Прикладная климатология (стр. 20 )

Глава 6. Влияние метеорологических факторов на технические изделия и механизмы

Надежность и продолжительность работы технических изделий и механизмов находится в зависимости от метеорологических условий. Поэтому возникает необходимость предусматривать меры защиты промышленных изделий и материалов от неблагоприятных климатических воздействий. Меры защиты от климатических воздействий в основном сводятся к следующему:

1) выбор подходящих материалов при изготовлении;

2) покрытие поверхностей защитными пленками;

3) создание конструктивных особенностей технических изделий и  механизмов.

Главными влияющими метеорологическими факторами являются: а) температура и влажность воздуха; б) осадки; в) солнечная радиация; г) аэрозоли.

Одно из опасных явлений, вызывающее разрушение материалов, – коррозия. Атмосферная коррозия ускоряет старение лакокрасочных покрытий, ухудшает работу электро - и радиоаппаратуры и т. д.

Коррозийный процесс разрушения металлов может быть химическим и электрическим. Если поверхность металла окисляется в сухом воздухе, то происходит химический процесс. Образующийся при этом тонкий коррозийный слой препятствует дальнейшему процессу коррозии. Поэтому химическая коррозия мало разрушает металл, но меняет отражательные свойства его поверхности. Если поверхность металла увлажняется, то возникает электрохимический процесс, в результате действия которого металл растворяется.

При увлажнении органических строительных материалов на них развиваются микроскопические организмы. Микробиологическая коррозия вызывается деятельностью в основном грибков. Если материалы находятся на открытом воздухе и загрязняются, то на их поверхности всегда можно обнаружить споры, а влага способствует активному развитию микроорганизмов. При этом на увлажненной поверхности образуется слой плесени, под которым сохраняется влага, даже при относительной влажности воздуха ниже 75%.

Интенсивность коррозии одного и того же материала может отличаться в зависимости от климатических условий. В районах с влажным климатом в воздухе, насыщенном промышленными выбросами, скорость коррозии мартеновской стали примерно в 100, а малоуглеродистой в 300 раз больше, чем в зоне сухого климата. Срок службы проводов связи в сельской местности составляет 50–60 лет. Эти же провода вблизи промышленных предприятий служат 3–4 года.

Интенсивность коррозии материалов зависит от степени увлажнения материалов, температуры воздуха и от наличия в атмосфере активно коррозийных примесей (сернистых газов, различных солей).

Увлажнение поверхности материалов происходит или при образовании на ней адсорбционной пленки, или образовании фазовой пленки воды.  Первая возникает в случае конденсации водяного пара, содержащегося в воздухе, это может иметь место, когда относительная влажность менее 100%, если поверхность материала холоднее окружающего воздуха и температура ее ниже температуры точки росы.

Для расчета скоростей коррозии необходимо знать среднюю продолжительность существования пленки. Следовательно, для расчета продолжительности существования адсорбционной пленки должны быть показатели, характеризующие относительную и абсолютную влажность воздуха в сочетании с определенными значениями температуры воздуха. Наличие и продолжительность существования пленки на поверхности изделий могут быть определены по климатическим показателям, характеризующим повторяемость и продолжительность осадков, росы, туманов. Коррозия главным образом обусловлена наличием в пленках растворенных солей или коррозийно-активных газов.

Данные о концентрации различных примесей в атмосфере позволяют правильно определить интенсивность коррозии и предусмотреть возможности климатической защиты изделий.

Для оценки термического режима поверхности изделия необходимы сведения: 1) о количестве поступающей радиации; 2) об абсолютных и средних экстремумах температуры воздуха; 3) о продолжительности заданных интервалов температуры воздуха; 4) о суточном ходе температуры.

Продолжительность увлажнения поверхности материала фазовой пленкой   определяется по средней годовой продолжительности выпадения жидких и смешанных осадков в часах и по числу часов за год с росой  :  .

Значения определяются при помощи климатологических данных (по справочнику), значение   рекомендуется определять по комплексу метеорологических величин, при котором образуется роса.

Продолжительности увлажнения материалов адсорбционной пленкой определяется по сумме числа часов за год, когда температура воздуха была равна или больше 1°С при относительной влажности воздуха более 70%. Общая продолжительность увлажнения равна . Для навесов и неотапливаемых помещений  .

Расчет ожидаемых коррозийных потерь (М) в первый год эксплуатации, выраженных в г/м2, производится по формуле , где   и –скорости коррозии в г/м2 ч под адсорбционной и фазовой пленками влаги,  и – продолжительности увлажнения под этими пленками в часах; а – ускорение коррозии в г/м2-ч на 1 мг/м3 в загрязненной атмосфере под адсорбционной пленкой, влаги коррозийно-активного агента в воздухе; с – концентрация коррозийно-активного агента в мг/м3.

Значения К определяются в результате испытаний, ускорение коррозии а рассчитывается по скорости коррозии при наличии какой-либо примеси в атмосфере: , где К1 – скорость коррозии при концентрации примеси с1; К2 – скорость коррозии при концентрации примеси с2.

Сделаны попытки районировать территорию СНГ и всего земного шара по агрессивной коррозийности атмосферного воздуха. Например, районирование территории бывшего СССР по оценке атмосферной коррозии металлов выполнено по двум факторам. Один из этих факторов – продолжительность увлажнения поверхностей, которая может быть определена, в основном по данным наблюдений метеорологических станций. Второй фактор – степень загрязненности атмосферы.

Общая продолжительность увлажнения поверхности металла в часах определялась по формуле , где – продолжительность выпадения дождя; – продолжительность тумана; – продолжительность выпадения росы; – продолжительность оттепели;   – продолжительность высыхания поверхности после каждого дождя или тумана.

Первые четыре члена уравнения могут быть определены с помощью «Справочника по климату». Продолжительность высыхания поверхности металлов рассчитана по испаряемости, причем толщина пленки влаги, остающаяся на поверхности металла после осадков и тумана, определена лабораторным путем. Она принята равной примерно 30 мкм.

По средней годовой продолжительности смачивания поверхности металла на территории бывшего СССР построена карта, на которой выделено 11 районов. Наименьшая средняя годовая продолжительность смачивания (750 часов) оказалась в Средней Азии и вблизи о. Балхаш, наибольшая – на побережье Балтийского моря (3250 часов). Наибольшая коррозийная агрессивность наблюдается на побережьях морей, океанов, на значительной части Европейской территории.

По агрессивности атмосферного воздуха выделено пять основных климатических зон (сухая зона умеренного климата, среднеувлажненная, увлажненная и зона избыточного увлажнения).

Зона сухого климата подразделяется на три подзоны по средней длительности смачивания поверхности металла за год (500, 1000 и 1500 ч/год). В умеренной зоне длительность смачивания металла колеблется в пределах 1500–3000 ч/год, в зоне среднего увлажнения – 3000–4500 ч/год, во влажной –4500–6000 ч/год, в избыточно увлажненной – 6000–8700 ч/год. Далее каждая зона и подзона разделяются на три группы по коррозийной агрессивности атмосферы – слабая, средняя и сильная.

Наиболее благоприятными условиями для образования коррозии является наличие большой влажности, высокой температуры и аэрозольных примесей (таблица 6.1).

В условиях влажного тропического климата аэрозольные компоненты обычно растворены во влаге воздуха и образующиеся агрессивные растворы в первую очередь вызывают коррозию металлов. Адсорбция активных элементов окружающей среды, их внедрение в металл приводит к образованию развитых поверхностей (трещин, изломов), снижению сопротивления разрушению.

Таблица 6.1 – Скорость коррозии металлов в различных климатических условиях

Условия	Материал	Скорость коррозии, мкм/год
Тропический влажный климат побережье приморский промышленный район	сталь литое железо цинк литое железо цинк	400–500 610 14,0 112 4,75
Тропический сухой климат	литое железо цинк	25 0,5
Умеренный климат сельская  местность промышленный район	сталь литое железо цинк сталь литое железо цинк	18,0 62,5 3,0 73,0 170,0 7,0

Адсорбционный эффект вызывает усталость металла, хрупкость и является первоначальной стадией коррозии. Наиболее интенсивные коррозийные процессы вызывает тропический морской воздух, для которого характерна большая концентрация хлоридов и сульфидов. Агрессивное действие последних объясняется их повышенной химической активностью в связи с тем, что ионы галогенов являются активными адсорбционными веществами, снижающими уровень поверхностной энергии металлов.