книги из ГПНТБ / Цирульников, Л. М. Защита газомазутных котлов от сернокислотной коррозии [монография]

грунтовой эмалью. В двух других пакетах сгруппированы листы с некачественным двухслойным покрытием, обусловившим начальное разрушение эмали в пределах 10—12% поверхности по сравнению с 0,5—3% у листов с «нормальным» покрытием. В РВП-2А установлены 6 пакетов (два сектора) с металлической набивкой толщиной 1,2 мм

Рис. 54. Зависимость скорости коррозии (а) и интенсивности загрязнения (б) образцов от температуры стенки:

1 — с покровной и грунтовой эмалями, 2 — с грунтовой эмалью. 3 -*• без эмали.

для получения сравнительных данных о коррозионной стойкости эма­ лированной и металлической поверхностей нагрева.

РВП оснащены калориферами для предварительного подогрева воз­ духа, схемой промывки холодной технической водой (2—2,5 бар, 8,3 кг/сек), подаваемой через многосопловые стационарные устрой­ ства. Кроме того, на РВП-2Б смонтирована система воздушной об­ дувки.

120

Для получения коррозионных характеристик эмалевого покрытия и металла в РВП установлены специальные образцы, предварительно взвешенные с точностью до 0,01 г и измеренные с точностью до 0,1 мм. Часть образцов была покрыта грунтовой эмалью, часть грунтовой и слоем покровной эмали, 4 образца — грунтовой и 2 слоями покровной эмали. Остальные образцы изготовлены из стандартной интенсифици­ рованной набивки.

За 7224 час. РВП промывались 9 раз: первые 10—15 мин. — горячим конденсатом из дренажных баков, а затем — технической водой со средней температурой 15° С. Общая длительность промывок каждого РВП составила 14,5 час.

Определение скорости коррозии образцов показало (рис. 54, а), что при прочих равных условиях у эмалированных образцов (с двух­ слойным покрытием — грунтовой и кислотостойкой эмалью) она при­ мерно в 8,5 раз меньше, чем у металлических, и в 3 раза меньше, чем у образцов с грунтовой эмалью. Замеренное значение скорости коррозии 0,54 г!Mi час на последнем по ходу газов металлическом образце явля­ ется заниженным, так как при расчете время, за которое образец разру­ шился полностью, условно было принято равным длительности испыта­ ний на мазуте и смеси его с газом. На самом же деле скорость коррозии холодных концов металлических листов толщиной 1,2 мм, уста­ новленных в том же РВП, была значительно выше, так как большая часть их прокорродировала на высоту от 80 до 150 мм, что соответству­ ет скорости коррозии от 0,76 до 1,5 г/м2 час. Эти значения согласу­ ются с результатами, приведенными в главе IV.

Образцы и листы с одним и двумя слоями кислотостойкой эмали находятся в примерно одинаковом состоянии и характеризуются малой убылью веса. В то же время необходимо иметь в виду, что полная гаран­ тия сохранения сплошности эмалевого покрытия в процессе длитель­ ной эксплуатации котлов на высокосернистом мазуте может быть полу­ чена при двукратном покрытии эмалью.

Определение интенсивности эолового заноса показало (рис. 54,6), что металлическая набивка загрязняется примерно в 7 раз быстрее, чем эмалированная. Еще более интенсивно загрязняется набивка, покрытая грунтовой эмалью, что, по-видимому, связано с шерохо­ ватостью поверхности, возникающей из-за недостаточной коррози­ онной стойкости грунтового покрытия, ис ухудшением условий очистки ее от отложений.

Эмалированная набивка так же, как и металлическая, загрязняется тем интенсивнее, чем ниже ее температура. В связи с этим можно ожи­ дать, что при отключении калориферов будет наблюдаться резкое увеличение интенсивности заноса. Поэтому целесообразно предвари­ тельно подогревать воздух на входе в РВП для обеспечения температу­ ры стенки не ниже 90 ÷ 100° С.

Эмалированная набивка покрыта сажистыми сухими рыхлыми от­ ложениями толщиной примерно 1 мм. Отдельные проходные каналы в набивке полностью или частично забиты. На металлических листах толщина слоя отложений достигает 3—5 мм. Отложения плотные и пло­

121

хо удаляются. На нижнем торце металлической набивки образова­ лись «сосульки» зеленоватого цвета длиной 30—60 мм. По химическо­ му составу отложения, отобранные с металлической и эмалированной набивок, существенно разнятся. На эмалированной набивке по сравне­ нию с металлической в составе отложений оказалось горючих пример­ но в 2 раза меньше, серной кислоты — в 1,5 раза, железа — в 10— 20 раз. Эти данные свидетельствуют о большей коррозионной стойкости эмалированной набивки.

В период испытаний опробованы два способа очистки РВП с эма­ лированной набивкой: обдувка сжатым воздухом (3 бар, 60—70° С) и промывка водой по указанной технологии. Обдувка отложений с эма­ лированной набивки воздухом оказалась мало эффективной и в даль­ нейшем не применялась. По-видимому, малую эффективность можно объяснить главным образом низким давлением сжатого воздуха, по­ этому целесообразно осуществить промышленную проверку эффектив­ ности обдувки отложений с эмалированной набивки давлением не ниже 15—20 бар. Очистка водой по принятой на электростанции технологии оказалась достаточно эффективной и обеспечила длительную (до 4 ме­ сяцев) непрерывную рабочую кампанию котла на высокосернистом мазуте без ограничения паропроизводительности с полным восстанов­ лением первоначального сопротивления РВП после промывки.

Результаты химического анализа проб промывочных вод после РВП, отобранных в ходе очистки их от отложений, свидетельствуют отом, что длительность промывки РВП может быть ограничена 60— 90 мин. при частоте 1 раз в месяц, температуре холодного воздуха 50° С, а уходящих газов 160° С.

Первые два осмотра РВП до и после воздушной обдувки произведе­ ны через 250 час. работы котла на мазуте и смеси с газом. Установле­ но, что обдувка не обеспечивает удовлетворительной очистки эмали­ рованной набивки от отложений (рис. 55, α). В связи с этим от регуляр­ ных воздушных обдувок отказались и проводили только водные промывки РВП. Следующие 2 осмотра эмалированной набивки были проведены после4 месяцев работы (до и после водной промывки). После осмотра и отбора проб отложений выполнили промывку РВП. Набивка полностью очищена от отложений, разрушений не имела (рис. 55, б).

После 10-месячной работы с 9 промывками эмалированная набивка практически не имела разрушений (рис. 56, а), в то время как метал­ лическая прокорродировала на высоту 50—150 мм (рис. 56, <з).

Аналогичное состояние эмалированной набивки зафиксировано при осмотре очищенных воздухоподогревателей после 14-месячной эксплуатации котла преимущественно на высокосернистом мазуте (рис. 56, б). Эмалированная набивка находилась в нормальном эксплуа­ тационном состоянии. А’іассовых сколов, отслоений или других разру­ шений эмалевого покрытия не наблюдалось. Имели место лишь локаль­ ные торцевые (нижние) повреждения эмали и коррозионные разруше­ ния на высоту до 5 мм, что является неизбежным следствием техноло­ гии эмалирования (из-за невозможности покрытия торца листа эмалью)

і 22

и отклонениями от технических условии при сборке ÎÎ монтаже паке­ тов с эмалированной набивкой. Между тем указанные повреждения локализуются и не являются очагом дальнейшего интенсивного разру­ шения эмали. Особенно наглядно это иллюстрируется состоянием1 набивки с качественно выполненным эмалевым покрытием.

Необходимо подчеркнуть, что состояние всей эмалированной набив­ ки значительно лучше, чем коррозионных образцов с тем же покры­ тием. Это объясняется тем, что образны разрушались главным образом

Рис. 55. Внешний вид эмалированной набивки после

10-дневной эксплуатации без очистки (а) и после

4-месячной эксплуатации и очистки (б).

вблизи мест крепления их к установочным листам, а набивка вследст­ вие свободной укладки листов в пакеты не имела таких очагов разру­ шения. В то же время металлическая набивка продолжала интенсивно разрушаться (рис. 56, г). Одновременно прокорродировали радиальные уплотнения и нижние планки пакетов. Это привело к выпадению 8 паке­ тов с эмалированной набивкой из роторов РВП в газоход работающего котла.

В период последующего останова выпавшая эмалированная набив­ ка была перепакетирована и восстановлена в ячейках. Состояние вы-

123

павших листов не отличалось от первоначального. На отдельных эма­ лированных листах, и новых, и бывших в эксплуатации, заметны сколы эмали на дистанционирующих гофрах. По мнению технологов, это свя­ зано с малыми радиусами закруглений гофр, которые по проекту со­ ставляют около 2 мж.

В связи с этим предложено, чтобы гофры эмалированных листов выполнялись с радиусом закругления не менее 5 толщин этих листов (Надыров и др., 1972). При минимальной толщине листа 0,6 мм радиус закрепления составит не менее 3 мм.

После 14 месяцев эксплуатации прокорродированные металличе­ ские пакеты были заменены новыми. Одновременно с целью снижения температуры уходящих газов был смонтирован промежуточный «горя­ чий» слой высотой 300 мм. Задействована паровая обдувка РВП, по­ зволившая полностью заменить водную обмывку. Осмотр набивки после 22 месяцев эксплуатации показал, что ее состояние не отличается от первоначального. Срок службы эмалированной набивки достиг 4 лет.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что эмалированная набивка РВП обладает достаточной коррозионной стойкостью и явля­ ется перспективной антикоррозионной поверхностью нагрева для кот­ лов, работающих на высокосернистом мазуте.

Исследования теплообмена и сопротивления показали, что коэффи­ циенты использования поверхностей нагрева РВП с эмалированным «холодным» слоем практически не отличаются от полученных в испы­ таниях отечественных РВП с металлической набивкой и в среднем со­ ставляют 0,88.

Поправочный коэффициент к аэродинамическому сопротивлению по воздушной стороне близок к нормативному (1,2). Он совпадает с данными, полученными при испытании РВП ЗиО, и оказывается ниже, чем поправочный коэффициент к аэродинамическому сопротивле­ нию РВП ТКЗ. Поправочный коэффициент к аэродинамическому сопротивлению газовой части примерно на 25—30% ниже, чем воз­ душной.

Таким образом, по коэффициенту использования поверхности на­ грева РВП с эмалированным «холодным» слоем практически не отлича­ ется от РВП с металлической набивкой. Поправочный коэффициент к аэродинамическому сопротивлению исследованных РВП в среднем равен 1,53, т. е. ниже, чем у РВП ТКЗ с металлической набивкой при работе котлоагрегата на мазуте подобного состава.

При изготовлении эмалированной набивки велся тщательный контроль за соблюдением технологии эмалирования и качеством металла.

Опыт показывает, что несоблюдение требований к качеству метал­ ла, нарушение технологии эмалирования, как и нарушение режима промывки РВП или сжигания мазута, может отразиться на получен­ ных результатах. В частности, нарушение технологических требований на котле ТМ-84 (для эмалирования была использована высокоугле­ родистая сталь, содержание углерода более 0,17%), привело к тому,

125

что на эмалированных листах появилась масса «рыбьей чешуи» и на­ бивка начала разрушаться уже через полгода эксплуатации. На котле ТГМ-84 через год эксплуатации эмалированной набивки разрушению подверглись кромки листов и выпуклые части гофр с радиусами закругления 2 мм и менее. Коррозия появилась только в местах откола эмали. Под слоем эмали металл коррозии не подвергается.

Откол эмали на поверхности листов мог произойти только при ме­ ханическом воздействии, превышающем силы сцепления эмалевого слоя с металлом. Такое воздействие произвели при установке пакетов в ротор РВП, когда оказалось, что большинство средних и малых па­ кетов имело габариты больше размеров ячеек ротора, в связи с чем пришлось пакеты разрезать, разбирать, эмалированные листы разре­ зать газопламенной горелкой.

При резке эмалированных листов газовым пламенем происходил неравномерный нагрев эмалевого слоя вдоль линии разреза, что при­ водило к ослаблению сцепления эмали с металлом и появлению зна­ чительных напряжений в эмалевом слое за счет различия коэффициен­ тов термического расширения эмали и металла при больших темпера­ турах газового пламени.

На следующем этапе — вторичной сборке — для создания плотной укладки часть листов помещалась в пакет при помощи ударного воз­ действия. Дополнительные большие напряжения на выпуклых частях горф с малыми радиусами закруглений возникали при обжиге эмале­ вого покрытия. В этих местах эмалевое покрытие испытывает большие напряжения растяжений, которым оно сопротивляется значительно хуже, чем напряжениям сжатия.

При ударных нагрузках происходил откол эмали на наиболее ослабленных местах листов (гофры, кромки), причем оголенная поверх­ ность металла за счет увеличения числа очагов коррозии более подвер­ жена разрушению, чем неэмалированная набивка, имеющая вдвое большую толщину. Повышение коррозии дистанционирующих гофр с нарушенным эмалевым покрытием привело к расчленению некоторой части листов по их высоте на отдельные полосы, которые выпали из крепления пакета. Оставшиеся листы получили возможность переме­ щаться в пакете. При промывке РВП водой, непрерывной продувке давлением около 140 бар листы ударялись друг о друга и об элементы крепления пакетов, что приводило к резкому увеличению числа отко­ лов эмали и возрастанию коррозии.

Появлению откола эмали, кроме вышеуказанных причин, способ­ ствовало наличие поперечных рисок на дистанционирующих гофрах, образовавшихся в процессе изготовления набивки. Риски имели очень малый радиус закругления (менее 1 мм), что ослабляло сцепление эмали с металлом в большей степени, чем напряжение на гофрах, имею­ щих несколько большие радиусы закруглений.

Листы набивки, изготовленные заводом «Рубин», подвергались кор­ розии в большей степени, чем листы, заэмалированные на заводе «Металлист». Это связано не только с указанными причинами, но не применением грунтовой эмали 3132/2015, которая характеризуется худ­

126

шим сцеплением с металлом на поверхностях с малыми радиусами закруглений, чем грунтовая эмаль 189.

Значительная коррозия эмалированных листов смогла проявиться за столь короткий срок не только из-за рассмотренных причин, но и в связи с очень тяжелыми условиями эксплуатации. Длительная эксплу­ атация (в течение 6 месяцев) без предварительного подогрева воздуха приводила к повышенному загрязнению набивки, что заставляло чаще производить промывку воздухоподогревателя. Это способствовало ус­ корению разрушения эмалевого покрытия, так как увеличивалось число соударений листов в ходе промывок, появлялись новые отколы эмали, выпадали разрушенные листы.

Содержание углерода при выборочной проверке листов кровель­ ного железа, из которого изготавливалась набивка с гладкими кана­ лами, не превышало 0,115%, т.е. было близко к допустимому по усло­ виям эмалирования пределу — 0,12%. В то же время по условиям из­ готовления кровельного железа содержание углерода в отдельных партиях может значительно превышать указанное значение, что при­ водит к появлению на части листов в процессе длительной эксплуата­ ции дефекта эмалевого покрытия, называемого «рыбьей чешуей». По­ этому дальнейшее применение кровельного железа для изготовления эмалированной набивки было признано нецелесообразным.

В отличие от эмалированной стандартная металлическая набивка

ния набивки разрушались более интенсивно. По ориентировочной оцен­ ке, скорость коррозии металла достигала 1,5÷2 гім^-час.

Примерно такие же значения скорости коррозии были зафиксиро­ ваны и другими исследователями, изучавшими коррозионные повреж­ дения низкотемпературных элементов мазутных котлов, длительно работающих без предварительного подогрева воздуха и поэтому под­ верженных активному загрязнению отложениями, которые удаляются с помощью частых водных промывок. Следовательно, при прочих рав­ ных или близких условиях наличие коррозионно-стойких поверхнос­ тей нагрева, например, эмалированная набивка РВП, не может вызвать усиления коррозии незащищенного металла.

Предположение об усилении коррозии незащищенного металла, если другая часть защищена антикоррозионным покрытием, возникло из следующего условия: образующаяся серная кислота распределяется не по всему металлу, а только по незащищенной части, что должно вызвать более активную ее коррозию. Однако известно, что в мазут­ ных котлоагрегатах с металлом взаимодействует лишь некоторая часть образовавшейся серной кислоты (см. гл. 1). Поэтому трудно утверждать, что уменьшение поверхности нагрева, подвергающейся коррозии в условиях постоянства температуры, концентрации кис-

127

Глава VI. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ОПТИ­

МАЛЬНАЯ ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ЗАЩИТЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА ОТ СЕРНОКИСЛОТНОЙ

КОРРОЗИИ

Для защиты металла от коррозии, в частности сернокислотной,, расходуются огромные средства. Ежегодные потери металла от кор­ розии во всем мире составляют примерно 30% его общего годового производства. Не менее 35% всех ремонтных работ связаны с корро­ зией. Расходы на защиту от коррозии за 1960 г. составили в США более 2 млрд, долларов, а в ФРГ — почти 1,2 млрд, немецких марок. Естест­ венно, на борьбу с коррозией, в том числе хвостовых поверхностей нагрева мазутных котлов, направлены усилия многих ученых и инже­ неров. В результате исследованы, разработаны и внедрены различные способы предотвращения или ослабления сернокислотной коррозии, некоторые из них рассмотрены выше. Однако они требуют значитель­ ных капитальных или эксплуатационных затрат, поэтому некоторые авторы считают, что в ряде случаев борьба с коррозией оказывается малоэкономичным мероприятием. Например, видный советский теп­ лотехник Μ. С. Масленников (1958) писал: «Вполне возможно, что преднамеренная жертва части хвостовых поверхностей процессам кор­ розии может оказаться экономически более выгодным решением, чем применение специальных защитных мероприятий. В мировой практике подобные решения уже встречались».

Следует учитывать и то, что некоторые из рассмотренных способов защиты от коррозии при использовании для определенной группы оборудования могут вызвать побочные явления, снижающие экономич­ ность или надежность котла. В качестве примера можно привести попытку перевода котлов ПК-41 на режим сжигания высокосернистого мазута с малыми избытками воздуха. При снижении избытков воздуха возросла температура факела, радиация в топке усилилась, восприня­ тая тепловая нагрузка экранов нижней радиационной части превыси­ ла 700 квт/мг, а температура их стенок оказалась выше допустимой, вследствие чего экраны начали катастрофически выходить из строя (Глебов, 1969, 1970). В других случаях перевод на малые избытки воз­ духа не целесообразен в связи с активным сажеобразованием (Каря­ кин, Кузнецов, 1968). >

129