Исследование механизма коррозии стали Ст3сп при промывке конденсаторов паровых турбин

К ЗАЩИТЕ ДИССЕРТАЦИИ

УДК 621.311.22

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА КОРРОЗИИ СТАЛИ СтЗсп ПРИ ПРОМЫВКЕ КОНДЕНСАТОРОВ ПАРОВЫХ ТУРБИН

Н.Д. ЧИЧИРОВА, Ю.В. АБАСЕВ, Э.М. ЗАЛАЕВ, А.А. ЧИЧИРОВ

Казанский государственный энергетический университет

Методами гравиметрическим и коррозионных диаграмм проведено исследование коррозии стали СтЗсп в условиях, моделирующих промывку конденсаторов паровых турбин ТЭС от образования биологических обрастаний на трубопроводах охлаждающей воды.

В настоящее время электростанции во всём мире несут значительные экономические потери, связанные с выходом из строя теплоэнергетического оборудования. Надёжность эксплуатации теплоэнергетического оборудования в значительной степени определяется решением проблем предотвращения коррозии металла в пароводяном тракте ТЭС.

На многих электростанциях выявляются повреждения трубных пучков горизонтальных сетевых подогревателей ПСГ1, ПСГ2, лопаток турбин, подогревателей высокого давления, экранных труб высокого давления, что приносит большой материальный ущерб.

Как известно [1], присутствие в рабочем теле хлоридов уменьшает пассивность стали в связи с их способностью проникать через пассивирующую оксидную пленку и накапливаться в отдельных местах, особенно в местах с деформированной кристаллической решеткой. Это приводит к локальному разрушению пленки и, как следствие, к язвенной или другим видам коррозии (для аустенитных сталей меж- или транскристаллитному растрескиванию). При снижении качества питательной воды и конденсата пара в турбинах происходит резкое повышение концентраций различных примесей, в том числе ионов хлора, а хлориды обладают способностью концентрироваться в труднодоступных местах (например, в замковых соединениях турбинных лопаток и дисков).

Правильный выбор водно-химического режима барабанных котлов энергоблоков сверхкритических параметров играет значительную роль при коррозии металлов под действием хлоридов. В России с середины 70-х годов повсеместно был введен окислительный водно-химический режим. Такой выбор оказался правильным при выполнении определенных условий: электропроводимость питательной воды не более 0,2 мкСм/см, отсутствие в конденсатно-питательном тракте сплавов на основе меди, ограниченное содержание органических соединений (в том числе галогенопроизводных). В США к этому решению пришли лишь в конце 80-х годов, причем, главным образом, из-за повреждений турбин, а не котлов. Причина в том, что аммиак косвенно является переносчиком хлоридов и, вероятно, сульфатов, а точнее продуктов их гидролиза. Поэтому в присутствии аммиака более интенсивно происходит вынос в пар коррозионно-агрессивных хлоридов и сульфатов.

Летучие низкомолекулярные соединения НС1 и NH3 переходят из котловой воды в пар существенно более интенсивно, чем соединения, не обладающие

© Н.Д. Чичирова, Ю.В. Абасев, Э.М.Залаев, А.А. Чичиров Проблемы энергетики, 2008, № 9-10

собственной летучестью, например или Na2SO4. Эти данные были несколько

позже подтверждены стендовыми исследованиями [2].

При высоком содержании аммиака в котловой воде хлориды в виде НИ и N^0 переходят в пар существенно более интенсивно, чем из нейтральной среды даже в присутствии кислорода. Последний в микро- или миллиграммовых концентрациях в воде, т.е. при кислородном режиме, никак не может воздействовать на хлориды и сульфаты и «вытаскивать» их, тем самым, в пар, как аммиак. Резкое усиление выноса хлоридов из воды в пар по мере повышения концентрации аммиака (и тем самым рН) было получено также в специально поставленных опытах на экспериментальной установке МЭИ (рис. 1) [2].

-4--------------------------------pH

9,5 . . 10 . 10,5

______I_____I________________I______I

1.1 4 _ 11 21

ин^эн

Рис. 1. Коэффициенты распределения выноса хлоридов из воды в пар в зависимости от

концентрации аммиака и рН, полученные на экспериментальной установке МЭИ

Установлено [2], что наличие в воде органического соединения основного характера (октадециламина) или уксусной кислоты существенно повышает вынос хлоридов в пар; присутствие кислорода в котловой воде не влияет на вынос хлоридов и, исходя из этого, считается, что интерес, который проявляется к кислородному режиму барабанных котлов, является оправданным.

Применительно к ПСГ повышенные концентрации хлоридов на наружных поверхностях трубок возникают в результате присосов сетевой воды через неплотности вальцовочных соединений [3]. Сквозные трещины образуются на внутренней трубной поверхности, что является одной из основных причин коррозионного растрескивания конструкционной стали подогревателей сетевой воды.

Есть случаи, когда приходится целенаправленно прибегать к помощи хлоридов, так как повышение температуры воды в системах охлаждения и наличие питательных веществ являются причиной интенсивного развития в охлаждающей воде бактерий и водорослей [4]. При повышенном железосодержании охлаждающей воды на поверхности теплообмена происходит энергичное размножение железобактерий, приводящее к закупориванию конденсаторных трубок.

© Проблемы энергетики, 2008, № 9-10

Применяемая для борьбы с биологическими отложениями обработка охлаждающей воды сильными окислителями, такими как хлор и его производными (гипохлориты натрия, кальция), приводят к интенсификации коррозионных процессов.

%

ас

О 20 40 60 80 100 120 140 160 180

время, ч

Рис. 2. Изменение скорости коррозии образца СтЗсп во времени в проточной воде с содержанием хлоридов 0,35 мг/л

Рис. 3. Катодные и анодные поляризационные кривые коррозии образца СтЗсп в растворе проточной воды при *=32°С и с содержанием хлоридов 0,35 мг/л

Проведённые лабораторные испытания образца стали Ст3сп показали, что при концентрации хлоридов 0,35 мг/л, содержании кислорода 13,77 мг/л, рН=7,1 и температуре 32 °С происходит интенсивное окисление поверхности металла с образованием окалины красно-бурого цвета и местами язвенной коррозии с образованием окалины чёрного цвета. Условия проведённого опыта сопоставимы с условиями, при которых производятся промывки конденсаторов паровых турбин от образования биологических обрастаний на трубопроводах охлаждающей воды.

Методика эксперимента © Проблемы энергетики, 2008, № 9-10

Проточная ячейка из полимерного материала скорость протока воды 60 литров в час; образец стали Ст3сп предварительно зачищен мелкозернистой наждачной бумагой до «зеркального» блеска, обезжирен ацетоном; нерабочая часть электрода покрыта химически стойким клеем Та^к РУС-и; площадь рабочей части электрода 3,36 см2.

В проточную ячейку из полимерного материала помещались образцы стали Ст3сп, предварительно подготовленные и взвешенные. После проведения опыта образцы промывались под струёй воды от образовавшихся продуктов коррозии, очищались при помощи мягкой резины, затем взвешивались.

Поляризационные кривые (рис. 3) получены потенциодинамическим методом на потенциостате ЭЛ-02 при скорости смещения потенциала 0,8 мВ/с. Потенциал измерялся относительно каломельного электрода сравнения с потенциалом £"=0,201 В.

Обсуждение результатов

Кинетическая кривая окисления (рис. 2) относится к параболическому типу (^=0,9995). При этом рост оксидной защитной пленки, вероятно, происходит за счет движения кислорода (или иона О2-) внутрь. Образующийся оксид находится в деформированном состоянии, и пленка имеет тенденцию сморщиваться. Поэтому формирование плотной защитной пленки не происходит. Защитной она является только в плотных слоях. В этих условиях коррозия во времени не прекращается.

Вид коррозионной диаграммы и значение коррозионного потенциала (рис. 3) характерны для катодного процесса с кислородной деполяризацией:

О 2 + 2Н2О + 4е о 40Н - ,

а также для анодного потенциалопределяющего процесса:

Ре + 2ОН-- 2е о Ре

Кинетика коррозионного процесса определяет скоростью катодного процесса восстановления кислорода (катодный контроль). Из-за большого перенапряжения реакции восстановления кислорода коррозионный потенциал (фс) близок к равновесному потенциалу окисления металла(фрер). Под действием растворённого кислорода гидрооксид железа (II) подвергается дальнейшему окислению с образованием магнетита чёрного цвета и гематита краснокоричневого цвета:

4Ре

- Н 2 О

Ре

Совпадение прямого и обратного хода катодных поляризационных кривых также указывает на катодное восстановление кислорода. Гистерезис анодной ветви поляризационной кривой обусловлен ускоренным ростом оксидной плёнки на поверхности стали.

Данные испытания позволяют прогнозировать разрушение металла подающих трубопроводов ТЭС, используя стандартные методики определения скорости коррозии при помощи гравиметрического метода либо метода электродных потенциалов.

© Проблемы энергетики, 2008, № 9-10

Выводы

1. Методами гравиметрическим и коррозионных диаграмм проведено исследование коррозии стали СтЗсп в условиях, моделирующих промывку конденсаторов паровых турбин ТЭС от образования биологических обрастаний на трубопроводах охлаждающей воды.

2. Предложен механизм коррозионного процесса, адекватно описывающий полученные результаты.

Summary

The Methods gravimetric and corrosion diagrams are studied to corrosions steel St3sp in condition, prototyping washing capacitor steam turbines of power station from formation biological formations on pipe line coolling water.

Литература

1. Процессы генерации пара на электростанциях / М.А. Стырикович, О.И. Мартынова, З.Л. Миропольский и др. - М.: Энергия, 1969. - 312с.

2. Мартынова О.И. Влияние водно-химических режимов барабанных котлов на некоторые характеристики пара // Теплоэнергетика. - 1998. - №12. - С. 15-20.

3. Петрова Т.И. Исследование коррозии подогревателей сетевой воды ТЭЦ и пути её снижения // Теплоэнергетика. - 1999. - №12. - С. 20-23.

4. Громогласов А.А., Копылов А.С., Пильщиков А.П. Водоподготовка: Процессы и аппараты. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 272 с.

Поступила 06.03.2008

© Проблемы энергетики, 2008, № 9-10