Модуль 4

Тема 7 внутрикотловая коррозия коррозия внутренних поверхностей нагрева и других элементов котлов

Под коррозией металла понимают постепенное его разрушение, которое происходит в результате химического или электрохимического воздействия рабочей среды.

Коррозия металла поверхностей нагрева котла вызывает его преждевременный износ и приводит к серьезным неполадкам и авариям. Большинство аварийных остановов котлов приходится на сквозные коррозионные повреждения экранных, экономайзерных, пароперегревательных труб и барабанов котлов.

Скорость коррозии металлов измеряется уменьшением массы единицы площади поверхности за единицу времени (г/м²час), а также может выражаться в виде глубины проникновения коррозионного процесса за определенный период времени (мм/год).

Влияние внутренних и внешних факторов на коррозию металла

1. К внутренним факторам коррозии относятся свойства металла, такие как термодинамическая устойчивость, структура сплава, имеющиеся в металле напряжения, термическая и механическая обработка его, свойства образующихся на поверхности металла защитных пленок.

Термодинамическая устойчивость металла приближенно оценивается значением нормального равновесного окислительно-восстановительного потенциала. Электрохимическая коррозия может протекать тогда, когда существует начальная разность потенциалов системы «металл - рабочая среда».

В сплавах, имеющих неоднородную структуру, последняя оказывает существенное влияние на химическую стойкость металла. На характер коррозии влияет количественное соотношение составляющих.

Если неустойчивых компонентов очень мало, то после перехода в раствор атомов этих компонентов коррозия прекращается благодаря образованию поверхностного барьера из атомов устойчивого компонента. Когда в сплаве содержание устойчивого компонента невелико, расстояния в кристаллической решетке между атомами устойчивого компонента получаются достаточными для проникновения агрессивной среды, при этом состояния устойчивости не достигается, и сплав продолжает корродировать.

Упругие напряжения, возникающие под действием внешней нагрузки, понижают термодинамическую устойчивость. Растягивающие напряжения приводят к образованию рыхлых защитных пленок и их разрушению.

Термическая и механическая обработка металла может привести к повреждениям поверхности, появлению дефектов, которые являются концентраторами напряжений.

К свойствам защитных пленок металла, оказывающим влияние на коррозию относятся структура, толщина, адгезия и устойчивость. Пассивное состояние металла обеспечивают плотные, сплошные, тонкие (до 1 мкм толщиной) защитные пленки.

Магнетит (Fe₃O₄) обладает большим защитным действием, чем гематит (Fe₂O₃) и вюстит (FeO). Высокое защитное действие магнетита объясняется особенностью структуры его кристаллической решетки. Магнетит имеет структуру шпинели - FeOFe₂O₃. Когда окисляется многокомпонентный сплав, на его поверхности появляется защитная пленка, состоящая из нескольких окислов, например: FeONiO, FeOCr₂O₃ или Fe₂O₃Cr₂O₃. Они обладают защитными свойствами, превосходящими защитные свойства магнетита.

2. К внешним факторам коррозии относятся природа и состав электролита, температура раствора, значение рН, скорость движения среды и ее механическое воздействие на металл, влияние тепловых нагрузок.

Если рабочая среда – не электролит (перегретый пар), происходит только химическая коррозия, если рабочая среда – электролит (питательная и котловая вода, насыщенный пар, конденсат) происходит электрохимическая коррозия.

Скорость коррозии зависит от состава рабочей среды, т. е. природы примесей. Вещества, в присутствии которых скорость коррозии увеличивается, называют стимуляторами коррозии

Стимуляторы коррозии могут быть анодными и катодными. Анодными стимуляторами являются ионы, разрушающие защитную пленку металла, например, хлориды или ионы–комплексообразователи, например, ионы аммония в присутствии кислорода. Катодными стимуляторами являются окислители: кислород, нитриты и нитраты

Вещества, в присутствии которых скорость коррозии заметно уменьшается, называют ингибиторами коррозии.

Ингибиторы – специальные реагенты, которые вводятся для замедления коррозии. Они могут быть анодными, катодными, экранирующими, органическими и летучими. К анодным ингибиторам относится кислород при концентрации его не менее 200 мкг/л в среде высокой чистоты (æ< 0.3 мкСм/см) при отсутствии хлоридов и только для аустенитных сталей. К катодным ингибиторам относятся гидразин и сульфит натрия. Экранирующие (контактные) ингибиторы – это вещества изолирующие поверхность металла от непосредственного контакта с воздухом при длительном простое котлов (специальные составы для консервации МСДА или М-1, представляющие собой соли дициклогексиламина и жирных кислот). К органическим ингибиторам коррозии относятся реагенты, используемые при химических очистках в кислых средах (например, уротропин, каптакс, катапин, катамин, формалин, тиокарбамид, тиурам, составы ПБ-5, ОП-7, ОП-10). Летучие ингибиторы – это органические амины, используемые при консервации (НДА - нитрит дициклогексиламина, КЦА – карбонат циклогексиламина, ИФХАН – диэтиламино –2-метилбутанон-3 ).

Влияние температуры на скорость коррозии проявляется неоднозначно.

Коррозия с выделением водорода при повышении температуры усиливается. Коррозия с поглощением кислорода после окончания формирования плотной защитной пленки магнетита с дальнейшим повышением температуры убывает.

Влияние значения рН на образование защитных пленок на поверхности стали зависит от температуры рабочей среды:

- при низкой температуре с увеличением рН скорость коррозии уменьшается;

- при высокой температуре минимальная скорость коррозии наблюдается при рН, равном 9,5 ед.

Коррозия меди с увеличением рН уменьшается. Снижение коррозии цинка достигается в нейтральной и слабощелочной среде.

Повышение скорости движения среды оказывает благоприятное влияние на состояние металла (стали), т. к. коррозия становится более равномерной, но общие потери металла при этом увеличиваются.

Тепловая нагрузка является важным фактором коррозии металла, с ростом плотности теплового потока происходит разрушение защитных пленок на его поверхности.