Коррозия трубопроводов и водогрейных котлов

Коррозия и ее последствия

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 04.04.2017 2017-04-04

Статья просмотрена: 298 раз

Библиографическое описание:

Файзуллаев, И. М. Коррозия и ее последствия / И. М. Файзуллаев, Х. Х. Хушвактов. — Текст : непосредственный, электронный // Молодой ученый. — 2017. — № 13 (147). — С. 100-101. — URL: https://moluch.ru/archive/147/41149/ (дата обращения: 22.04.2020).

Процесс коррозии углеродистых и низколегированных сталей при температуре 20÷70 о С находится не в области активного растворения металла, а в области питтингообразования. Поэтому при простое теплосети возникновение локальных коррозионных поражений металла связано с наличием в поверхностном слое неметаллических включений, выходом на поверхность металла дислокаций и т.п Хронопотенциометрические измерения на стали в неперемешиваемой естественно-аэрированной сетевой воде при температуре 20 о С показали, что питтингообразование на стали начинается практически мгновенно. Во время простоя возможно появление локальных долгоживущих коррозионных поражений металла, связанных с наличием неметаллических включений в металле.

Для предотвращения появления язв во время простоя теплосети необходимо:

– минимизировать продолжительность контакта стали с аэрированной водой:

– исключить прессовку оборудования водопроводной водой;

– проводить консервацию оборудования при длительных простоях с помощью повышения рН воды до значения 10 и более.

Одним из условий протекания коррозионного процесса в язве является постоянное присутствие кислой среды в подьязвенном пространстве. Поэтому наличие над язвой нароста с плотной оболочкой имеет принципиальное значение для этого типа коррозии: даже при частичном разрушении нароста, достаточном для проникновения внутрь щелочной сетевой воды, язва репассивируется и перестает расти. Образование трещин в наросте может происходить при быстром изменении температуры за счет различных коэффициентов температурного расширения металла и плотного наружного слоя нароста.

Режим быстрого изменения температуры (до 30 °С/ч) реализуется в теплосети при испытаниях на расчетную температуру теплоносителя. Для эффективной нейтрализации среды в язвах необходимо проводить эту операцию при одновременном повышении рН сетевой воды до 10÷11. Высокая эффективность описанной технологической операции, очевидно, может быть достигнута при ее повторении каждый год или 1 раз в 2 года.

Коррозия водогрейных котлов итеплообменного оборудования

Ряд котельных использует для подпитки тепловых сетей речные и питательная вода с низким значением рН и малой жесткостью. Речная и питательная вода паровых котлов должна очищаться от кислорода (деаэрироваться) очень тщательно. Для котлов высокого давления содержание кислорода в ней не должно превышать 0,015мг/л. Иными словами, кислорода должно быть не более 1,5 л на 100 м 3 воды. Известны случаи, когда при отсутствии деаэрации питательной воды котлы быстро выходили из строя. Дополнительная обработка речной воды на водопроводной станции обычно приводит к снижению pН, уменьшению щелочности и повышению содержания агрессивной углекислоты. Появление агрессивной углекислоты возможно также в схемах подключения, применяемых для крупных систем теплоснабжения с непосредственным водоразборном горячей воды (2000÷3000 т/ч).

При плохо налаженной деаэрации воды и возможных повышениях концентраций кислорода и углекислоты из-за отсутствия дополнительных защитных мероприятий в системах теплоснабжения внутренней коррозии подвержено теплосиловое оборудование ТЭЦ.

Причины язвенной коррозии труб водогрейных котлов следующие:

– недостаточное удаление кислорода из подпиточной воды;

– низкое значение рН обусловленное присутствием агрессивной углекислоты

– накопление продуктов кислородной коррозии железа (Fe₂O₃😉 на теплопередающих поверхностях.

Эксплуатация оборудования на сетевой воде с концентрацией железа свыше 600 мкг/л обычно приводит к тому, что на несколько тысяч часов работы водогрейных котлов наблюдается интенсивный (свыше 1000 г/м 2 ) занос железоокисидными отложениями их поверхностей нагрева. При этом отмечаются часто появляющиеся течи в трубах конвективной части. В составе отложений содержание окислов железа обычно достигает 80÷90 %.

Особенно важными для эксплуатации водогрейных котлов являются пусковые периоды. В первоначальный период эксплуатации на одной ТЭЦ не обеспечивалось удаление кислорода до норм, установленных ПТЭ. Содержание кислорода в подпиточной воде превышало эти нормы в 10 раз.

Концентрация железа в подпиточной воде достигала — 1000 мкг/л, а в обратной воде теплосети — 3500 мкг/л. После первого года эксплуатации были сделаны вырезки из трубопроводов сетевой воды, оказалось, что загрязнение их поверхности продуктами коррозии составляло свыше 2000 г/м 2 .

Необходимо отметить, что на этой ТЭЦ перед включением котла в работу внутренние поверхности экранных труб и труб конвективного пучка подверглись химической очистке. К моменту вырезки образцов экранных труб котел проработал 5300 ч. Образец экранной трубы имел неровный слой железоокисидных отложений черно-бурого цвета, прочно связанный с металлом; высота бугорков 10÷12 мм; удельная загрязненность 2303 г/м 2 .

Состав отложений,%:

Коррозия экранных труб паровых котлов. Коррозия трубопроводов и водогрейных котлов. Консервация теплоэнергетического оборудования

Система железо – водяной пар термодинамически неустойчива. Взаимодействие этих веществ может протекать с образованием магнетита Fe 3 O 4 или вюстита FeO:

;

Анализ реакций (2.1) – (2.3) свидетельствует о своеобразном разложении водяного пара при взаимодействии с металлом с образованием молекулярного водорода, который не является следствием собственно термической диссоциации водяного пара. Из уравнений (2.1) – (2.3) следует, что при коррозии сталей в перегретом паре в отсутствие кислорода на поверхности может образоваться только Fe 3 О 4 или FeO.

При наличии в перегретом паре кислорода (например, в нейтральных водных режимах, с дозированием кислорода в конденсат) в перегревательной зоне возможно образование гематита Fe 2 O 3 за счет доокисления магнетита.

Считают, что коррозия в паре, начиная с температуры 570 °С, является химической. В настоящее время предельная температура перегрева для всех котлов снижена до 545 °С, и, следовательно, в пароперегревателях происходит электрохимическая коррозия. Выходные участки первичных пароперегревателей выполняют из коррозионно-стойкой аустенитной нержавеющей стали, выходные участки промежуточных пароперегревателей, имеющие ту же конечную температуру перегрева (545 °С), – из перлитных сталей. Поэтому коррозия промежуточных пароперегревателей обычно проявляется в сильной степени.

В результате воздействия пара на сталь на ее первоначально чистой поверхности постепенно образуется так называемый топотактический слой, плотно сцепленный с самим металлом и потому защищающий его от коррозии. С течением времени на этом слое нарастает второй так называемый эпитактический слой. Оба эти слоя для уровня температур пара до 545 °С представляют собой магнетит, но структура их не одинакова – эпитактический слой крупнозернист и не защищает от коррозии.

Скорость разложения пара

Рис. 2.1. Зависимость скорости разложения перегретого пара

от температуры стенки

Влиять на коррозию перегревательных поверхностей методами водного режима не удается. Поэтому основная задача водно-химического режима собственно пароперегревателей заключается в систематическом наблюдении за состоянием металла пароперегревателей с целью недопущения разрушения топотактического слоя. Это может происходить за счет попадания в пароперегреватели и осаждения в них отдельных примесей, особенно солей, что возможно, например, в результате резкого повышения уровня в барабане котлов высокого давления. Связанные с этим отложения солей в пароперегревателе могут привести как к повышению температуры стенки, так и к разрушению защитной оксидной топотактической пленки, о чем можно судить по резкому возрастанию скорости разложения пара (рис. 2.1).

3.3. Коррозия тракта питательной воды и конденсатопроводов

Значительная часть коррозионных повреждений оборудования тепловых электростанций приходится на долю тракта питательной воды, где металл находится в наиболее тяжелых условиях, причиной чего является коррозионная агрессивность соприкасающихся с ним химически обработанной воды, конденсата, дистиллята и смеси их. На паротурбинных электростанциях основным источником загрязнения питательной воды соединениями меди является аммиачная коррозия конденсаторов турбин и регенеративных подогревателей низкого давления, трубная система которых выполнена из латуни.

Тракт питательной воды паротурбинной электростанции можно разделить на два основных участка: до термического деаэратора и после него, причем условия протекания в них коррозии резко различны. Элементы первого участка тракта питательной воды, расположенные до деаэратора, включают трубопроводы, баки, конденсатные насосы, конденсатопроводы и другое оборудование. Характерной особенностью коррозии этой части питательного тракта является отсутствие возможности истощения агрессивных агентов, т. е. угольной кислоты и кислорода, содержащихся в воде. Вследствие непрерывного поступления и движения новых порций воды по тракту происходит постоянное пополнение их убыли. Непрерывное удаление части продуктов реакции железа с водой и приток свежих порций агрессивных агентов создают благоприятные условия для интенсивного протекания коррозионных процессов.

Источником появления кислорода в конденсате турбин являются присосы воздуха в хвостовой части турбин и в сальниках конденсатных насосов. Подогрев воды, содержащей О 2 и СО 2 в поверхностных подогревателях, расположенных на первом участке питательного тракта, до 60–80 °С и выше приводит к серьезным коррозионным повреждениям латунных труб. Последние становятся хрупкими, и нередко латунь после нескольких месяцев работы приобретает губчатую структуру в результате ярко выраженной избирательной коррозии.

Элементы второго участка тракта питательной воды – от деаэратора до парогенератора – включают питательные насосы и магистрали, регенеративные подогреватели и экономайзеры. Температура воды на этом участке в результате последовательного подогрева воды в регенеративных подогревателях и водяных экономайзерах приближается к температуре котловой воды. Причиной коррозии оборудования, относящегося к этой части тракта, является главным образом воздействие на металл растворенной в питательной воде свободной углекислоты, источником которой является добавочная химически обработанная вода. При повышенной концентрации ионов водорода (рН

Особенности водоподготовки паровых и водогрейных котельных. Часть 1

Отложения и коррозия

Водоподготовка при эксплуатации котельного оборудования обеспечивает уменьшение энергопотерь, увеличение ресурса и обеспечение его бесперебойной работы. Таким образом решается задача повышения экономической эффективности котельной, оборудование которой работает длительное время в тяжелых условиях и при относительно низкой квалификации обслуживающего персонала.

Требования и нормы подготовки воды для котельного оборудования стоят в одном ряду с необходимыми эксплуатационными требованиями по правилам устройства электроустановок, норм по питающему напряжению и электромагнитной совместимости электрооборудования, обеспечения функционирования в заданных климатических условиях и т.п.

Основные стадии процесса подготовки воды для котельного оборудования:

• предотвращение отложений на теплопроводящих поверхностях – обеспечивает экономию энергии, материалов и деталей установки;
• предотвращение коррозии по всей системе – дает снижение затрат на ремонт и обслуживание;
• финишная корректировка химического состава котловой и подпиточной воды – максимальная экономичность работы котельного оборудования.

Отложения в котлах и нагревательной системе

В основе процесса образования отложений на поверхностях котельной системы лежат процессы образования карбонатных солей щелочноземельных металлов, образующих основу т.н. «временной жесткости» воды. Ионы кальция и магния взаимодействуют с содержащейся в воде питающего источника двуокисью углерода с образованием нерастворимых солей.

Этот процесс значительно интенсифицируется по мере возрастания температуры. Соли других кислот – сульфаты и т.п., образующие «постоянную жесткость», напротив, при повышении температуры растворяются и могут быть устранены только в дальнейшем путем, например, применения фильтров нанодиапазона или установок обратного осмоса.

Карбонаты (преимущественно карбонат кальция) осаждаются на стенках греющих труб и теплопередающей системы в виде известковых отложений, очень плохо передающих тепло. Здесь же концентрируется и шлам, образующийся из продуктов окисления железа и марганца и механических примесей, проникающих в систему. Для определения концентрации соли в водном растворе возможно применение таких датчиков как AnaCONT LCK .Это аналитический датчик, который по параметрам электропроводности и значению pH определяет показатели для дозировки реагентов.

Известно, что подавляющая часть теплопередачи (около 80%) осуществляется через относительно небольшую часть теплопередающей поверхности вблизи зоны пламени котловой горелки. Здесь и образуются наибольшие известковые отложения, затрудняющие теплопередачу и снижающие эффективность работы системы. Отложения толщиной порядка 0,5 мм приводят к снижению КПД потока до 9…10%. При этом возникает значительный градиент температуры нагрева между различными участками теплопередающей системы, что может приводить к деформациям и даже возникновению трещин и повреждений отдельных деталей.

Появление отложений на стенках труб приводит к уменьшению их рабочего сечения, повышает сопротивление потоку воды, вынуждая повышать нагрузку на насосы системы. Также повышается и уровень шума установки.

Необходимые мероприятия водоподготовки для уменьшения отложений в котельной системе:

1. Удаление механических примесей с помощью сетчатых фильтров;
2. Удаление железа и марганца с помощью каталитических фильтров;
3. Умягчение воды с помощью ионообменных установок;
4. Обессоливание воды (при необходимости) на установках обратного осмоса.

Коррозия в котлах и нагревательной системе

Корпуса котельного оборудования, нагревательные элементы и прочие составляющие системы изготавливаются из металлов. Долговечность, неподверженность металлических частей коррозии в значительной мере зависит от кислотности среды и количества растворенного в воде кислорода и двуокиси углерода.

Из опыта проектирования и эксплуатации котельных установок известно, что поддержание показателя кислотности воды на уровне pH≥8,5 позволяет значительно снизить коррозию корпусов и труб котельного оборудования, запорной арматуры, циркуляционных насосов, датчиков и т.п. С повышением температуры процесса снижается растворимость в воде свободного кислорода, требования к его содержанию значительно ужесточаются при повышении рабочего давления системы.

Для измерения концентрации кислоты, едких (каустических) или солевых веществ в системах рекомендуется применять датчик типа CombiLyz AFI4/AFI5 . Это прибор для кондуктометрического измерения проводимости и концентрации жидких продуктов. Он определяет концентрацию различных кислот, а также солевых и едких каустических составляющих в водной среде.

Необходимые мероприятия водоподготовки для уменьшения коррозии элементов системы котельного оборудования:

1. Корректировка значения кислотности воды Ph. Рекомендуем проводить с помощью анализатора растворенного кислорода в воде AnaCONT LED – точность показаний до 0,5%;
2. Дозирование в воду замедлителей коррозии (ингибиторов);
3. Удаление из воды кислорода посредством добавления средств, связывающих избыточный кислород, либо подвергнув воду дегазации в специальных устройствах.

В каждом конкретном случае проектирования комплекса котельного оборудования важно правильно подобрать систему очистки воды.

Для корректировки и поддержания значений параметров воды, используемой в котельном оборудовании, необходимо непрерывно контролировать следующие величины:

• карбонатную жесткость при различных pH,
• значение pH (кислотно-щелочной баланс),
• содержание растворенного кислорода в воде,
• содержание соединений железа в воде.

Дополнительно для котлов, работающих при больших давлениях и при незначительном возврате конденсата, непрерывно измеряются (обычно один из двух нижеуказанных параметров):

1. Условное солесодержание (в пересчете на NaCl);
2. Удельная электропроводность при 25°С.

Состав системы подготовки воды определяется качеством исходной воды, действующими требованиями к воде очищенной и общей производительностью установки. Нормы и требования к очищенной воде зависят от её назначения и определяются нормативными документами, в частности – Федеральными «Правилами промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением». Параметры сетевой ГВС воды также устанавливаются и проверяются СанПиН.

Кроме нормативных документов, в ходе разработки систем подготовки воды для котельных
следует учитывать рекомендации производителей котельного оборудования, прописываемые в руководстве пользователя.
Для правильного подбора оборудования и контролирующих датчиков к нему, обратитесь к специалистам компании «РусАвтоматизация».

Подписывайтесь, чтобы не пропускать новые публикации.

Коррозия экранных труб паровых котлов. Коррозия трубопроводов и водогрейных котлов. Консервация теплоэнергетического оборудования

Система железо – водяной пар термодинамически неустойчива. Взаимодействие этих веществ может протекать с образованием магнетита Fe 3 O 4 или вюстита FeO:

;

Анализ реакций (2.1) – (2.3) свидетельствует о своеобразном разложении водяного пара при взаимодействии с металлом с образованием молекулярного водорода, который не является следствием собственно термической диссоциации водяного пара. Из уравнений (2.1) – (2.3) следует, что при коррозии сталей в перегретом паре в отсутствие кислорода на поверхности может образоваться только Fe 3 О 4 или FeO.

При наличии в перегретом паре кислорода (например, в нейтральных водных режимах, с дозированием кислорода в конденсат) в перегревательной зоне возможно образование гематита Fe 2 O 3 за счет доокисления магнетита.

Считают, что коррозия в паре, начиная с температуры 570 °С, является химической. В настоящее время предельная температура перегрева для всех котлов снижена до 545 °С, и, следовательно, в пароперегревателях происходит электрохимическая коррозия. Выходные участки первичных пароперегревателей выполняют из коррозионно-стойкой аустенитной нержавеющей стали, выходные участки промежуточных пароперегревателей, имеющие ту же конечную температуру перегрева (545 °С), – из перлитных сталей. Поэтому коррозия промежуточных пароперегревателей обычно проявляется в сильной степени.

В результате воздействия пара на сталь на ее первоначально чистой поверхности постепенно образуется так называемый топотактический слой, плотно сцепленный с самим металлом и потому защищающий его от коррозии. С течением времени на этом слое нарастает второй так называемый эпитактический слой. Оба эти слоя для уровня температур пара до 545 °С представляют собой магнетит, но структура их не одинакова – эпитактический слой крупнозернист и не защищает от коррозии.

Скорость разложения пара

Рис. 2.1. Зависимость скорости разложения перегретого пара

от температуры стенки

Влиять на коррозию перегревательных поверхностей методами водного режима не удается. Поэтому основная задача водно-химического режима собственно пароперегревателей заключается в систематическом наблюдении за состоянием металла пароперегревателей с целью недопущения разрушения топотактического слоя. Это может происходить за счет попадания в пароперегреватели и осаждения в них отдельных примесей, особенно солей, что возможно, например, в результате резкого повышения уровня в барабане котлов высокого давления. Связанные с этим отложения солей в пароперегревателе могут привести как к повышению температуры стенки, так и к разрушению защитной оксидной топотактической пленки, о чем можно судить по резкому возрастанию скорости разложения пара (рис. 2.1).

3.3. Коррозия тракта питательной воды и конденсатопроводов

Значительная часть коррозионных повреждений оборудования тепловых электростанций приходится на долю тракта питательной воды, где металл находится в наиболее тяжелых условиях, причиной чего является коррозионная агрессивность соприкасающихся с ним химически обработанной воды, конденсата, дистиллята и смеси их. На паротурбинных электростанциях основным источником загрязнения питательной воды соединениями меди является аммиачная коррозия конденсаторов турбин и регенеративных подогревателей низкого давления, трубная система которых выполнена из латуни.

Тракт питательной воды паротурбинной электростанции можно разделить на два основных участка: до термического деаэратора и после него, причем условия протекания в них коррозии резко различны. Элементы первого участка тракта питательной воды, расположенные до деаэратора, включают трубопроводы, баки, конденсатные насосы, конденсатопроводы и другое оборудование. Характерной особенностью коррозии этой части питательного тракта является отсутствие возможности истощения агрессивных агентов, т. е. угольной кислоты и кислорода, содержащихся в воде. Вследствие непрерывного поступления и движения новых порций воды по тракту происходит постоянное пополнение их убыли. Непрерывное удаление части продуктов реакции железа с водой и приток свежих порций агрессивных агентов создают благоприятные условия для интенсивного протекания коррозионных процессов.

Источником появления кислорода в конденсате турбин являются присосы воздуха в хвостовой части турбин и в сальниках конденсатных насосов. Подогрев воды, содержащей О 2 и СО 2 в поверхностных подогревателях, расположенных на первом участке питательного тракта, до 60–80 °С и выше приводит к серьезным коррозионным повреждениям латунных труб. Последние становятся хрупкими, и нередко латунь после нескольких месяцев работы приобретает губчатую структуру в результате ярко выраженной избирательной коррозии.

Элементы второго участка тракта питательной воды – от деаэратора до парогенератора – включают питательные насосы и магистрали, регенеративные подогреватели и экономайзеры. Температура воды на этом участке в результате последовательного подогрева воды в регенеративных подогревателях и водяных экономайзерах приближается к температуре котловой воды. Причиной коррозии оборудования, относящегося к этой части тракта, является главным образом воздействие на металл растворенной в питательной воде свободной углекислоты, источником которой является добавочная химически обработанная вода. При повышенной концентрации ионов водорода (рН