ВСЕ О КОРРОЗИИ   Знать - значит победить

Защита от коррозии энергетического оборудования

Коррозия и защита парогенераторов ТЭС

Энергетические блоки ТЭС (теплоэлектростанций) работают в тяжелых коррозионных условиях: высокая температура (515 - 530°С) и давление (15 МПа) горячего пара. Некоторые узлы изготавливаются из достаточно дешевых марок коррозионностойкой жаропрочной стали, которая устойчива в продуктах сгорания топлива. Основной причиной поломок парогенераторов является отказ самых теплонагруженных его частей, а именно: выходных и лобовых змеевиков,  топочных экранов, неохлаждаемых подвесок и опор конвективных пакетов, пароперегревателей острого пара и т.д. Оборудование расположено по блочной системе, поэтому замена какого-либо узла, который вышел из строя в результате коррозии металла  – достаточно трудоемкое и нелегкое дело. Чтоб ремонт проводился реже – стараются использовать качественные материалы.

На теплоэлектростанциях  в качестве топлива используется угольная пыль и мазут. Твердотопливные котлы набирают все большую популярность. В мазутном топливе содержится большое количество веществ, очень агрессивно влияющих на металлы. Это соли натрия, ванадий, сера. При сгорании мазута образуется черный налет на всех поверхностях нагрева (тепловые экранные трубы). Его достаточно трудно удалить, т.к. он имеет твердую структуру. В процессе работы на некоторых участках с отложениями их температура достигает 600 °С.

В радиационной части топочные экраны разрушаются под воздействием газовой коррозии. При сгорании угольной пыли на поверхностях нагрева скапливается зола. Она состоит, в основном, из кислых и основных оксидов (SO3, CaO, SO2, Na2O, Al2O3, MgO, K2O, Fe2O3), а также Cl2 и  H2S.

Именно при сгорании топлива образуется газовая среда слабоокислительного характера. Когда пылеугольное топливо горит не устойчиво, экран топочной камеры может вступить в контакт с факелом. В таком случае образуется восстановительная  среда.

Плотный защитный слой в некоторой степени уменьшает скорость высокотемпературной коррозии  поверхности нагрева, но если в состав отложений входят хлориды и сульфаты щелочных металлов, оксид ванадия – при температуре в 570 °С образуется расплав и коррозия усиливается.

Для защиты парогенераторов теплоэлектростанций (ТЭС) от коррозии, используются следующие методы: регулярная очистка нагреваемых поверхностей от зольных отложений, использование жаропрочных и коррозионно-стойких  сплавов и сталей, введение присадок в топливо (иногда применяются ингибиторы), нанесение защитных покрытий.

При изготовлении оборудования парогенераторов  основным материалом является сталь перлитного  класса. Часто применяется сталь, легированная ванадием. Хорошей устойчивостью к межкристаллитной коррозии в продуктах сгорания мазута (с высоким содержанием примесей серы) при температуре 650 °С обладает аустенитная сталь марки  ДИ-59. Она содержит в своем составе ниобий, марганец и  медь.

Если сталь рекомендована для изготовления труб пароперегревателей, лучше, когда в ее составе будет марганец, а не никель, т.к. у первого температура плавления сульфидных эвтектик и сульфидов  выше. Подвески и шипы делают из коррозионно-стойких, но малопластичных сильхромов (система Fe – Cr – Si) и сихромалей (Fe – Cr – Si – Al).

Не рекомендовано использовать сплавы, с добавками молибдена, т.к. в продуктах сгорания мазута они не обладают удовлетворительной коррозионной стойкостью. Хром и алюминий уменьшают шанс возникновения ванадиевой коррозии.

Температура подвесок и стоек труб газоходов порой превышает температуру поверхностей нагрева, поэтому для их изготовления применяют сплавы с хромом и никелем (хрома должно быть не   меньше 50%). На твердотопливных установках в таких целях используется сталь Х23Н18.

Из аустенитных хромоникелевых сталей, легированных бором, вольфрамом, молибденом и ниобием, изготавливают парогенераторы, которые работают на буром угле либо природном газе (малоагрессивные топлива) и при высоких температурах.

В практике защиты от коррозии парогенераторов различного рода покрытия широкого применения не нашли. Это обуславливается  проблематичностью ремонта. Постоянно контролировать их состояние  также сложно.

Для увеличения эрозионной стойкости некоторых деталей  аппаратуры (форсунок, в частности) используется диффузионное хромирование. В результате данного процесса в 20 – 25 раз увеличивается стойкость к эрозионному разрушению аустенитных хромоникелевых сталей.

Чтоб защитить хромоникелевые подвески труб, их силицируют.  Тогда они становятся устойчивыми при контакте с золой, которая содержит оксид ванадия. Если температура не превышает 700 °С – подвески и огневые стенки покрывают боратными системами.

Для уменьшения разрушений необходимо не только использовать материалы с высокой коррозионной стойкостью, но и принимать все меры для уменьшения агрессивности среды. Например, чтоб разрыхлить золовые отложения, снизить их коррозионную активность и облегчить их удаление, вводят в топливо специальные присадки.  Из них можно отметить 10-% водный раствор нитрита магния. Он затрудняет припекание золы к нагревательным зонам, а также повышает ее температуру плавления. Такое же действие оказывают и металлоорганические  соединения железа, бария и меди. На 1 тонну мазута израсходуется всего 2 килограмма данного вещества.

При введении в угольную пыль 1,5% CaCl2•2H2O при температуре до 700 °С, уменьшается серная коррозия малоуглеродистой стали, а в отходящих газах содержание серы  понижается.

Внутренняя поверхность труб покрыта окислами железа и другими веществами, которые способствуют повышению тепловых напряжений. Чтоб эти напряжения уменьшить, необходимо периодически промывать систему кислотными растворами с последующей их  нейтрализацией.

Коррозия теплоэнергетического оборудования (паровых котлов,  трубопроводов)

Теплоэнергетическое оборудование – это теплосети,  установки водоподготовки, паровых котлов, конденсатно-питательного тракта и т.п.

Паровые котлы и установки конденсатно-питательного тракта вступают в контакт с водой, которая подготавливается термически или химически. Для защиты их от коррозии проводят обескислороживание, например, используя для этого гидразинную или термическую обработку (иногда два этих метода вместе).

Паровой котел представляет собой емкость из низколегированной или малоуглеродистой стали, которая обогревается горячими газами. Выходя из парового котла, горячий газ может далее подаваться на перегреватель, где он нагревается еще сильнее. Сталь для изготовления перегревателей используют с большим содержанием легирующих добавок.  Для того, чтоб обеспечить максимальную теплопередачу, тепловые трубы формируются в виде пучка, а нагревающий их газ подается в межтрубное пространство (иногда может подаваться прямо в трубы). После того, как пар был использован или совершил работу, он попадает в конденсатор трубчатого типа. Чаще всего конденсаторы изготовлены из медных сплавов. Для охлаждения используют любую воду (пресная, соленая, даже с загрязнениями и примесями). Далее, когда пар перешел в конденсат, он возвращается в котел  и происходит новый цикл.

В водных средах при высокой температуре на железе образуется оксидная двухслойная пленка. Для защиты от коррозии   паровых котлов широко используется обескислороживание. А в обработанной воде таким способом оксидная пленка представляет собой магнетит Fe3O4. В состав внутреннего защитного слоя входят плотноупакованные кристаллиты, которые очень плотно сцепляются с металлической подложкой. Их диаметр около 0,02 – 0,2 мкм. Внешний слой состоит из кристаллов диаметром 1 мкм, которые упакованные не плотно.

В растворах с высоким или низким значением рН защитный слой магнетитов растворяется, и металлическая подложка в большей степени подвергается коррозионному разрушению.

Если в воде, предназначенной для паровых котлов, присутствует растворенный кислород, то его влияние несколько сложнее.

Предупредить коррозию паровых котлов можно. Для этого необходимо соблюдать режимы водоподготовки и работы самих установок. Кроме того, использовать специальные стали.

Работает в агрессивной коррозионной среде и оборудование теплосетей (трубопроводы, магистрали). Коррозию таких установок условно можно разделить на: внешнюю (со стороны грунта) и внутреннюю (со стороны воды). Коррозия латуней проявляется в виде обесцинкования, а сталей (в горячей воде)  - носит язвенный характер. Для защиты установок теплосети от внутренней коррозии,  используют герметик АГ-2. Он изолирует зеркало воды в баках-аккумуляторах. Также проводят вакуумную деаэрацию воды и стабилизацию, силикатную обработку. Используют пленкообразующие амины. Проводят различные мероприятия эксплуатационного и конструктивного характера.

Коррозионное разрушение трубопроводов и магистралей со стороны грунта обусловлено постоянным контактом с  электрохимически агрессивной средой и воздействием блуждающих токов. Основные способы защиты от коррозии труб это:  протекторная защита, электрохимическая защита катодным током и нанесение  разнообразных покрытий.

Контакты