблица 1
Перечень основного СГО в АК «АЛРОСА» по состоянию на 01.10.2016 г. (сводные данные составлены авторами)
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Вид оборудования Модель Количество % Производитель Итого
МН-620 (АМ-105) 10 42 Sandvik
MR-360 (АМ-75) 11 46 Sandvik
Комбайны ЕВН-315 1 4 Shanxi Tiandi Coal Mining Machinery Co., Ltd 24
ЕВН-200 1 4 Joy Global
EBZ-200C 1 4 Joy Global
МТ-2010 9 29 Atlas Copco
Самосвалы PMKT 10000 14 45 Hermann Paus Maschinenfabrik GmbH 31
TH-320 8 26 Sandvik
ST-14 6 12 Atlas Copco
ST-1030 4 8 Atlas Copco
ST-7 3 6 Atlas Copco
ST-3,5 R 1 2 Atlas Copco
ST-2DR 1 2 Atlas Copco
Погрузочно- R1600G 1 2 Caterpillar
доставочные LF 10/11 7 14 GHH Fahrzeuge GmbH 51
машины LT-70 1 2 Joy Global
LH-410 12 24 Sandvik
LH-409E 9 18 Sandvik
SFL65 1 2 Schopf Maschinenbau GmbH
МПД-4 3 6 ООО «Майнер»
ПДМ 95-01 2 4 ЗАО «УралСпецМаш»
Boomer S1D 1 3 Atlas Copco
Boomer 282 5 14 Atlas Copco
Robbins 73RH 5 14 Atlas Copco
CMS1-2000/45 1 3 Jikai Equipment Manufacturing CO. Ltd
СММ-2А 5 14 Joy Global
Буровые DD-311 2 5 Sandvik 37
установки DD-410 3 8 Sandvik
DD-420-40C 8 22 Sandvik
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
DL-311-7 1 3 Sandvik
DL-420-7 2 5 Sandvik
НКР-100МВПА 4 11 АО «Кыштымское машиностроительное объединение»
Воздействие агрессивных газов разрушает оксидную пленку, выполняющую защитную функцию, на деталях оборудования. Даже при снижении концентрации ШБ до средних значений 50-90 мг/дм3 выделение сероводорода ведет к сокращению нормативного срока эксплуатации подземного СГО, многократному увеличению затрат на содержание и безопасную эксплуатацию капитальных подземных горных выработок.
Решением проблемы является создание рациональной системы нейтрализации воздействия компонентов агрессивной среды на основе разработки методики защиты СГО и других металлических элементов от коррозии.
Проводимые осмотры горного оборудования показали наличие дефектов, вызванных коррозией металлсодержащих деталей и узлов . Такие детали и элементы, как глушители, радиаторы охлаждения, теплообменники, фары, соты гидротрансформаторов, различные детали насосного оборудования и другие в значительной мере корродированы (рисунок 2). Исследования показали, что фактический срок службы может составлять в два с лишним раза меньше нормативного вследствие воздействия факторов агрессивной среды. Фактические
дополнительные затраты в месяц (в связи с заменой) на один вид оборудования — заглушки -составляют 4 440 тыс. руб.
Анализ полученных результатов показал, что наибольшему износу подвержены те элементы СГО, которые имеют непосредственный контакт с рудничной атмосферой и с агрессивной водной средой, причем там, где имеет место высокая турбулентность потоков. К таким элементам в первую очередь следует отнести насосы и трубопроводы.
Одними из наиболее уязвимых, с точки зрения снижения срока эксплуатации, являются основные конструктивные элементы дорогостоящего оборудования, изготовленные из сплавов цветных металлов; например, клапаны управления перемещением бурового станка марки СММ-2А (рисунок 3, ). Данные элементы являются двойными управляемыми запорными клапанами со встроенным челночным запорным клапаном для управления пружинным тормозом с гидравлическим растормаживанием. Эти два клапана регулируют выполнение функций рулевого управления установкой на основе метода бортовой передачи, при котором гусеницы должны поворачиваться при разной скорости и скользить (или немного проскальзывать) для того, чтобы установка повернулась в необходимую сторону.
а б в
Рисунок 2. Примеры разрушений металлических элементов оборудования рудника «Мир» в результате коррозии в подземных горных выработках: а — задвижка; б — рабочее колесо центробежного насоса; д — штоки после эксплуатации при различной продолжительности (фото авторов)
Рисунок 3. Клапан управления перемещением бурового станка СММ-2А, вышедший из строя в результате воздействия агрессивной среды (фото авторов)
Из-за выхода из строя клапанов управления перемещением по результатам проведенных в июле 2012 г. исследований буровые станки марки СММ-2А были заменены на новые (в
количестве 2-х штук). Эксплуатация данного оборудования проводилась в выработках II класса, опасных по горючим газам при проектных параметрах вентиляции.
В таблице 2 приведены данные о фактическом и нормативном сроках эксплуатации СГО в настоящее время.
Таблица 2
Анализ потерь при эксплуатации подземного горного оборудования в условиях
воздействия агрессивной среды
Наименование Срок эксплуатации, мес. Ориентировочная стоимость, тыс. руб. Количество, шт. Потери в год, млн. руб.
Нормативный Фактический
Задвижка, 0150 мм 36 6 80 400 53,3
Рабочее колесо центробежного секционного насоса 36 1 80 48 3,84
Буровой станок марки СММ-2А 13 9 38068 2 76,126
При транспортировке воды, содержащей сероводород, по металлическим (стальным) трубопроводам происходит их интенсивная коррозия в результате образования гальванической пары: сульфид железа (катод) — железо (анод) . Однако недостаточно полно изучены вопросы о воздействии составляющих агрессивной окружающей среды на срок эксплуатации горных машин и выборе методов защиты основных конструктивных элементов СГО от коррозии для повышения их надежности и увеличения срока службы.
В связи с этим основной задачей наших исследований явилось изучение конструкционных особенностей подземного СГО при работе в условиях агрессивного воздействия содержащихся в пластовых водах газов. При этом необходимо обратить особое внимание на элементы (узлы), в которых отдельные детали изготовлены из сплавов металлов и подвергаются коррозионному воздействию .
Состав агрессивной среды природных вод (рассолов)
Основным водоносным комплексом, влияющим на отработку месторождения трубки «Мир», на данный момент является надсолевой метегеро-ичерский водоносный комплекс.
Как было указано выше, подземные воды данного комплекса представлены хлоридными натриевыми рассолами с минерализацией в среднем от 90 до 130 г/дм3, хотя диапазон экстремальных значений намного шире. Общая минерализация воды в пределах комплекса возрастает с глубиной, составляя в статическом состоянии вблизи кровли 30-50, в средней части — 100-150, а в нижней — до 320 г/дм3.
Состав рассолов с ростом минерализации принципиально не меняется, происходит пропорциональное увеличение концентрации основных макро- и микроэлементов, что выражается в сохранении пределов изменения характеристических коэффициентов: гШ/гС1 = 0,92-1,0; гСа/гМ§ = 0,89-2,97; г804-100/гС1 = 2-17. Для рассолов комплекса характерно повышенное содержание сульфатов — до 5,00-6,55 г/дм3. Величина рН изменяется от 6,2 до 9,6. Рассолы относительно их минерализации обеднены микрокомпонентами. Относительно низкие концентрации микроэлементов, высокие содержания сульфатов, характерные гидрогеохимические коэффициенты подземных вод метегеро-ичерского водоносного комплекса являются типичными для рассолов выщелачивания надсолевых отложений платформенных артезианских бассейнов.
Рассолы метегеро-ичерского водоносного комплекса агрессивны по отношению к металлам и сплавам в любых условиях в связи с наличием в них сульфат-ионов. В основе их разрушающего действия лежат реакции образования растворимых компонентов. Показатели агрессивности существующих рассолов на месторождении приведены в таблице 3.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Таблица 3
Показатели агрессивности рассолов метегеро-ичерского водоносного комплекса (данные промышленно-санитарной лаборатории АК «Алроса», 2015 г.)
№ п/п Водоносный комплекс, горизонт рН мг/дм3 801, мг/дм3 СГ, мг/дм3 FCобщ, мг/дм3 Жесткость, мг-экв/дм3
1 Метегеро-ичерский 7,2-8,9 600-900 4300-5900 60225-64564 — 162-170
2 Олекминский 5,6-6,5 3965-12099 132-202 176552-243018 — 3048-5175
3 Толбачанский 5,8-8,5 5087-10981 172-222 17842-231235 до 36 2968-3515
Рассолы Олекминской и Толбачанской свит — хлоридно-кальциевого состава. Минерализация растворов при опробовании достигает 515 г/дм3. Рассолы характеризуются кислой средой — рН = 5,6-6,9, высокими концентрациями: брома >5, калия >10, стронция до 2,5 г/дм3 и присутствием редких щелочных элементов; характерно отсутствие сероводорода. Температура воды 0°С — +10°С. Рассолы обладают общекислотной агрессивностью к металлам. В окислительной обстановке рассолы вызывают коррозию металлов, в восстановительных условиях это свойство рассолов проявляется меньше. Согласно допустимым нормам агрессивности вод по отношению к алюминию и свинцу рассолы являются сильно агрессивными.
Дренажные карьерные воды рудников «Мир», «Интернациональная», «Удачная» существенно различаются между собой. Так, для карьерной трубки «Удачная» характерна относительно невысокая концентрация хлоридов. В то время как для дренажных вод рудника «Мир» характерны достаточно высокие концентрации хлоридов (до 23 г/дм3).
Оборудование, узлы и агрегаты, подверженные коррозии
Важным условием для дальнейшей разработки методов предотвращения или замедления коррозионных процессов, приводящих к снижению срока службы СГО, является определение видов оборудования, а также их узлов и агрегатов, которые в наибольшей мере подвержены коррозионному износу. Такой анализ в значительной мере позволит определить условия и вещества, вызывающие коррозионные процессы горного оборудования. Исходя из проведенного анализа возможных процессов коррозии, будет осуществлен выбор методов понижения коррозионной активности природных и техногенных вод и защиты металлических конструкций от коррозионного разрушения.
Стимулирующее действие агрессивных сульфатов и хлоридов в нейтральных средах приписывается их способности проникать через поры оксидной пленки, разрушая ее изнутри вследствие вытеснения кислорода и образования растворимых солей железа. В присутствии ингибиторов ионы SO42- зачастую превосходят своей агрессивностью ионы С1-.
Однако большинство авторов считают наиболее агрессивными в оборотной воде хлорид-ионы. Так, С.А. Балезин показал, что «наиболее агрессивным является 3% раствор хлорида натрия. При более низких и более высоких концентрациях данного раствора скорость коррозии уменьшается, а в насыщенном водном растворе — минимальна. Указанная зависимость наблюдается при всех исследованных температурах, причем с повышением температуры наблюдается увеличение скорости коррозии для каждой исследованной концентрации №С1».
В целом слабоагрессивной, согласно исследованиям автора , считается вода при общем содержании растворенных в ней солей до 500 мг/дм3, в том числе С1- и SO42- (суммарно) — до 150 мг/дм3, при карбонатной жесткости не менее 2,5-3 мг-экв/дм3 и рН не ниже 6.
Таким образом, солевой раствор является одним из факторов, определяющих коррозионную агрессивность среды.
Трубопроводы, эксплуатируемые в подземных горных выработках, изготавливаются в основном из различных сталей (таблицы 4, 5).
Таблица 4
Химический состав низколегированной стали марки 17Г1С (ГОСТ 19281-2014)
Массовая доля элементов, %
C Si Mn Al Cr Ni P S Cu V
0,15-0,20 0,40-0,60 1,15-1,60 0,020- не более не более не более не более не более не более
0,050 0,30 0,30 0,030 0,035 0,30 0,12
Таблица 5
Химические составы марок трубных сталей
Сталь Химический состав, %
С Si Mn Cr S P Cu Ni As
Не более
О^сп* 0,14-0,22 0,15-0,30 0,40-0,65 0,30 0,005 0,04 0,30 0,30 —
10 0,07-0,14 0,17-0,37 0,35-0,65 0,15 0,04 0,035 0,25 0,25 0,08
15 0,12-0,19 0,17-0,37 0,35-0,65 0,25 0,04 0,035 0,25 0,25 0,08
20 0,17-0,24 0,17-0,37 0,35-0,65 0,25 0,04 0,035 0,25 0,25 0,08
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
*ГОСТ 380-2005
Определение химического состава важного конструктивного узла — штока цилиндра поворота погрузочно-доставочной машины LH-410 — выполнялись с помощью рентгенофлуоресцентного анализатора металлов «S1 TITAN» (Bruker, Германия). Химический состав исследуемого образца до эксплуатации, % мас., соответственно: Fe — 80,84; Ni — 1,73; Si — 0,53; Cr — 15,78; Mn — 0,73. Это отвечает (согласно ГОСТ 5632-2014) марке нержавеющей стали 20X17H2.
Таким образом, наши дальнейшие исследования будут направлены на определение коррозионной стойкости некоторых конструктивных элементов оборудования, эксплуатируемого в условиях агрессивной среды рудника «Мир», с целью поиска решений для их защиты и повышения надежности.
Заключение
Самоходное горное оборудование, эксплуатируемое в условиях поземных горных выработок, подвергаются коррозионным процессам под воздействием растворенных в подземных рассолах солей (электролитов) и паров вредных соединений, присутствующих в рудничной атмосфере. Основные конструктивные элементы СГО, а также материалы, из которых изготовлены элементы трубопроводов, подвергаются коррозионному разрушению, что приводит к значительным дополнительным экономическим затратам на замену отработавших деталей. В связи с этим поиск путей повышения надежности эксплуатации горных машин являются актуальными.
ЛИТЕРАТУРА
1. Курбатова О.А., Ксендзенко Л.С., Николайчук Д.Н. Надежность горных машин: учеб. пособие. — Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2005. — 119 с.
2. Голубев В.А., Троп А.Е. Надежность горного оборудования и эффективность его использования. — М.: Недра, 1974. — 80 с.
8. Прогноз газонефтепроявлений по рудникам «Интернациональный» и «Мир» на полную глубину разведанных запасов: отчет о НИР. — Л.: Гипроникель, 1995. -120 с.
9. Шлугер М.А., Ажогин Ф.Ф., Ефимов Е.А. Коррозия и защита металлов. — М.: Металлургия, 1981. — 216 с.
11. Гоник А.А. Сероводородная коррозия и меры ее предупреждения. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1976. — 192 с.
14. Марочник сталей и сплавов / В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин и др.; Под общ. ред. В.Г. Сорокина. — М.: Машиностроение, 1989. — 640 с.
Vlasov Sergey Gennad’evich
Irkutsk national research technical university, Russia, Irkutsk E-mail: vlas.serge2013@yandex.ru
Nemchinova Nina Vladimirovna
Irkutsk national research technical university, Russia, Irkutsk
E-mail: ninavn@yandex.ru
Zelinskaya Elena Valentinovna
Irkutsk national research technical university, Russia, Irkutsk
E-mail: zelinskaelena@mail.ru
Aggressive environment characteristics of affecting on the reliability of the mining equipment operation
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.