СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ КОНДЕНСАТОРОВ ПАРОВЫХ ТУРБИН
CORROSION PROTECTION METHOD OF CONDENSERS OF STEAM TURBINES

Область использования
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для защиты от коррозии конденсаторов паровых турбин паросиловых энергоблоков, в том числе парогазовых установок (ПГУ) со стороны охлаждающей среды на время их ремонта или нахождения в резерве. При необходимости способ и применяемая схема консервации может использоваться для дополнительной предварительной очистки конденсаторов от солевых отложений.
Предшествующий уровень техники
В разные периоды эксплуатации теплоэнергетического оборудования происходит загрязнение конденсаторов солевыми отложениями и коррозия (и/или эррозия) металлических поверхностей. Последствиями данных процессов являются: 1) износ металла, что приводит к выходу из строя или требует дорогостоящего обслуживания оборудования; 2) образование пленок нерастворимых продуктов коррозии и накипеобразования на теплообменных поверхностях, что приводит, к пониженной теплопередаче и последующему снижению производительности; 3) унос ионов меди в оборотную воду, что приводит к развитию гальванической коррозии при осаждении меди на других металлах, а также к нарушениям ПДК меди в водоемах различного назначения (при попадании в них продувочной воды из системы оборотного охлаждения).
Известен способ защиты и предупреждения от образования накипи и коррозии оборудования и трубопроводов пароводяных трактов теплоэнергетических установок с использованием аминосодержащих соединений (Патент RU 2637036 С2, C23F 11/14 [1]). Недостатком данного способа является то, что его применение предусматривает защиту оборудования теплоэнергетических установок со стороны пара, и для его осуществления требуется температура среды не ниже 60°С. При таких условиях защита теплообменников со стороны охлаждающей среды невозможна. Также известны способы ингибирования коррозии медьсодержащих сплавов при использовании ингибиторов коррозии на основе азоловых веществ по технологии непрерывного дозирования в оборотные системы охлаждения. Так, наиболее близким аналогом (прототипом) к заявляемому техническому решению является «композиция и способ контроля уноса меди и эрозии медных сплавов в промышленных системах» (Патент RU № 2520931 С2, C23F 11/14, C23F 14/02 (2006.01), C09K 15/16 [2]).
Недостатком данного способа является необходимость постоянного дозирования ингибитора в охлаждающую воду для поддержания его заданных концентраций, что неприменимо для проточных систем или систем с большой долей продувки, или систем из которых происходит забор воды для технологических нужд.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности защиты от коррозии конденсаторов паровых турбин паросиловых энергоблоков, в том числе парогазовых установок (ПГУ) со стороны водной среды, снижение концентрации соединений меди в оборотной воде. Техническим результатом изобретения является создание простой, относительно малозатратной и эффективной технологии консервации конденсаторов на время вывода их в резерв (ремонт).
Решение указанной задачи путем достижения указанного технического результата обеспечивается за счет применения способа защиты от стояночной коррозии конденсаторов путем ввода консерванта в отдельный, замкнутый контур консервации (фиг. 1), при этом в качестве консерванта используют водный раствор реагента, содержащий в своем составе гетероциклические органические соединения класса азолов в концентрации 15мг/дм3, при этом в качестве действующих веществ в реагенте-консерванте используются замещенные аналоги 3-амино-1,2,4-триазол и 1H-бензотриазол. Циркуляцию раствора консерванта предпочтительно осуществлять не менее 10 часов по контуру консервации, схема которого представлена на фиг.1 и включает в себя: 1) бак, 2) перекачивающий насос, 3) конденсатор, 4) входная камера, 5) поворотная камера, 6) выходная камера, 7) барботажный кольцевой коллектор, 8) воздушник, 9) запорный вентиль (см. фигуру 1). Предпочтительно также произвести предварительную промывку конденсатора по схеме, указанной на фиг.1 от илистых отложений потоком воды без реагентов и, при необходимости, от накипных отложений с использованием промывочных растворов, которые выбираются для каждого конденсатора отдельно по результатам анализа отложений и вводятся в бак 1 в расчетных дозах для выбранных промывочных растворов.
В хозяйственной и коммерческой деятельности Заявителя указанное основное консервирующее вещество именуется «ВТИАМИН ЗС-6».
Предлагаемый способ позволяет обеспечивать высокую антикоррозионную защиту конденсаторов, изготовленных из медьсодержащих сплавов. Высокая эффективность защиты от коррозии с использованием предложенного способа связана с процессом образования на внутренней поверхности латунных трубок конденсатора плотной малорастворимой, устойчивой при температурах до 200°С пленки, которая обеспечивает полную защиту поверхности медьсодержащих сплавов от локальных разрушений во время простоев оборудования, а также во время работы в межконсервационные периоды. Замещенные аналоги 3-амино-1,2,4-триазола и 1H-бензотриазола проявляют максимальный защитный эффект по отношению к соединениям меди при минимальной токсичности среди всех изученных азолов. Кроме того, они обладают высокой скоростью биоразложния и способностью ингибировать процессы нитрификации водоемов.
Подробное описание изобретения
Накипеобразование и коррозия являются взаимосвязанными проблемами для большей части теплообменного оборудования электростанций. Данная взаимосвязь обусловлена физико-химическими процессами на поверхности металлических теплопередающих поверхностей.
С одной стороны, вследствие коррозии в кислородсодержащей водной среде поверхность металлов (кроме благородных), как правило, покрыта слоем окислов и окись-гидроокисей которые являются центрами прочного химического связывания анионов (силикатов, карбонатов и т.д.) из охлаждающей воды. С другой стороны, слой отложений, вследствие его физической неоднородности и включений, стимулирует развитие локальной подшламовой коррозии. Особенно остро эта проблема стоит для открытых систем охлаждения, использующих воду из прудов охладителей или рек и для систем, которые невозможно обрабатывать в периоды работы конденсаторов из-за ограничений по ПДК или финансовой нецелесообразности. На примере подобной оборотной системы Приуфимской ТЭЦ во время проведения опытно-промышленных испытаний ингибитора коррозии ВТИАМИН ЗС-6 в июне-августе 2018г. было доказано, что основные процессы коррозии латунных трубок конденсатора происходят в периоды их нахождения в резерве/ремонте и была опробована предлагаемая технология защиты конденсаторов. Для оценки состояния латунных трубок применяли стенд измерения коррозии (схема которого приведена на фиг. 2).
Чертежи и фигуры
Фигура 1 - схема контура циркуляции раствора консерванта;
Фигура 2 - схема стенда измерения коррозии.
На фигуре 1 изображены следующие элементы: бак 1, перекачивающий насос 2, конденсатор 3, входная камера 4, поворотная камера 5, выходная камера 6, барботажный кольцевой коллектор 7, воздушник 8, запорный вентиль 9.
На фигуре 2 стрелки показывают направление движения среды на стенде, а также изображены следующие элементы стенда: вход среды А; ротаметр В; запорная арматура С, регулирующая проток через змеевик с купонами; змеевик D с тремя индикаторными купонами; выход среды Е.
В основе предлагаемой технологии лежит придание поверхности латуни инертных свойств за счет формирования плотной нерастворимой защитной адсорбционно-полимеризационной пленки, которая, с одной стороны, является физическим барьером для агрессивных ионов, экранируя поверхность металла. С другой стороны, она связывает атомы меди, препятствуя ее анодному растворению и уменьшает электрическую проводимость поверхностного слоя.
Проверка эффективности заявляемого способа проводилась на стенде измерения коррозии (фиг. 2) при подключении его к циркуляционной воде системы оборотного охлаждения Приуфимской ТЭЦ. Моделирование периодов работы и нахождения в резерве латунных купонов производилось путем изменения протока циркуляционной воды через них. Купоны выполнены из латуни марки Л-63. Для расчета скорости коррозии использовали гравиметрический метод анализа. Подготовку образцов проводили согласно ГОСТ 9-905-82. Скорость коррозии оценивали количественно по глубинному показателю П, мм/год, рассчитанному по формулам:
и
где Δm - убыль массы металла за время испытания; S - общая поверхность испытуемого образца (м2); τ - продолжительность испытания (часы).
В качестве контрольного образца использовали необработанные ингибитором купоны. В качестве опытных образцов использовали законсервированные купоны по предлагаемой в данном изобретении схеме: латунные образцы помещались в проток раствора консерванта ВТИАМИН ЗС-6 с концентрацией 15 мг/л на 10 часов.
Контрольные и опытные образцы (купоны) устанавливали в стенд измерения скорости коррозии и выдерживались 30 суток без протока циркуляционной воды (моделирование условий нахождения оборудования в резерве) и 30 суток в протоке (моделирование периода работы оборудования). Скорость коррозии образцов (купонов) оценивалась после каждого этапа. Результаты измерений приведены в таблице 1
Таблица 1. Скорость коррозии латунных образцов в зависимости от способа обработки и условий выдерживания в среде.
Проникающая скорость коррозии, мм/год
Контрольный образец
Опытный образец
После 30 дней простоя
0,155
0,01
После 30 дней работы
0,03
0,001
Так же проводились сравнительные анализы по содержанию меди в воде при помещении образцов в проток после 30 дней простоя. Результаты представлены в таблице 2
Таблица 2. Содержание меди в оборотной воде после включения латунных образцов в проток.
Содержание меди, мкг/дм3
Оборотная вода до подключения образцов
28
Оборотная вода с подключенным контрольным образцом
144
Оборотная вода с подключенным законсервированным образцом
30
Анализ полученных результатов показывает, что заявляемый способ консервации проявляет высокую эффективность в отношении ингибирования коррозии латуни.
Примеры использования
Применение заявляемого способа иллюстрируется исчерпывающими примерами:
Пример 1. Консервация конденсатора после останова турбоагрегата без дополнительных промывок.
В этом случае монтируется схема консервации без подачи пара и барботажного устройства 7, указанная на фиг.1. В баке 1 готовится раствор ВТИАМИН ЗС-6 концентрацией 15 мг/л. Вентиль 8 закрыт, вентиль 9 открыт. Включается перекачивающий насос 2. Циркуляция среды поддерживается в течение 10 часов. Насос 2 останавливают. Конденсатор при необходимости вывода его в ремонт дренируют. Если конденсатор планируется оставить в резерве, консервирующий раствор допускается оставлять в нем. При выводе конденсатора из ремонта или резерва каких-либо мер по расконсервации или промывке не требуется. Включение в работу происходит согласно существующей на электростанции штатной схеме.
Данный пример применим в случае отсутствия загрязнения конденсатора
Пример 2. Консервация конденсатора после останова с предварительной водной отмывкой.
В этом случае монтируется схема консервации, указанная на фиг.1 без подачи пара и барботажного устройства 7. В бак 1 подается техническая вода, вентиль 8 открыт, вентиль 9 закрыт; включается перекачивающий насос. Сброс воды из конденсатора ведется через дренаж (8) до осветления воды. По завершении процесса, дренаж 8 закрывают, вентиль 9 открывают; в баке 1 готовится раствор ВТИАМИН ЗС-6 концентрацией 15 мг/л. Дальнейшие действия осуществляют по примеру 1.
Данный пример применим в случаях, когда в конденсаторе отсутствуют или незначительны твердые накипные отложения, но присутствует в значительном количестве ил, мусор.
Пример 3. Консервация конденсатора после останова с предварительной промывкой для удаления отложений.
В этом случае монтируется схема промывки/консервации указанная на фигуре 1 в полном объеме. В бак 1 вводятся промывочные реагенты, вода, при необходимости (согласно рекомендациям по работе с выбранным промывочным реагентом) раствор барботируется паром до нужной температуры. Проводится циркуляция промывочного раствора до стабилизации показателей, контролируемых во время промывки. Промывочный раствор сбрасывается через дренаж 8 методом вытеснения. Для этого открывается вентиль 8, закрывается вентиль 9, в бак 1 подается постоянно вода. Отмывка проводится до осветления воды на сбросе и стабилизации величины рН (относительно промывочной воды). По окончании отмывки проводится консервация. Для этого закрывают дренаж 8, открывают запорный вентиль 9, в баке 1 готовят раствор ВТИАМИН ЗС-6 концентрацией 15 мг/л, включают перекачивающий насос. Консервация проводится не менее 12 часов. По завершении процесса дальнейшие действия осуществляются по примеру 1.
Данный пример применим в случае наличия в конденсаторе плотных, накипных отложений, ила, мусора. В качестве промывочных реагентов могут использоваться любые известные реагенты применимые для очистки медьсодержащих сплавов от накипных отложений в концентрациях рекомендуемых изготовителем реагентов.
При всех способах консервации раствор консерванта может оставаться для повторного использования при условии поддержания в нем концентрации консерванта на уровне 15 мг/л путем добавления свежего реагента, в случае снижения его концентрации в баке.
Промышленная применимость
Заявляемая технология отвечает условию «промышленная применимость» и может найти широкое применение на тепловых электростанциях, в системах оборотного охлаждения, где существуют ограничения по ПДК меди, а также отсутствует возможность постоянного дозирования ингибиторов коррозии во время работы оборотной системы, либо при маневренных режимах работы оборудования, когда оно достаточно долго находится в резерве/ремонте. Технология экологически безопасная и практически не оказывает техногенного воздействия на окружающую среду, так как не требует утилизации токсичных стоков. Кроме того, она позволяет выводить конденсаторы паровых турбин в работу после резерва/ремонта без дополнительных мер по расконсервации.