Г) Электрохимическая коррозия в водяном тракте энергетического блока

Как уже рассматривалось в предыдущем параграфе, электро-химическая коррозия связана с возникновением микрогальванических элементов на границе металл - рабочее тело. Анодный и катодный процессы могут протекать поочередно на одном и том же месте или, в большинстве случаев, они разделены пространственно (рис.1.5.7).

Анодный процесс - окисление металла, в результате чего ион металла Fe²⁺ переходит в воду, а электроны накапливаются в металле: Fe = Fe²⁺ + 2e^-.

На катоде происходит ассимиляция (поглощение) электронов деполяризаторами, в качестве которых могут выступать H⁺ или O₂:

2H⁺ + 2e^- = H₂; O₂ + 2H₂O + 4e^- = 4OH^-.

Соответсвенно называют коррозией с водородной или кислородной деполяризацией.

Водородная деполяризация характерна для кислых растворов. В нейтральных и щелочных средах основную роль играет кислородная деполяризация. Деполяризатор уменьшает поляризацию коррозионного элемента, т.е. увеличивает ЭДС и скорость коррозии.

Учитывая, что деполяризаторами могут быть не только кислород и водород, но и другие примеси воды, что ионы железа вступают в реакции с рядом веществ в растворе и удаляются от электрода, процесс коррозии может быть незатухающим. Для снижения скорости коррозии следует уменьшать концентрацию деполяризаторов и других веществ в растворе.

Одним из эффективных способов уменьшения скорости эектрохи-мической коррозии является создание на поверхности металла защитной пленки.

Механизм образования в зоне пассивации защитной оксидной пленки зависит от температуры.

При температуре ниже 200^оС ион железа, перешедший из металла в теплоноситель на анодном участке, взаимодействует с молекулами воды: 3Fe²⁺ + 4H₂O = Fe₃O₄ + 2e^- + 8H⁺; 8H⁺ + 4e^- + 2O₂ = 4H₂O.

Для протекания этих реакций должно быть определенное коли-чество кислорода в воде: при рН = 7 необходима концентрация кислорода порядка 400 мкг/кг, при рН > 7 - значительно меньше.

Следовательно, чтобы снизить скорость коррозии при температуре менее 200^оС, в конденсатном тракте желательно иметь величину рН порядка 7 и удалять кислород.

Образовавшийся в объеме теплоносителя магнетит частично кристаллизуется и адсорбируется на поверхности металла. Оксидная пленка на поверхности при этом получается недостаточно плотной и прочной, она не защищает полностью металл от протекания коррозии.

В питательном тракте (группа ПВД), экономайзере, испарительном участке при докритическом давлении, в топочных экранах котлов сверхкритического давления, т.е. в зонах, где температура свыше 200^оС, образование защитной пленки на поверхности металла протекает одновременно по двум механизмам - химической и электрохимической коррозии.

В поверхностном слое металла происходит окисление железа по уравнению химической реакции (коррозии)

3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂.

Слой магнетита растет от начальной границы металла "а" (рис.1.5.8) внутрь основного металла, образуя так называемый топотактический слой (внутренний слой) "б" защитной пленки.

Образовавшиеся в результате электрохимической коррозии ионы Fe²⁺ диффундируют через защитную пленку и в растворе реагируют с гидроксильными ионами, образовавшимися на катодном участке:

Fe²⁺ + 2OH^- = Fe(OH)₂.

Это соединение превращается в магнетит (по реакции Шикорра)

3Fe(OH)₂ = Fe₃O₄ + H₂ + 2H₂O.

Образовавшийся в растворе магнетит кристаллизуется и адсорбируется на поверхности и бразует менее плотный внешний слой (эпитактический слой) "в" защитной пленки (рис.1.5.8).

Таким образом, при высокой температуре защитная оксидная плен-ка состоит из двух слоев: внутреннего слоя, по своим характеристикам (плотность, теплопроводность) близкого к основному металлу и внешнего слоя, состоящего из более или менее плотно упакованных кристаллов магнетита, пропитанных теплоносителем, плотность этого слоя и теплопроводность его меньше основного металла и внутреннего слоя.

Для сохранения защитной оксидной пленки необходимо: соблюдать высокое качество питательной и котловой воды; очищать паровые котлы от накипи, отложений, шлака; во время останова парового котла и другого оборудования подвергать его консервации; при водной промывке и гидравлических испытаниях использовать деаэрированную, обессоленную и не содежащую взвешенных примесей воду.