Глава третья коррозия металла паросилового оборудования и методы борьбы с ней

3.1. Основные положения

Металлы и сплавы, применяемые для изготовления теплоэнергетического оборудования, обладают способностью вступать во взаимодействие с соприкасающейся с ними средой (вода, пар, газы), содержащей те или иные коррозионноагрессивные примеси (кислород, угольную и другие кислоты, щелочи и др.). В результате воздействия агрессивной среды происходит коррозионное разрушение металла или сплава вследствие электрохимических и химических процессов, которое обычно начинается с поверхности и более или менее быстро продвигается вглубь.

При появлении на поверхности металла макро- или микрогальванических элементов на тех участках, где они соприкасаются с растворами электролитов и влажным паром, протекает электрохимическая коррозия, которая наиболее часто встречается в практике эксплуатации тепловых электростанций. Этому виду коррозии подвержены водоподготовительное оборудование; все элементы тракта питательной воды и трубопроводы, возвращающие конденсат с производства; парогенераторы; атомные реакторы; конденсаторы паровых турбин и тепловые сети.

При эксплуатации указанного паросилового оборудования всегда существуют условия для протекания электрохимической коррозии, в том числе контакт различных металлов, неоднородность поверхности, нарушение кристаллической решетки металла, неравномерность температурного поля, различие концентрации примесей в слоях раствора, контактирующих с металлом, и ряд других факторов.

Xимическая коррозия происходит в результате непосредственного окисления котельного металла высокоперегретым паром.

В практике эксплуатации энергоустановок наблюдаются также комбинированные случаи разрушения металла, т. е. совместное протекание химической и электрохимической коррозии. В результате коррозионного воздействия агрессивных агентов нa металл, непосредственно на его поверхности и в тесном контакте с ним, образуется защитная микропористая окисная пленка, которая представляет собой продукт коррозии металла и тормозит дальнейшее развитие коррозионного процесса. Чем полнее и равномернее окисная пленка покрывает поверхность металла, чем меньше в ней трещин, тем более высокими лимитными свойствами она обладает.

В практических условиях защитные свойства пленки определяются не только тем сопротивлением, которое она оказывает коррозионно-агрессивному агенту, но и ее сохранностью. Наибольшую целостность имеют защитные пленки, обладающие хорошим сцеплением с металлом, достаточно прочные и пластичные, с минимальной разницей в коэффициентах линейного расширения по сравнению с металлом.

Повреждения защитной пленки могут быть вызваны механическими, химическими или термическими процессами. Коробление барабанов парогенераторов, резкие колебания температуры стенки парообразующих труб вследствие попеременного омывания их водой и паром, воздействие на поверхность котельного металла концентрированных растворов NaOH при глубоком упаривании котловой воды и т. п. – все эти процессы могут разрушать защитную окисную пленку. Если защитная пленка по тем или иным причинам растрескивается и отслаивается от металла, то процесс коррозии развивается дальше с повышенной скоростью, которая постепенно замедляется, пока вновь не произойдет очередное разрушение защитной пленки. Следствием коррозии элементов парогенератора и тракта питательной воды является отложение окислов металлов как в парообразующих и пароперегревательных трубах, так и в проточной части паровой турбины.

Статистические данные свидетельствуют о том, что больше половины аварий и значительное число эксплуатационных неполадок, происходящих на тепловых электростанциях из-за дефектов водного режима, вызваны коррозионными повреждениями основного и вспомогательного оборудования.

Основными источниками появления окислов железа и меди в теплоносителе являются: а) коррозия элементов водо-парового тракта, в том числе водоподготовительного оборудования, трубных пучков регенеративных подогревателей и конденсаторов турбин, конденсатопроводов, баков для хранения обессоленной воды и конденсатов и др.; б) коррозия водяных экономайзеров; в) стояночная коррозия находящихся в резерве парогенераторов и вспомогательного оборудования при отсутствии их эффективной консервации; г) разрушение слоя окалины и окисных отложений на внутренних поверхностях барабанов, парообразующих и пароперегревательных труб; д) неэффективная шламовая продувка парогенераторов. На электростанциях сверхвысокого и сверхкритического давления наблюдается коррозионное растрескивание элементов оборудования, выполненных из аустенитных сталей. В практике известны случаи, когда этот опасный вид коррозии приводит за очень короткий срок к аварийному выходу из строя агрегатов. Коррозия элементов проточной части паровой турбины приводит к увеличению радиального зазора между лопатками и корпусом, что влечет за собой ухудшение КПД турбины.

Последствия коррозии паровых турбин, находящихся в резерве, весьма опасны. Поэтому защита их от коррозии во время простоев является таким же обязательным мероприятием, как и защита в процессе эксплуатации.

Необходимо учитывать, что коррозионные повреждения (свищи, трещины) конденсаторных труб как с паровой стороны (под действием NН₃ и О₂), так и с водяной (под действием агрессивной охлаждающей воды) могут привести к опасным загрязнениям конденсата из-за присосов охлаждающей воды.

Сужение поперечного сечения теплофикационных сетей вследствие образующихся при коррозии бугров или наростов окислов железа приводит к увеличению гидравлического сопротивления и снижению пропускной способности сетей. При работе тепловых сетей немалые неприятности причиняет обогащение воды продуктами коррозии, что может вызвать скопление их в застойных местах или на участках с малыми скоростями движения. Забивание коррозионными отложениями местных систем отопления целиком выводит из работы отдельные приборы и стояки.

Актуальность борьбы с коррозией в теплофикационных системах централизованного горячего водоснабжения связана со значительным ростом протяженности коммуникаций. Предотвращение возникновения коррозии оборудования паротурбинных установок и теплофикационных систем, а также поддержание длительной сохранности защитной окисной пленки на поверхности металла являются сложной задачей, для решения которой необходимо применять современные средства подготовки добавочной воды, обработки котловой воды, а также умело подбирать коррозионно-стойкие металлы и защитные покрытия.