Ausländische Technologie. Verhinderung von Korrosion und Kalkablagerungen in geschlossenen Heizungsanlagen, Heißwasser- und Dampfkesseln
Auf Schiffen Dampfkocher Korrosion kann sowohl von der Seite her auftreten Dampf-Wasser-Kreislauf und von der Seite der Kraftstoffverbrennungsprodukte.
Die Innenflächen des Dampf-Wasser-Kreislaufs können folgenden Korrosionsarten unterliegen;
Sauerstoffkorrosion ist die gefährlichste Korrosionsart. Charakteristisches Merkmal Sauerstoffkorrosion ist die Bildung lokaler Lochfraßherde, die tiefe Löcher und Durchgangslöcher erreichen; Am anfälligsten für Sauerstoffkorrosion sind Einlassabschnitte von Economisern, Kollektoren und Fallrohren von Zirkulationskreisläufen.
Nitritkorrosion greift im Gegensatz zur Sauerstoffkorrosion die Innenflächen hitzebelasteter Hubrohre an und führt zur Bildung tieferer Grübchen mit einem Durchmesser von 15 ^ 20 mm.
Die interkristalline Korrosion ist eine besondere Korrosionsart und entsteht an den Stellen höchster Metallbeanspruchung (Schweißnähte, Walz- und Flanschverbindungen) durch die Wechselwirkung des Kesselmetalls mit hochkonzentrierten Alkalien. Ein charakteristisches Merkmal ist das Auftreten eines Netzes kleiner Risse auf der Metalloberfläche, das sich allmählich zu Durchgangsrissen entwickelt;
Unterschlammkorrosion tritt an Stellen mit Schlammablagerungen und in stehenden Zonen von Kesselkreisläufen auf. Der Fließprozess ist elektrochemischer Natur, wenn Eisenoxide mit einem Metall in Kontakt kommen.
Bei Verbrennungsprodukten von Kraftstoffen sind folgende Korrosionsarten zu beobachten;
Gaskorrosion wirkt sich auf Verdunstungs-, Überhitzungs- und Economiser-Heizflächen, Gehäuseauskleidungen,
Gasführungsschilde und andere Kesselelemente, die hohen Gastemperaturen ausgesetzt sind.. Wenn die Metalltemperatur der Kesselrohre über 530 ° C (bei Kohlenstoffstahl) ansteigt, beginnt die Zerstörung des schützenden Oxidfilms auf der Rohroberfläche, wodurch ein ungehinderter Zugang von Sauerstoff zum reinen Metall. In diesem Fall tritt Korrosion an der Oberfläche der Rohre unter Zunderbildung auf.
Die unmittelbare Ursache dieser Art von Korrosion ist eine Verletzung des Kühlregimes dieser Elemente und eine Erhöhung ihrer Temperatur über das zulässige Niveau. Bei Rohren von Heizflächen sind die Gründe für Ysh Die Wandtemperaturen können sein; Bildung einer erheblichen Kesselsteinschicht, Störungen im Zirkulationsregime (Stagnation, Umkippen, Bildung von Dampfpfropfen), Wasseraustritt aus dem Kessel, ungleichmäßige Wasserverteilung und Dampfentnahme entlang der Länge des Dampfsammlers.
Hochtemperaturkorrosion (Vanadium) wirkt sich auf die Heizflächen von Überhitzern aus, die sich im Bereich hoher Gastemperaturen befinden. Bei der Verbrennung von Kraftstoff entstehen Vanadiumoxide. In diesem Fall entsteht bei Sauerstoffmangel Vanadiumtrioxid und bei einem Überschuss Vanadiumpentoxid. Vanadiumpentoxid U205, das einen Schmelzpunkt von 675°C hat, ist ätzend gefährlich. Vanadiumpentoxid, das bei der Verbrennung von Heizöl freigesetzt wird, haftet an den hochtemperierten Heizflächen und bewirkt eine aktive Zerstörung des Metalls. Versuche haben gezeigt, dass bereits Vanadiumgehalte von 0,005 Gew.-% gefährliche Korrosion verursachen können.
Vanadiumkorrosion kann verhindert werden, indem die zulässige Temperatur des Metalls der Kesselelemente gesenkt und die Verbrennung mit minimalen Luftüberschusskoeffizienten a = 1,03 + 1,04 organisiert wird.
Die Niedertemperatur-(saure) Korrosion betrifft hauptsächlich die Heckheizflächen. Die Verbrennungsprodukte von schwefelhaltigen Heizölen enthalten immer Wasserdampf und Schwefelverbindungen, die in Verbindung miteinander Schwefelsäure bilden. Beim Spülen von Gasen mit relativ kalten Endheizflächen kondensieren Schwefelsäuredämpfe an diesen und verursachen Metallkorrosion. Die Intensität der Tieftemperaturkorrosion hängt von der Schwefelsäurekonzentration im auf den Heizflächen abgelagerten Feuchtigkeitsfilm ab. Darüber hinaus wird die B03-Konzentration in den Verbrennungsprodukten nicht nur durch den Schwefelgehalt im Kraftstoff bestimmt. Die Hauptfaktoren, die die Rate der Niedrigtemperaturkorrosion beeinflussen, sind:
Bedingungen für die Verbrennungsreaktion im Ofen. Mit einer Erhöhung des Luftüberschussverhältnisses wird die Prozentsatz Gas B03 (bei a = 1,15 werden 3,6 % des im Brennstoff enthaltenen Schwefels oxidiert; bei a = 1,7 werden ca. 7 % des Schwefels oxidiert). Bei Luftüberschusskoeffizienten a = 1,03 - 1,04 wird Schwefelsäureanhydrid B03 praktisch nicht gebildet;
Zustand der Heizflächen;
Der Kessel wird mit zu kaltem Wasser gespeist, wodurch die Rohrwandtemperatur des Economisers unter den Taupunkt für Schwefelsäure sinkt;
Konzentration von Wasser im Kraftstoff; Beim Verbrennen von verwässerten Brennstoffen erhöht sich der Taupunkt aufgrund einer Erhöhung des Partialdrucks von Wasserdampf in den Verbrennungsprodukten.
Parkkorrosion wirkt sich auf die Außenflächen von Rohren und Kollektoren, Gehäusen, Verbrennungsvorrichtungen, Armaturen und anderen Elementen des Gas-Luft-Pfades des Kessels aus. Der bei der Brennstoffverbrennung gebildete Ruß bedeckt die Heizflächen und die inneren Teile des Gas-Luft-Pfades des Kessels. Der Ruß ist hygroskopisch und nimmt beim Abkühlen des Kessels leicht Feuchtigkeit auf, die Korrosion verursacht. Korrosion ist ulzerativer Natur, wenn sich beim Abkühlen des Kessels ein Film aus Schwefelsäurelösung auf der Metalloberfläche bildet und die Temperatur seiner Elemente unter den Taupunkt für Schwefelsäure fällt.
Der Kampf gegen Parkkorrosion basiert auf der Schaffung von Bedingungen, die das Eindringen von Feuchtigkeit auf die Oberfläche des Kesselmetalls ausschließen, sowie auf dem Auftragen von Korrosionsschutzbeschichtungen auf die Oberfläche der Kesselelemente.
Bei kurzzeitigem Stillstand der Kessel nach Inspektion und Reinigung der Heizflächen, um das Eindringen von atmosphärischen Niederschlägen in die Gaskanäle der Kessel zu verhindern, müssen der Schornstein, die Luftregister und die Inspektionsöffnungen abgedeckt werden muss geschlossen werden. Es ist notwendig, die Luftfeuchtigkeit und Temperatur im MCO ständig zu überwachen.
Um die Korrosion von Kesseln bei Inaktivität zu verhindern, verschiedene Wege Lagerung von Kesseln. Es gibt zwei Speichermethoden; nass und trocken.
Die wichtigste Lagermethode für Kessel ist die Nasslagerung. Es sorgt für die vollständige Befüllung des Kessels mit Speisewasser, das durch Elektronen-Ionen-Austausch- und Sauerstoffentziehende Filter geleitet wird, einschließlich eines Überhitzers und eines Economisers. Kessel dürfen nicht länger als 30 Tage feucht gehalten werden. Bei längerer Inaktivität der Kessel wird die trockene Lagerung des Kessels verwendet.
Die Trockenlagerung sorgt für eine vollständige Entwässerung des Kessels durch die Platzierung von groben Kalikobeuteln mit Silikagel in den Kollektoren des Kessels, die Feuchtigkeit aufnimmt. Periodisch werden die Kollektoren geöffnet, die Kontrollmessung der Masse des Silicagels, um die Masse der aufgenommenen Feuchtigkeit zu bestimmen, und die Verdunstung der aufgenommenen Feuchtigkeit aus dem Silicagel.
Maritime Site Russia no 05.10.2016 Erstellt: 05.10.2016 Aktualisiert: 05.10.2016 Hits: 5363Arten von Korrosion. Während des Betriebs sind die Elemente des Dampfkessels aggressiven Medien ausgesetzt - Wasser, Dampf und Rauchgas... Unterscheiden Sie zwischen chemischer und elektrochemischer Korrosion.
Chemische Korrosion B. durch Dampf oder Wasser, zersetzt das Metall gleichmäßig über die gesamte Oberfläche. Die Rate einer solchen Korrosion in modernen Schiffskesseln ist gering. Gefährlicher ist lokale chemische Korrosion durch aggressive chemische Verbindungen, die in Ascheablagerungen enthalten sind (Schwefel, Vanadiumoxide usw.).
Die häufigste und gefährlichste ist elektrochemische Korrosion Fließen in wässrigen Lösungen von Elektrolyten bei einem elektrischen Strom, der durch eine Potentialdifferenz zwischen einzelnen Abschnitten des Metalls verursacht wird, die sich in chemischer Heterogenität, Temperatur oder Verarbeitungsqualität unterscheiden.
Die Rolle des Elektrolyten spielen Wasser (bei innerer Korrosion) oder kondensierter Wasserdampf in Ablagerungen (bei äußerer Korrosion).
Das Auftreten solcher mikrogalvanischer Paare auf der Oberfläche der Rohre führt dazu, dass die Metallionen-Atome in Form von positiv geladenen Ionen in das Wasser übergehen und die Oberfläche des Rohres an dieser Stelle eine negative Ladung erhält. Ist der Potentialunterschied solcher mikrogalvanischer Paare unbedeutend, so entsteht an der Metall-Wasser-Grenzfläche nach und nach eine elektrische Doppelschicht, die den weiteren Prozessverlauf verlangsamt.
In den meisten Fällen sind die Potenziale jedoch einzelne Seiten sind unterschiedlich, was die Entstehung einer EMF bewirkt, die von einem höheren Potential (Anode) zu einem kleineren (Kathode) gerichtet ist.
In diesem Fall gelangen die Metallionen-Atome von der Anode ins Wasser, und überschüssige Elektronen sammeln sich an der Kathode an. Dadurch nimmt die EMF und damit die Intensität des Metallzerstörungsprozesses stark ab.
Dieses Phänomen wird Polarisation genannt. Wenn das Anodenpotential infolge der Bildung eines schützenden Oxidfilms oder einer Zunahme der Konzentration von Metallionen im Anodenbereich abnimmt und sich das Kathodenpotential praktisch nicht ändert, dann wird die Polarisation als anodische Polarisation bezeichnet.
Bei kathodischer Polarisation in der Lösung an der Kathode sinkt die Konzentration an Ionen und Molekülen, die überschüssige Elektronen von der Metalloberfläche entfernen können, stark ab. Daraus folgt, dass der Hauptpunkt bei der Bekämpfung der elektrochemischen Korrosion darin besteht, solche Bedingungen zu schaffen, in denen beide Polarisationsarten aufrechterhalten werden.
Dies ist praktisch unmöglich, da sich im Kesselwasser immer Depolarisatoren befinden - Substanzen, die eine Verletzung der Polarisationsprozesse verursachen.
Depolarisatoren umfassen O 2 - und CO 2 -Moleküle, H +, Cl – und SO – 4 -Ionen sowie Eisen- und Kupferoxide. In Wasser gelöstes CO 2 , Cl - und SO - 4 hemmen die Bildung eines dichten Oxidschutzfilms auf der Anode und tragen damit zum intensiven Ablauf anodischer Prozesse bei. Wasserstoffionen H + reduzieren die negative Ladung an der Kathode.
Die Wirkung von Sauerstoff auf die Korrosionsrate begann sich in zwei entgegengesetzte Richtungen zu manifestieren. Sauerstoff erhöht einerseits die Geschwindigkeit des Korrosionsprozesses, da er ein starker Depolarisator von Kathodenbereichen ist, andererseits wirkt er passivierend auf die Oberfläche.
Typischerweise haben Kesselteile aus Stahl einen ausreichend starken anfänglichen Oxidfilm, der das Material vor Sauerstoffeinwirkung bis zur Zerstörung durch chemische oder mechanische Einflüsse schützt.
Die Geschwindigkeit heterogener Reaktionen (einschließlich Korrosion) wird durch die Intensität der folgenden Prozesse reguliert: Zufuhr von Reagenzien (hauptsächlich Depolarisatoren) an die Materialoberfläche; Zerstörung des schützenden Oxidfilms; Entfernung von Reaktionsprodukten vom Ort ihres Auftretens.
Die Intensität dieser Prozesse wird maßgeblich von hydrodynamischen, mechanischen und thermischen Faktoren bestimmt. Daher sind Maßnahmen zur Reduzierung der Konzentration aggressiver chemischer Reagenzien bei hoher Intensität der beiden anderen Prozesse, wie die Erfahrung im Kesselbetrieb zeigt, in der Regel wirkungslos.
Daraus folgt, dass die Lösung des Problems der Verhinderung von Korrosionsschäden komplex sein sollte, wenn alle Faktoren berücksichtigt werden, die die ursprünglichen Ursachen der Materialzerstörung beeinflussen.
Elektrochemische Korrosion
Je nach Strömungsort und den an den Reaktionen beteiligten Stoffen werden folgende Arten der elektrochemischen Korrosion unterschieden:
- Sauerstoff (und seine Vielfalt - Parken),
- Unterschlamm (manchmal auch "Muschel" genannt),
- intergranular (alkalische Sprödigkeit von Kesselstählen),
- geschlitzt und
- schwefelhaltig.
Sauerstoffkorrosion beobachtet in Economisern, Fittings, Zu- und Fallrohren, Dampf-Wasser-Sammlern und In-Sammler-Geräten (Schilde, Rohre, Enthitzer usw.). Spulen des Sekundärkreises von Zweikreiskesseln, Nutzkesseln und Dampflufterhitzern sind besonders anfällig für Sauerstoffkorrosion. Sauerstoffkorrosion tritt beim Betrieb von Kesseln auf und hängt von der Konzentration des im Kesselwasser gelösten Sauerstoffs ab.
Die Sauerstoffkorrosionsrate in den Hauptkesseln ist gering, was auf den effizienten Betrieb der Entgaser und das Phosphat-Nitrat-Wasserregime zurückzuführen ist. In Hilfswasserrohrkesseln erreicht sie oft 0,5 - 1 mm / Jahr, obwohl sie im Durchschnitt im Bereich von 0,05 - 0,2 mm / Jahr liegt. Die Art der Schäden an Kesselstählen sind kleine Geschwüre.
Eine gefährlichere Art der Sauerstoffkorrosion ist Parkkorrosion fließt während der Inaktivität des Kessels. Aufgrund der Besonderheiten der Arbeiten unterliegen alle Schiffskessel (und insbesondere die Nebenkessel) starker Parkkorrosion. Standkorrosion führt in der Regel nicht zu Kesselausfällen, jedoch wird bei Stillständen korrodiertes Metall unter sonst gleichen Bedingungen im Kesselbetrieb stärker zerstört.
Die Hauptursache für Parkkorrosion ist das Eindringen von Sauerstoff in das Wasser bei vollem Kessel oder in den Feuchtigkeitsfilm auf der Metalloberfläche, wenn der Kessel entleert wird. Dabei spielen Chloride und NaOH, die in Wasser und wasserlöslichen Salzablagerungen enthalten sind, eine wichtige Rolle.
In Gegenwart von Chloriden im Wasser verstärkt sich die gleichmäßige Korrosion des Metalls, und wenn es eine geringe Menge Alkalien (weniger als 100 mg / l) enthält, wird die Korrosion lokalisiert. Um Parkkorrosion bei einer Temperatur von 20 - 25 °C zu vermeiden, muss das Wasser bis zu 200 mg/l NaOH enthalten.
Äußere Korrosionserscheinungen unter Beteiligung von Sauerstoff: lokale kleine Geschwüre (Abb. 1, a), gefüllt mit braunen Korrosionsprodukten, die oberhalb der Geschwüre Tuberkel bilden.
Die Entfernung von Sauerstoff aus Speisewasser ist eine der wichtigen Maßnahmen zur Verringerung der Sauerstoffkorrosion. Seit 1986 ist der Sauerstoffgehalt im Speisewasser für Schiffshilfs- und Rückgewinnungskessel auf 0,1 mg/l begrenzt.
Aber auch bei einem solchen Sauerstoffgehalt des Speisewassers werden im Betrieb Korrosionsschäden an den Kesselelementen beobachtet, was auf den überwiegenden Einfluss der Prozesse der Zerstörung des Oxidfilms und des Auswaschens von Reaktionsprodukten aus den Korrosionszentren hinweist . Die meisten gutes Beispiel Der Einfluss dieser Prozesse auf Korrosionsschäden wird durch die Zerstörung der Rohrschlangen von Zwangsumlaufkesseln veranschaulicht.
Reis. 1. Schäden durch Sauerstoffkorrosion
Korrosionsschäden während der Sauerstoffkorrosion sind sie normalerweise streng lokalisiert: an der Innenfläche der Einlassabschnitte (siehe Abb. 1, a), im Bereich der Bögen (Abb. 1, b), an den Auslassabschnitten und im Krümmung der Rohrschlange (siehe Abb. 1, c) sowie in den Dampf-Wasser-Kollektoren von Nutzkesseln (siehe Abb. 1, d). In diesen Bereichen (2 - der Bereich der wandnahen Kavitation) schaffen die hydrodynamischen Eigenschaften der Strömung Bedingungen für die Zerstörung des Oxidfilms und das intensive Auswaschen von Korrosionsprodukten.
Tatsächlich wird jede Verformung des Wasser- und Dampf-Wasser-Gemischs von der Erscheinung begleitet Kavitation in Wandschichten expandierende Strömung 2, wo die gebildeten und sofort kollabierenden Dampfblasen die Zerstörung des Oxidfilms durch die Energie hydraulischer Mikroschocks verursachen.
Dies wird auch durch Wechselspannungen in der Folie durch Schwingungen der Spulen sowie Temperatur- und Druckschwankungen begünstigt. Eine verstärkte lokale Verwirbelung der Strömung in diesen Bereichen bewirkt ein aktives Auswaschen von Korrosionsprodukten.
An den geraden Austrittsabschnitten der Spulen wird der Oxidfilm durch Schläge auf die Oberfläche von Wassertropfen bei turbulenten Pulsationen der Dampf-Wasser-Gemischströmung zerstört, deren dispers-ringförmige Bewegungsform hier in dispers bei einer Strömung übergeht Geschwindigkeit von bis zu 20-25 m / s.
Unter diesen Bedingungen führt selbst ein niedriger Sauerstoffgehalt (~ 0,1 mg / l) zu einer intensiven Zerstörung des Metalls, was nach 2-4 Jahren zum Auftreten von Fisteln in den Eingangsabschnitten der Spulen von Nutzkesseln vom Typ La Mont führt des Betriebs und in den restlichen Abschnitten - nach 6-12 Jahren.
Reis. 2. Korrosionsschäden an den Economizer-Spulen der KUP1500R-Verbrauchskessel des Motorschiffs Indira Gandhi.
Betrachten wir zur Veranschaulichung des Obigen die Schadensursachen an den Economiser-Spiralen von zwei Abhitzekesseln KUP1500R, die auf dem Feuerzeugträger Indira Gandhi (Typ Aleksey Kosygin) installiert sind, der im Oktober 1985 in Dienst gestellt wurde. Bereits im Februar 1987 wurden die Economiser beider Kessel wegen Beschädigung ersetzt. Nach 3 Jahren treten Schäden an den Spulen in diesen Economisern auf, die sich in Abschnitten bis zu 1-1,5 m vom Einlasskrümmer befinden. Die Art des Schadens weist auf (Abb. 2, a, b) eine typische Sauerstoffkorrosion mit anschließendem Ermüdungsversagen (Querrisse) hin.
Die Art der Ermüdung variiert jedoch von Ort zu Ort. Das Auftreten eines Risses (und früher - Rissbildung des Oxidfilms) im Bereich der Schweißnaht (siehe Abb. 2, a) ist eine Folge von Wechselspannungen durch Vibration des Rohrbündels und das Konstruktionsmerkmal des Einheit zum Verbinden der Spulen mit dem Kollektor (das Ende der Spule mit einem Durchmesser von 22x2).
Die Zerstörung des Oxidfilms und die Bildung von Ermüdungsrissen an der Innenfläche der geraden Abschnitte der Spulen, die sich in einem Abstand von 700-1000 mm vom Einlass befinden (siehe Abb. 2, b), werden durch wechselnde thermische Spannungen, die bei der Inbetriebnahme des Kessels auftreten, wenn auf der heißen Oberfläche bedient kaltes Wasser... In diesem Fall wird die Wirkung thermischer Spannungen dadurch verstärkt, dass die Verrippung der Spulen die freie Ausdehnung des Rohrmetalls erschwert und zusätzliche Spannungen im Metall erzeugt.
Schlammkorrosion normalerweise beobachtet in Hauptwasserrohrkesseln auf Innenflächen Sieb- und Dampferzeugungsrohre der Einlaufbündel dem Brenner zugewandt. Die Natur der Unterschlammkorrosion sind ovale Geschwüre mit einer Größe entlang der Hauptachse (parallel zur Rohrachse) von bis zu 30-100 mm.
Auf den Geschwüren befindet sich eine dichte Oxidschicht in Form von "Schalen" 3 (Abb. 3) In Gegenwart von festen Depolarisatoren - Eisen- und Kupferoxiden 2, die sich auf dem am stärksten hitzebelasteten Rohr ablagern, tritt eine Schlammkorrosion auf Abschnitte an Orten aktive Zentren Korrosion durch Zerstörung von Oxidschichten.
Auf der Oberseite bildet sich eine lose Schicht aus Zunder und Korrosionsprodukten 1. Die entstehenden "Schalen" aus Korrosionsprodukten haften fest am Grundmetall und können nur mechanisch entfernt werden.
Für Hilfskessel ist diese Art von Korrosion nicht typisch, aber bei hohen thermischen Belastungen und geeigneten Wasserbehandlungsmodi ist das Auftreten von Teilschlammkorrosion in diesen Kesseln nicht ausgeschlossen.
Erstmals wurde bei zwei Kraftwerken in der Nähe von Hochdruckkesseln TP-230-2, die mit Aschekohle und schwefelhaltigem Heizöl betrieben wurden und ca. 4 Jahre zuvor in Betrieb waren, Außenkorrosion von Wandrohren festgestellt. Die Außenfläche der Rohre wurde von der dem Ofen zugewandten Seite im Bereich der maximalen Flammentemperatur korrosiv korrodiert. 88
Meist wurden die Rohre des mittleren (in der Breite) Teils des Ofens, direkt über dem Brandsatz, zerstört. Gürtel. Breite und relativ flache Korrosionsgruben hatten unregelmäßige Form und oft miteinander verbunden, wodurch die beschädigte Oberfläche der Rohre uneben und holprig war. In den tiefsten Geschwüren traten Fisteln auf, durch die Wasser- und Dampfstrahlen entwichen.
Charakteristisch war das völlige Fehlen einer solchen Korrosion an den Wandrohren der Mitteldruckkessel dieser Kraftwerke, obwohl die Mitteldruckkessel dort viel länger in Betrieb waren.
In den Folgejahren trat auch bei anderen Hochdruckkesseln, die mit festen Brennstoffen betrieben wurden, eine äußere Korrosion der Wandrohre auf. Die Zone der korrosiven Zerstörung erstreckte sich manchmal bis zu einer beträchtlichen Höhe; an einigen Stellen verringerte sich die Dicke der Rohrwände durch Korrosion auf 2-3 mm. Es wurde auch beobachtet, dass diese Korrosion bei Hochdruckkesseln, die mit Schweröl betrieben werden, praktisch nicht vorhanden ist.
Bei TP-240-1-Kesseln wurde nach 4 Jahren Betrieb bei einem Druck in den Trommeln von 185 atm äußere Korrosion der Wandrohre festgestellt. Diese Kessel verbrannten in der Nähe von Moskau Braunkohle, die einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 30 % aufwies; Heizöl wurde nur beim Anzünden verbrannt. Bei diesen Kesseln traten auch im Bereich der größten Wärmebelastung der Wandrohre Korrosionsschäden auf. Die Besonderheit des Korrosionsprozesses bestand darin, dass die Rohre sowohl von der dem Ofen zugewandten Seite als auch von der der Auskleidung zugewandten Seite kollabierten (Abb. 62).
Diese Tatsachen zeigen, dass die Korrosion von Wandrohren in erster Linie von der Temperatur ihrer Oberfläche abhängt. In Mitteldruckkesseln verdampft Wasser bei einer Temperatur von etwa 240 ° C; bei Kesseln, die für einen Druck von 110 atm ausgelegt sind, beträgt der Auslegungssiedepunkt von Wasser 317°C; in TP-240-1-Kesseln siedet Wasser bei einer Temperatur von 358 ° C. Die Temperatur der Außenfläche der Wandrohre überschreitet normalerweise den Siedepunkt um etwa 30-40 ° C.
Dürfen. Nehmen Sie an, dass eine intensive äußere Korrosion des Metalls beginnt, wenn seine Temperatur auf 350 ° C ansteigt. Bei Kesseln, die für einen Druck von 110 atm ausgelegt sind, wird diese Temperatur nur von der Feuerungsseite der Rohre und bei Kesseln mit einem Druck von 185 atm . erreicht , es entspricht der Temperatur des Wassers in den Rohren ... Aus diesem Grund wurde nur bei diesen Kesseln eine Korrosion der Wandrohre von der Auskleidungsseite her beobachtet.
Eine detaillierte Untersuchung des Problems wurde an TP-230-2-Kesseln durchgeführt, die in einem der oben genannten Kraftwerke betrieben werden. Dort wurden Gas- und Wärmeproben entnommen.
Partikel aus dem Brenner im Abstand von ca. 25 mm von den Wandrohren. In der Nähe der Frontscheibe, in der Zone intensiver äußerer Korrosion der Rohre, enthielten die Rauchgase fast keinen freien Sauerstoff. In der Nähe der Heckscheibe, in der die äußere Rohrkorrosion fast nicht vorhanden war, befand sich viel mehr freier Sauerstoff in den Gasen. Darüber hinaus ergab die Überprüfung, dass im Bereich der Korrosionsbildung mehr als 70 % der Gasproben
Es kann davon ausgegangen werden, dass in Gegenwart von überschüssigem Sauerstoff Schwefelwasserstoff verbrennt und keine Korrosion auftritt, in Abwesenheit von überschüssigem Sauerstoff jedoch Schwefelwasserstoff eine chemische Verbindung mit dem Metall der Rohre eingeht. Dabei bildet sich Eisensulfid FeS. Dieses Korrosionsprodukt wurde tatsächlich in den Ablagerungen auf den Schildrohren gefunden.
Nicht nur Kohlenstoffstahl ist äußerer Korrosion ausgesetzt, sondern auch Chrom-Molybdän-Stahl. Insbesondere bei TP-240-1-Kesseln wirkte sich Korrosion auf die Wandrohre aus 15XM-Stahl aus.
Bisher gibt es keine bewährten Maßnahmen, um die beschriebene Korrosionsart vollständig zu verhindern. Eine gewisse Verringerung der Zerstörungsrate. Metall erreicht wurde. nach Anpassung des Verbrennungsprozesses, insbesondere wenn der Luftüberschuss in den Rauchgasen zunimmt.
27. SIEBKORROSION BEI EXTREEM DRUCK
Dieses Buch beschreibt kurz die Arbeitsbedingungen von Metalldampfkesseln. moderne Kraftwerke... Aber der Fortschritt der Energietechnik in der UdSSR geht weiter, und jetzt werden viele neue Kessel in Betrieb genommen, die für höhere Dampfdrücke und Temperaturen ausgelegt sind. Unter diesen Bedingungen sehr wichtig hat praktische Erfahrung im Betrieb mehrerer Kessel TP-240-1, die von 1953-1955 betrieben wurden. bei einem Druck von 175 atm (185 atm in einer Trommel). Sehr wertvolle,> insbesondere Informationen über die Korrosion ihrer Bildschirme.
Die Schilde dieser Kessel waren sowohl von außen als auch von Innerhalb... Ihre äußere Korrosion ist im vorherigen Abschnitt dieses Kapitels beschrieben, während die Zerstörung der Innenfläche der Rohre keiner der oben beschriebenen Arten von Metallkorrosion ähnelt.
Korrosion trat hauptsächlich von der Feuerungsseite des oberen Teils der geneigten Rohre des Kalttrichters auf und ging mit dem Auftreten von Korrosionsgruben einher (Abb. 63, a). Anschließend nahm die Anzahl solcher Schalen zu, und es entstand ein durchgehender Streifen (manchmal zwei parallele Streifen) aus korrodiertem Metall (Abb. 63.6). Charakteristisch war auch die Korrosionsfreiheit im Bereich der Schweißverbindungen.
In den Rohren befand sich eine Ablagerung von 0,1-0,2 mm dickem Lockerschlamm, der hauptsächlich aus Eisen- und Kupferoxiden bestand. Eine Zunahme der Korrosionszerstörung des Metalls ging nicht mit einer Zunahme der Dicke der Schlammschicht einher, daher war die Korrosion unter der Schlammschicht nicht die Hauptursache für die Korrosion der Innenfläche der Wandrohre.
Im Kesselwasser wurde der Modus der reinen Phosphatalkalinität beibehalten. Phosphate wurden dem Kessel nicht kontinuierlich, sondern periodisch zugeführt.
Von großer Bedeutung war die Tatsache, dass die Temperatur des Rohrmetalls periodisch stark anstieg und manchmal 600 ° C überschritt (Abb. 64). Die Zone des häufigsten und höchsten Temperaturanstiegs fiel mit der Zone der größten Zerstörung des Metalls zusammen. Ein Absinken des Drucks im Kessel auf 140-165 atm (dh auf den Druck, bei dem neue Serienkessel betrieben werden) änderte nichts an der Art des vorübergehenden Temperaturanstiegs der Rohre, ging jedoch mit einem signifikanten Rückgang der Temperatur einher der Höchstwert dieser Temperatur. Die Gründe für einen solchen periodischen Temperaturanstieg der Feuerungsseite der geneigten Rohre sind kalt. Trichter sind noch nicht im Detail untersucht worden.
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Dieses Buch behandelt spezifische Fragen im Zusammenhang mit dem Betrieb von Stahlteilen in einem Dampfkessel. Aber um diese rein praktischen Fragen zu studieren, müssen Sie wissen allgemeine Informationenüber die Struktur von Stahl und seine "Eigenschaften. In Diagrammen, die die Struktur von Metallen zeigen, werden Atome manchmal als Kugeln dargestellt, die sich berühren (Abb. 1). Solche Diagramme zeigen die Anordnung von Atomen in einem Metall, aber es ist schwierig die Anordnung der Atome zueinander deutlich zu zeigen Freund. Erosion ist die allmähliche Zerstörung der Oberflächenschicht des Metalls unter dem Einfluss mechanischer Beanspruchung. Die häufigste Art der Erosion von Stahlelementen - einem Dampfkessel - ist deren Abrieb durch mit den Rauchgasen mitbewegte feste Aschepartikel. Bei längerem Abrieb kommt es zu einer allmählichen Abnahme der Dicke der Rohrwände und dann zu ihrer Verformung und ihrem Bruch unter dem Einfluss des Innendrucks. |
Die Identifizierung von Korrosionsarten ist schwierig und daher sind Fehler bei der Ermittlung der technisch und wirtschaftlich optimalen Maßnahmen gegen Korrosion keine Seltenheit. Die wichtigsten erforderlichen Maßnahmen werden gemäß den behördlichen Dokumenten ergriffen, in denen die Grenzen der Hauptkorrosionsinitiatoren festgelegt sind.
GOST 20995-75 „Stationäre Dampfkessel mit einem Druck bis zu 3,9 MPa. Indikatoren für die Qualität von Speisewasser und Dampf „normalisiert Indikatoren im Speisewasser: Transparenz, dh die Menge an suspendierten Verunreinigungen; Gesamthärte, Gehalt an Eisen- und Kupferverbindungen - Verhinderung von Zunderbildung und Eisen- und Kupferoxidablagerungen; pH-Wert - Verhinderung von alkalischer und saurer Korrosion sowie Schaumbildung in der Kesseltrommel; Sauerstoffgehalt - Verhinderung von Sauerstoffkorrosion; Nitritgehalt - verhindert Nitritkorrosion; Gehalt an Ölprodukten - Verhinderung von Schaumbildung in der Kesseltrommel.
Die Werte der Normen werden von GOST in Abhängigkeit vom Druck im Kessel (daher von der Wassertemperatur), von der Leistung des lokalen Wärmestroms und von der Wasseraufbereitungstechnologie bestimmt.
Bei der Untersuchung der Korrosionsursachen müssen zunächst (sofern vorhanden) die Orte der Metallzerstörung untersucht, die Betriebsbedingungen des Kessels in der Vor-Notfallzeit analysiert, die Qualität von Speisewasser, Dampf und Ablagerungen analysiert werden , und analysieren Sie die Konstruktionsmerkmale des Kessels.
Bei Sichtprüfung können folgende Korrosionsarten vermutet werden.
Sauerstoffkorrosion
: Einlaufstrecken von Rohren von Stahl-Economizern; speisen Sie Rohrleitungen, wenn Sie auf unzureichend entsauertes (über dem Normalwert) sauerstoffarmes Wasser treffen - "Durchbrüche" von Sauerstoff mit schlechter Entlüftung; Speisewassererhitzer; alle Nassbereiche des Kessels während seiner Stilllegung und unterlassene Maßnahmen gegen das Eindringen von Luft in den Kessel, insbesondere in stehenden Bereichen, beim Ablassen von Wasser, aus denen Dampfkondensat schwer zu entfernen oder vollständig mit Wasser gefüllt werden kann, z. vertikale Rohre von Überhitzern. Während der Stillstandszeiten verstärkt (lokalisiert) die Korrosion in Gegenwart von Alkali (weniger als 100 mg / l).
Sauerstoffkorrosion ist selten (wenn der Sauerstoffgehalt im Wasser deutlich über der Norm liegt - 0,3 mg / l) manifestiert sich in den Dampftrennvorrichtungen der Kesseltrommeln und an den Trommelwänden am Rand des Wasserspiegels; in den Fallrohren. In den Steigrohren tritt keine Korrosion durch die entlüftende Wirkung von Dampfblasen auf.
Art und Art des Schadens... Geschwüre unterschiedlicher Tiefe und Durchmesser, oft mit Tuberkel bedeckt, deren obere Kruste aus rötlichen Eisenoxiden (wahrscheinlich Hämatit Fe 2 O 3 ) besteht. Hinweise auf aktive Korrosion: Unter der Kruste der Beulen befindet sich ein schwarzer flüssiger Niederschlag, wahrscheinlich Magnetit (Fe 3 O 4) gemischt mit Sulfaten und Chloriden. Bei erloschener Korrosion entsteht eine Lücke unter der Kruste und der Boden des Geschwürs ist mit Kalk- und Schlammablagerungen bedeckt.
Bei Wasser pH > 8,5 - Geschwüre sind selten, aber größer und tiefer, bei pH< 8,5 - встречаются чаще, но меньших размеров. Только вскрытие бугорков помогает интерпретировать бугорки не как поверхностные отложения, а как следствие коррозии.
Bei einer Wassergeschwindigkeit von mehr als 2 m/s können die Erhebungen in Richtung der Strahlbewegung eine längliche Form annehmen.
... Die Magnetitkrusten sind ziemlich dicht und könnten als zuverlässige Barriere gegen das Eindringen von Sauerstoff in die Tuberkel dienen. Sie werden jedoch häufig durch Korrosionsermüdung zerstört, wenn sich die Temperatur von Wasser und Metall zyklisch ändert: häufige Stillstände und Starts des Kessels, pulsierende Bewegung des Dampf-Wasser-Gemisches, Schichtung des Dampf-Wasser-Gemisches in separate Pfropfen von Dampf und Wasser, aufeinander folgend.
Die Korrosion verstärkt sich mit steigender Temperatur (bis 350 °C) und steigendem Chloridgehalt im Kesselwasser. Manchmal wird die Korrosion durch die Produkte der thermischen Zersetzung einiger organischer Substanzen im Speisewasser verstärkt.
Reis. 1. Aussehen Sauerstoffkorrosion
Alkalische (im engeren Sinne - interkristalline) Korrosion
Korrosionsschäden an Metall... Rohre in Wärmestromzonen hohe Energie(die Fläche der Brenner und gegenüber der länglichen Fackel) - 300-400 kW / m 2 und wo die Metalltemperatur 5-10 ° C höher ist als der Siedepunkt von Wasser bei einem bestimmten Druck; geneigte und horizontale Rohre bei schwacher Wasserzirkulation; Stellen unter dicken Ablagerungen; Zonen in der Nähe der Stützringe und in den Schweißnähten selbst, zum Beispiel an den Schweißstellen von Dampftrennvorrichtungen in der Trommel; Stellen in der Nähe von Nieten.
Art und Art des Schadens... Halbkugelige oder elliptische Vertiefungen gefüllt mit Korrosionsprodukten, oft mit glänzenden Magnetitkristallen (Fe 3 O 4). Die meisten Vertiefungen sind mit einer harten Kruste bedeckt. Auf der dem Feuerraum zugewandten Seite der Rohre können die Aussparungen verbunden werden, so dass eine sogenannte Korrosionsbahn von 20-40 mm Breite und bis zu 2-3 m Länge entsteht.
Wenn die Kruste nicht ausreichend stabil und dicht ist, kann Korrosion - unter mechanischer Belastung - zum Auftreten von Rissen im Metall führen, insbesondere in der Nähe von Rissen: Nieten, Rollverbindungen, Schweißstellen von Dampfabscheidern.
Ursachen von Korrosionsschäden... Bei hohen Temperaturen - mehr als 200 ° C - und einer hohen Konzentration an Natronlauge (NaOH) - 10% oder mehr - wird der Schutzfilm (Kruste) auf dem Metall zerstört:
4NаОН + Fe 3 4 = 2NаF 2 + Nа 2 FeО 2 + 2Н 2 О (1)
Das Zwischenprodukt NaFeO 2 wird hydrolysiert:
4NаF 2 + 2Н 2 О = 4NаОН + 2Fe 2 О 3 + 2Н 2 (2)
Das heißt, bei dieser Reaktion (2) wird Natronlauge reduziert, bei den Reaktionen (1), (2) wird es nicht verbraucht, sondern wirkt als Katalysator.
Wenn Magnetit entfernt wird, können Natriumhydroxid und Wasser direkt mit Eisen reagieren, um atomaren Wasserstoff zu erzeugen:
2NaОН + Fe = Na 2 FeО 2 + 2Н (3)
4Н 2 О + 3Fе = Fe 3 О 4 + 8Н (4)
Der freigesetzte Wasserstoff kann in das Metall diffundieren und mit Eisencarbid Methan (CH 4) bilden:
4H + Fe 3 C = CH 4 + 3Fe (5)
Es ist auch möglich, atomaren Wasserstoff zu molekularen (H + H = H 2) zu kombinieren.
Methan und molekularer Wasserstoff können nicht in das Metall eindringen, sie reichern sich an den Korngrenzen an und erweitern und vertiefen diese bei Vorhandensein von Rissen. Außerdem verhindern diese Gase die Bildung und Verfestigung von Schutzfilmen.
An Stellen der tiefen Verdampfung des Kesselwassers bildet sich eine konzentrierte Natronlauge: dichte Kalkablagerungen von Salzen (eine Art Unterschlammkorrosion); Blasensiedekrise, wenn sich ein stabiler Dampffilm über dem Metall bildet - dort wird das Metall fast nicht beschädigt, aber an den Rändern des Films, wo eine aktive Verdampfung stattfindet, konzentriert sich Natronlauge; das Vorhandensein von Rissen, an denen Verdunstung auftritt, anders als die Verdunstung im gesamten Wasservolumen: Natronlauge verdunstet schlechter als Wasser, wird nicht von Wasser ausgewaschen und sammelt sich an. Natronlauge bildet auf das Metall einwirkende Risse an den in das Metall gerichteten Korngrenzen (die Art der interkristallinen Korrosion ist Spaltkorrosion).
Die interkristalline Korrosion unter dem Einfluss von alkalischem Kesselwasser konzentriert sich am häufigsten in der Kesseltrommel.
Reis. 3. Interkristalline Korrosion: a - Metallmikrostruktur vor der Korrosion, b - Mikrostruktur im Korrosionsstadium, Rissbildung entlang der Metallkorngrenze
Eine solche korrosive Wirkung auf Metall ist nur möglich, wenn drei Faktoren gleichzeitig vorliegen:
- lokale mechanische Zugspannungen nahe der Streckgrenze oder geringfügig darüber, dh 2,5 MN / mm 2;
- lose Fugen der Trommelteile (oben angegeben), wo es zu einer tiefen Verdunstung des Kesselwassers kommen kann und wo die sich ansammelnde Natronlauge den Schutzfilm aus Eisenoxiden auflöst (NaOH-Konzentration beträgt mehr als 10%, die Wassertemperatur liegt über 200 ° C und - vor allem - näher an 300 ° C). Wenn der Kessel mit einem niedrigeren Druck als dem Nenndruck betrieben wird (z. B. 0,6-0,7 MPa anstelle von 1,4 MPa), nimmt die Wahrscheinlichkeit dieser Art von Korrosion ab;
- eine ungünstige Stoffkombination im Kesselwasser, bei der keine notwendigen Schutzkonzentrationen von Inhibitoren dieser Korrosionsart vorhanden sind. Als Inhibitoren können Natriumsalze wirken: Sulfate, Carbonate, Phosphate, Nitrate, Cellulosesulfitlauge.
Reis. 4. Auftreten von interkristalliner Korrosion
Korrosionsrisse entstehen nicht, wenn das Verhältnis:
(Na 2 SO 4 + Na 2 CO 3 + Na 3 PO 4 + NaNO 3) / (NaOH) 5, 3 (6)
wobei Na 2 SO 4, Na 2 CO 3, Na 3 PO 4, NaNO 3, NaOH - jeweils der Gehalt an Natriumsulfat, Natriumcarbonat, Natriumphosphat, Natriumnitrat und Natriumhydroxid, mg / kg.
Bei derzeit hergestellten Kesseln fehlt mindestens eine der angegebenen Bedingungen für das Auftreten von Korrosion.
Auch das Vorhandensein von Siliziumverbindungen im Kesselwasser kann die interkristalline Korrosion verstärken.
NaCl ist unter diesen Bedingungen kein Korrosionsinhibitor. Oben wurde gezeigt, dass Chlorionen (Cl -) Korrosionsbeschleuniger sind, aufgrund ihrer hohen Beweglichkeit und geringen Größe leicht durch schützende Oxidschichten dringen und mit Eisen (FeCl 2, FeCl 3) statt schwerlöslichem Eisen gut lösliche Salze ergeben Oxide.
In Kesselwasser werden traditionell die Werte der Gesamtmineralisierung kontrolliert und nicht der Gehalt einzelner Salze. Wahrscheinlich wurde aus diesem Grund nicht nach dem angegebenen Verhältnis (6) rationiert, sondern nach dem Wert der relativen Alkalität des Kesselwassers:
Uh kv rel = Uh ov rel = Uh ov 40 100 / S ov ≤ 20, (7)
wobei Щ kv rel die relative Alkalität des Kesselwassers ist,%; Ш ov rel - die relative Alkalität des behandelten (zusätzlichen) Wassers,%; Ш ov - die Gesamtalkalität des behandelten (zusätzlichen) Wassers, mmol / l; S ov - Salzgehalt des behandelten (zusätzlichen) Wassers (einschließlich Chloridgehalt), mg / l.
Die Gesamtalkalität des behandelten (zusätzlichen) Wassers kann gleich genommen werden, mmol / l:
- nach der Natriumkationisierung - die Gesamtalkalität des Quellwassers;
- nach der Wasserstoff-Natrium-Kationisierung parallel - (0,3-0,4) oder sequentiell mit "hungriger" Regeneration des Wasserstoff-Kationenaustauschfilters - (0,5-0,7);
- nach Natriumkationisierung mit Ansäuerung und Natriumchlorionisierung - (0,5-1,0);
- nach Ammonium-Natrium-Kationisierung - (0,5-0,7);
- nach dem Äschern bei 30-40 ° C - (0,35-1,0);
- nach der Koagulation - (W ungefähr aus - D zu), wobei W ungefähr aus - die Gesamtalkalität des Quellwassers, mmol / l; D to - Dosis des Gerinnungsmittels, mmol / l;
- nach der Atemkalkbehandlung bei 30-40 ° C - (1,0-1,5) und bei 60-70 ° C - (1,0-1,2).
Die Werte der relativen Alkalität von Kesselwasser nach den Normen von Rostekhnadzor werden akzeptiert,%, nicht mehr:
- für Kessel mit genieteten Trommeln - 20;
- für Kessel mit geschweißten Trommeln und darin eingerollten Rohren - 50;
- für Kessel mit geschweißten Trommeln und angeschweißten Rohren - beliebiger Wert, nicht genormt.
Reis. 4. Ergebnis interkristalliner Korrosion
Nach den Normen von Rostekhnadzor ist Sch kv rel eines der Kriterien für den sicheren Betrieb von Kesseln. Korrekter ist es, das Kriterium für die mögliche alkalische Aggressivität des Kesselwassers zu überprüfen, das den Chlorionengehalt nicht berücksichtigt:
K u = (S ov - [Cl -]) / 40 U ov, (8)
wobei K u das Kriterium für die potentielle alkalische Aggressivität des Kesselwassers ist; S ov - Salzgehalt des behandelten (zusätzlichen) Wassers (einschließlich Chloridgehalt), mg / l; Сl - - Chloridgehalt in behandeltem (zusätzlichem) Wasser, mg / l; Ш ov ist die Gesamtalkalität des behandelten (zusätzlichen) Wassers, mmol / l.
Der Wert von Ku kann genommen werden:
- für Kessel mit genieteten Trommeln mit einem Druck von mehr als 0,8 MPa ≥ 5;
- für Kessel mit geschweißten Trommeln und darin eingerollten Rohren mit einem Druck von mehr als 1,4 MPa ≥ 2;
- für Kessel mit geschweißten Trommeln und angeschweißten Rohren sowie für Kessel mit geschweißten Trommeln und darin eingerollten Rohren mit Drücken bis 1,4 MPa und Kessel mit genieteten Trommeln mit Drücken bis zu 0,8 MPa - nicht standardisieren.
Schlammkorrosion
Mehrere verschiedene Typen Korrosion (alkalisch, Sauerstoff usw.). Die Ansammlung von losen und porösen Ablagerungen und Schlamm in verschiedenen Zonen des Kessels verursacht Korrosion des Metalls unter dem Schlamm. Hauptgrund: Kontamination des Speisewassers mit Eisenoxiden.
Nitritkorrosion
... Kesselgitter und Kesselrohre auf der dem Feuerraum zugewandten Seite.
Art und Art des Schadens... Seltene, stark begrenzte große Geschwüre.
... Bei mehr als 20 μg/L Nitrit-Ionen (NO - 2) im Speisewasser beträgt die Wassertemperatur mehr als 200 °C, Nitrite dienen als kathodische Depolarisatoren der elektrochemischen Korrosion und reduzieren sich auf НNО 2, NO, N 2 ( siehe oben).
Dampf-Wasser-Korrosion
Korrosionsschäden an Metall... Der Austritt der Überhitzerschlangen, Heißdampfleitungen, horizontale und leicht geneigte Dampferzeugungsrohre in Bereichen mit schlechter Wasserzirkulation, manchmal entlang der oberen Mantellinie der Austrittsschlangen von Siedewasservorwärmern.
Art und Art des Schadens... Plaketten aus dichten schwarzen Eisenoxiden (Fe 3 O 4), die fest mit dem Metall haften. Bei Temperaturschwankungen wird die Kontinuität der Plaque (Kruste) verletzt, die Schuppen fallen ab. Gleichmäßige Metallausdünnung mit Leitblechen, Längsrisse, geht kaputt.
Sie kann als Unterschlammkorrosion identifiziert werden: in Form von tiefen Gruben mit undeutlich begrenzten Kanten, häufiger in der Nähe von in das Rohr hineinragenden Schweißnähten, wo sich Schlamm ansammelt.
Ursachen von Korrosionsschäden:
- Waschmedium - Dampf in Überhitzern, Dampfleitungen, Dampfkissen unter der Schlammschicht;
- die Temperatur des Metalls (Stahl 20) beträgt mehr als 450 ° C, der Wärmefluss zum Metallabschnitt beträgt 450 kW / m 2;
- Verletzung des Verbrennungsregimes: Verschlackung der Brenner, erhöhte Verschmutzung der Rohre innen und außen, instabile (Vibrations-) Verbrennung, Ausdehnung der Flamme zu den Rohren der Siebe.
Folge: direkte chemische Wechselwirkung von Eisen mit Wasserdampf (so).
Mikrobiologische Korrosion
Verursacht durch aerobe und anaerobe Bakterien, tritt bei Temperaturen von 20-80 ° C auf.
Metallschadensorte... Rohre und Behälter zum Kessel mit Wasser der angegebenen Temperatur.
Art und Art des Schadens... Hügel unterschiedlicher Größe: Durchmesser von mehreren Millimetern bis zu mehreren Zentimetern, selten - mehrere zehn Zentimeter. Die Tuberkel sind mit dichten Eisenoxiden bedeckt - einem Abfallprodukt aerober Bakterien. Innen - ein schwarzes Pulver und eine Suspension (Eisensulfid FeS) - ein Produkt von sulfatreduzierenden anaeroben Bakterien, unter der schwarzen Formation - runde Geschwüre.
Schadensursachen... Natürliches Wasser enthält immer Eisensulfate, Sauerstoff und verschiedene Bakterien.
Eisenbakterien bilden in Gegenwart von Sauerstoff einen Eisenoxidfilm, unter dem anaerobe Bakterien Sulfate zu Eisensulfid (FeS) und Schwefelwasserstoff (H 2 S) reduzieren. Durch Schwefelwasserstoff entstehen wiederum schwefelhaltige (sehr instabile) und Schwefelsäuren und das Metall korrodiert.
Dieser Typ wirkt sich indirekt auf die Kesselkorrosion aus: Der Wasserfluss mit einer Geschwindigkeit von 2-3 m / s reißt die Unebenheiten ab, trägt ihren Inhalt in den Kessel und erhöht die Ansammlung von Schlamm.
In seltenen Fällen ist diese Korrosion im Kessel selbst möglich, wenn während einer langen Stilllegung des Kessels in Reserve dieser mit Wasser mit einer Temperatur von 50-60 ° C gefüllt ist und die Temperatur durch versehentliche Dampfdurchbrüche gehalten wird aus benachbarten Kesseln.
"Chelatierte" Korrosion
Orte von Korrosionsschäden... Geräte, in denen Dampf von Wasser getrennt wird: Kesseltrommel, Dampfabscheider in der Trommel und außerhalb, auch - selten - in Speisewasserleitungen und ein Economiser.
Art und Art des Schadens... Die Metalloberfläche ist glatt, bewegt sich das Medium jedoch mit hoher Geschwindigkeit, dann ist die korrodierte Oberfläche nicht glatt, weist hufeisenförmige Vertiefungen und in Bewegungsrichtung orientierte "Schwänze" auf. Die Oberfläche ist mit einem dünnen matten oder schwarz glänzenden Film bedeckt. Es gibt keine sichtbaren Ablagerungen und auch keine Korrosionsprodukte, da das "Chelat" (organische Verbindungen von Polyaminen, die speziell in den Kessel eingebracht werden) bereits reagiert hat.
Bei Anwesenheit von Sauerstoff, was bei einem normal funktionierenden Kessel selten vorkommt, wird die korrodierte Oberfläche "belebt": Rauhigkeit, Metallinseln.
Ursachen von Korrosionsschäden... Der Wirkmechanismus des „Chelats“ wurde bereits beschrieben („Industrie- und Heizkessel und Mini-KWK“, 1 (6) ΄ 2011, S. 40).
"Chelat"-Korrosion tritt bei einer Überdosierung von "Chelat" auf, ist aber auch bei normaler Dosis möglich, da sich das "Chelat" in Bereichen konzentriert, in denen Wasser intensiv verdampft: Blasenkochen wird durch Film ersetzt. Bei Dampfabscheidern gibt es besonders Fälle zerstörerische Aktion"Chelat"-Korrosion durch hohe turbulente Geschwindigkeiten von Wasser und Dampf-Wasser-Gemisch.
Alle beschriebenen Korrosionsschäden können synergistisch wirken, so dass der Gesamtschaden aus der kombinierten Wirkung verschiedener Korrosionsfaktoren die Schadenshöhe einzelner Korrosionsarten übersteigen kann.
In der Regel verstärkt die Wirkung von korrosiven Mitteln das instabile thermische Regime des Kessels, was Korrosionsermüdung verursacht und thermische Ermüdungskorrosion induziert: Die Anzahl der Starts aus dem kalten Zustand beträgt mehr als 100, die Gesamtzahl der Starts beträgt mehr als 200 Da diese Arten der Metallzerstörung selten auftreten, sehen Risse und Berstrohre genauso aus wie Metallläsionen durch verschiedene Korrosionsarten.
Um die Ursache der Metallzerstörung zu identifizieren, sind in der Regel zusätzliche metallographische Untersuchungen erforderlich: Röntgen-, Ultraschall-, Farb- und Magnetpulverfehlererkennung.
Verschiedene Forscher haben Programme zur Diagnose von Korrosionsschäden an Kesselstählen vorgeschlagen. Das VTI-Programm (AF Bogachev und seine Mitarbeiter) ist bekannt - hauptsächlich für Hochdruckkessel, und die Entwicklung des Vereins Energochermet - hauptsächlich für Nieder- und Mitteldruckkessel und Abhitzekessel.
Das Eisen-Wasserdampf-System ist thermodynamisch instabil. Die Wechselwirkung dieser Stoffe kann unter Bildung von Magnetit Fe 3 O 4 oder Wüstit FeO ablaufen:
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;Die Reaktionsanalyse (2.1) - (2.3) weist auf eine Art Zersetzung von Wasserdampf bei Wechselwirkung mit einem Metall unter Bildung von molekularem Wasserstoff hin, die keine Folge der eigentlichen thermischen Dissoziation von Wasserdampf ist. Aus den Gleichungen (2.1) - (2.3) folgt, dass sich bei der Korrosion von Stählen in überhitztem Wasserdampf in Abwesenheit von Sauerstoff nur Fe 3 O 4 oder FeO an der Oberfläche bilden kann.
Bei Anwesenheit von Sauerstoff im Heißdampf (z. B. im neutralen Wasserbetrieb mit Sauerstoffdosierung in das Kondensat) ist in der Überhitzungszone durch die zusätzliche Oxidation von Magnetit die Bildung von Hämatit Fe 2 O 3 möglich.
Es wird angenommen, dass Korrosion in Dampf ab einer Temperatur von 570 ° C chemisch ist. Derzeit ist die maximale Überhitzungstemperatur für alle Kessel auf 545 ° C gesenkt worden, daher kommt es in Überhitzern zu elektrochemischer Korrosion. Die Austrittsstrecken der Primärüberhitzer bestehen aus korrosionsbeständigem austenitischem Edelstahl, die Austrittsstrecken der Zwischenüberhitzer, die die gleiche Endüberhitzertemperatur (545°C) aufweisen, sind aus perlitischen Stählen. Daher ist die Korrosion von Zwischenüberhitzern normalerweise stark.
Durch die Einwirkung von Dampf auf Stahl auf seiner anfänglich sauberen Oberfläche, allmählich Es bildet sich eine sogenannte topotaktische Schicht, die fest mit dem Metall selbst verklebt und es so vor Korrosion schützt. Auf dieser Schicht wächst mit der Zeit eine zweite sogenannte epitaktische Schicht. Für Dampftemperaturen bis 545 ° C sind diese beiden Schichten Magnetit, aber ihre Struktur ist nicht gleich - die epitaktische Schicht ist grobkörnig und schützt nicht vor Korrosion.
Dampfzersetzungsrate
mgH 2 /(cm 2 h)
Reis. 2.1. Abhängigkeit der Zersetzungsgeschwindigkeit von überhitztem Dampf
von Wandtemperatur
Eine Beeinflussung der Korrosion überhitzter Oberflächen durch Methoden des Wasserhaushaltes ist nicht möglich. Daher besteht die Hauptaufgabe des wasserchemischen Regimes der eigentlichen Überhitzer darin, den Zustand des Metalls der Überhitzer systematisch zu überwachen, um die Zerstörung der topotaktischen Schicht zu verhindern. Dies kann durch das Eindringen einzelner Verunreinigungen, insbesondere Salze, in die Überhitzer und deren Ausfällungen erfolgen, was beispielsweise durch einen starken Anstieg des Trommelspiegels von Hochdruckkesseln möglich ist. Die damit verbundenen Salzablagerungen im Überhitzer können sowohl zu einer Erhöhung der Wandtemperatur als auch zur Zerstörung des topotaktischen Oxidfilms führen, was an einer starken Zunahme der Dampfzersetzungsrate zu erkennen ist (Abb. 2.1).
3.3. Korrosion des Speisewasserweges und der Kondensatleitungen
Ein erheblicher Teil der Korrosionsschäden an der Ausrüstung von Wärmekraftwerken fällt auf den Speisewasserpfad, wo das Metall unter den härtesten Bedingungen ist, deren Ursache die Korrosivität von chemisch behandeltem Wasser, Kondensat, Destillat und deren Mischung in Kontakt damit. In Dampfturbinenkraftwerken ist die Hauptquelle für die Verunreinigung des Speisewassers mit Kupferverbindungen die Ammoniakkorrosion von Turbinenkondensatoren und Niederdruckregenerativheizungen, deren Rohrleitungssystem aus Messing besteht.
Der Speisewasserpfad eines Dampfturbinenkraftwerks lässt sich in zwei Hauptabschnitte unterteilen: vor und nach dem thermischen Entgaser und die Anströmbedingungen ihre Korrosion ist dramatisch anders. Zu den Elementen des ersten Abschnitts des Speisewasserweges, der sich vor dem Entgaser befindet, gehören Rohrleitungen, Tanks, Kondensatpumpen, Kondensatleitungen und andere Geräte. Ein charakteristisches Merkmal der Korrosion dieses Teils des Nährstofftraktes ist die Unfähigkeit, die im Wasser enthaltenen aggressiven Stoffe, d. h. Kohlensäure und Sauerstoff, zu abbauen. Durch den kontinuierlichen Zufluss und die Bewegung neuer Wasserportionen entlang des Weges kommt es zu einer ständigen Auffüllung ihrer Verluste. Die kontinuierliche Entfernung eines Teils der Reaktionsprodukte von Eisen mit Wasser und das Einströmen von frischen Anteilen aggressiver Mittel schaffen günstige Voraussetzungen für intensive Korrosionsprozesse.
Ursache für das Auftreten von Sauerstoff im Turbinenkondensat ist die Luftansaugung im Heckbereich der Turbinen und in den Wellendichtringen von Kondensatpumpen. Heizungswasser mit O 2 und СО 2 in Flächenheizern im ersten Abschnitt des Zuführungstrakts bis 60–80 ° С und darüber führt zu schweren Korrosionsschäden an Messingrohren. Letztere werden spröde, und Messing bekommt oft nach mehrmonatiger Arbeit durch ausgeprägte punktuelle Korrosion eine schwammartige Struktur.
Elemente des zweiten Abschnitts des Speisewasserweges – vom Entgaser bis zum Dampferzeuger – sind Speisepumpen und Netze, regenerative Erhitzer und Economiser. Die Wassertemperatur in diesem Abschnitt nähert sich durch die sequentielle Wassererwärmung in regenerativen Erhitzern und Wassersparern der Kesselwassertemperatur an. Der Grund für die Korrosion der Ausrüstung in diesem Teil des Kanals ist hauptsächlich die Wirkung des im Speisewasser gelösten freien Kohlendioxids auf das Metall, dessen Quelle das zusätzlich chemisch behandelte Wasser ist. Bei erhöhter Konzentration an Wasserstoffionen (pH< 7,0), обусловленной наличием растворенной углекислоты и значительным подогревом воды, процесс коррозии на этом участке питательного тракта развивается преимущественно с выделением водорода. Коррозия имеет сравнительно равномерный характер.
Bei Geräten aus Messing (Niederdruckerhitzer, Kondensatoren) erfolgt die Wasseranreicherung mit Kupferverbindungen über den Dampfkondensatpfad in Gegenwart von Sauerstoff und freiem Ammoniak. Eine Erhöhung der Löslichkeit von Kupferoxidhydrat erfolgt durch die Bildung von Kupfer-Ammoniak-Komplexen, beispielsweise Cu (NH 3) 4 (OH) 2. Diese Produkte sind Korrosion von Messingrohrheizungen niedriger Druck beginnen sich in den Abschnitten der Hochdruckregenerativheizungen (Hochdruckheizungen) unter Bildung von weniger löslichen Kupferoxiden zu zersetzen, die sich teilweise an der Oberfläche der Hochdruckrohre ablagern. e) Kupferhaltige Ablagerungen auf PC-Röhren. tragen zu ihrer Korrosion während des Betriebs und der langfristigen Lagerung von Geräten ohne Konservierung bei.
Bei ungenügender thermischer Tiefenentgasung des Speisewassers wird Lochfraß vor allem an den Einlaufstrecken von Economisern beobachtet, wo durch eine merkliche Temperaturerhöhung des Speisewassers Sauerstoff freigesetzt wird, sowie in stehenden Abschnitten des Speisertraktes.
Die Wärmeverbraucher der Dampfverbraucher und die Rohrleitungen, über die das Industriekondensat in das BHKW zurückgeführt wird, unterliegen unter dem Einfluss des darin enthaltenen Sauerstoffs und der Kohlensäure der Korrosion. Das Auftreten von Sauerstoff wird durch den Kontakt von Kondensat mit Luft in offenen Tanks (mit offenem Kondensatsammelkreislauf) und Leckagen durch Undichtigkeiten im Gerät erklärt.
Die wichtigsten Maßnahmen zur Vermeidung von Korrosion von Geräten im ersten Abschnitt des Speisewasserweges (von der Wasseraufbereitungsanlage zum thermischen Entgaser) sind:
1) die Verwendung von Korrosionsschutzbeschichtungen für die Oberflächen von Wasseraufbereitungsanlagen und Tankanlagen, die mit Lösungen von sauren Reagenzien oder korrosiven Wässern unter Verwendung von Gummi, Epoxidharzen, Lacken auf Perchlorvinylbasis, flüssigem Nitrit und Silikon gewaschen werden;
2) die Verwendung von säurebeständigen Rohren und Formstücken aus Polymerwerkstoffen (Polyethylen, Polyisobutylen, Polypropylen usw.) oder Stahlrohren und Formstücken, die innen mit durch Flammspritzen aufgebrachten Schutzbeschichtungen ausgekleidet sind;
3) die Verwendung von Wärmetauscherrohren aus korrosionsbeständigen Metallen (Rotkupfer, Edelstahl);
4) Entfernung von freiem Kohlendioxid aus zusätzlichem chemisch behandeltem Wasser;
5) ständige Entnahme von nicht kondensierbaren Gasen (Sauerstoff und Kohlensäure) aus den Dampfkammern von regenerativen Niederdruckerhitzern, Kühlern und Erhitzern von Netzwasser und schnelle Entfernung des darin gebildeten Kondensats;
6) Gründliche Abdichtung von Kondensatpumpen-Wellendichtringen, Fittings und Flanschverbindungen von Zulaufleitungen unter Vakuum;
7) Sicherstellen einer ausreichenden Dichtheit der Turbinenkondensatoren von der Kühlwasser- und Luftseite und Überwachung der Luftansaugung mit Hilfe von Sauerstoffzählern;
8) Ausrüstung von Kondensatoren mit speziellen Entgasungsvorrichtungen, um dem Kondensat Sauerstoff zu entziehen.
Um die Korrosion von Geräten und Rohrleitungen im zweiten Abschnitt des Speisewasserweges (vom thermischen Entgaser bis zum Dampferzeuger) erfolgreich zu bekämpfen, werden folgende Maßnahmen ergriffen:
1) Ausrüstung von TPP mit thermischen Entgasern, die unter allen Betriebsbedingungen entlüftetes Wasser mit einem Restsauerstoff- und Kohlendioxidgehalt erzeugen, der die zulässigen Grenzwerte nicht überschreitet;
2) maximale Leistung von nicht kondensierbaren Gasen aus den Dampfkammern von Hochdruckregenerativheizungen;
3) die Verwendung von korrosionsbeständigen Metallen zur Herstellung von Förderpumpenelementen in Kontakt mit Wasser;
4) Korrosionsschutz von Zulauf- und Entwässerungsbehältern durch Aufbringen nichtmetallischer Beschichtungen, die bei Temperaturen bis 80-100 ° C beständig sind, zum Beispiel Asbovinyl (Mischung aus Ethinollack mit Asbest) oder Farben und Lacke auf Basis von Epoxidharzen;
5) Auswahl korrosionsbeständiger Baumetalle, die für die Herstellung von Rohren für Hochdruckregenerativheizgeräte geeignet sind;
6) ständige Behandlung des Speisewassers mit alkalischen Reagenzien zur Aufrechterhaltung eines gegebenen optimaler Wert pH des Speisewassers, bei dem die Kohlendioxidkorrosion unterdrückt wird und eine ausreichende Festigkeit des Schutzfilms bereitgestellt wird;
7) kontinuierliche Behandlung von Speisewasser mit Hydrazin, um Restsauerstoff nach thermischen Entlüftern zu binden und eine hemmende Wirkung der Hemmung des Übergangs von Eisenverbindungen von der Oberfläche der Ausrüstung in das Speisewasser zu erzeugen;
8) Abdichten der Speisewassertanks durch Organisieren eines sogenannten geschlossenen Systems, um zu verhindern, dass Sauerstoff in das Speisewasser in die Vorwärmer der Dampferzeuger eindringt;
9) Implementierung einer zuverlässigen Erhaltung der Ausrüstung des Speisewasserpfads während seiner Ausfallzeit in Reserve.
Eine wirksame Methode zur Verringerung der Konzentration von Korrosionsprodukten im Kondensat, das von Dampfverbrauchern an BHKW zurückgeführt wird, ist die Zugabe von filmbildenden Aminen - Octadecylamin oder seinen Ersatzstoffen in den ausgewählten Dampf, der an die Verbraucher gesendet wird. Bei einer Konzentration dieser Stoffe im Dampf von 2–3 mg / dm 3 , Es ist möglich, den Gehalt an Eisenoxiden im Industriekondensat um das 10- bis 15-fache zu reduzieren. Die Dosierung einer wässrigen Emulsion von Polyaminen mit einer Dosierpumpe ist unabhängig von der Kohlensäurekonzentration im Kondensat, da deren Wirkung nicht mit neutralisierenden Eigenschaften verbunden ist, sondern auf der Fähigkeit dieser Amine beruht, unlösliche und nicht wassermischbare zu bilden Filme auf der Oberfläche von Stahl, Messing und anderen Metallen.