Социальные, экологические и экономические аспекты проблемы борьбы с коррозией металлов

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.