Лабы / 4 / ЛР4

Национальны Исследовательский Университет «МЭИ»

кафедра АЭС

Лабораторная работа № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ОТЛОЖЕНИЙ С ОБРАЗЦОВ, ВЫРЕЗАННЫХ С ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩИХ

ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТОДОМ КАТОДНОГО ТРАВЛЕНИЯ

Группа: ТФ-12-20 Бригада:

Студенты: Долгов Р.Н. Дубынин И.А. Чумак М.О. Тулаганов Ж.Ш.

Преподаватель: Иванов С.О. Дата выполнения: 25.09.23

Москва 2023

Часть 1

Цель работы

Ознакомление студентов с методами определения количества отложений, образующихся на теплопередающих поверхностях в процессе эксплуатации оборудования.

Теоретические основы работы

Для оценки состояния поверхностей нагрева парогенераторов, подогревателей высокого и низкого давлений (ПВД и ПНД) и других теплообменников в процессе эксплуатации систематически через определенные промежутки времени проводятся вырезки контрольных образцов труб, которые подвергаются осмотру. Результаты осмотра фиксируются соответствующим актом, где указываются характер отложений, их толщина, количество, а также состояние металла под отложением. После осмотра из этих труб вырезают небольшие темплеты размером 30х30 мм для определения удельной загрязненности.

Удельная загрязненность поверхности определяется методом катодного травления и выражается в [г/м2].

Катодное травление основано на принципе электрохимической защиты металла от коррозии.

Подавление процесса коррозии осуществляется путем катодной поляризации защищенной поверхности металла.

При катодной защите металлическая деталь присоединяется к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока.

Чтобы полностью прекратить коррозию металла катодной электрохимической защитой, нужно пропускать от внешнего источника ток такого значения, при котором потенциал сплава достигает своих равновесных значений. Для сталей таким равновесным потенциалом является равновесный потенциал железа. Металл можеть быть защищен методом катодной поляризации

2

в том случае, если он окружен элктролитом, проводящим защитный ток. Этим электролитом может быть ингибированная серная кислота, моноцитрат аммония, щелочь и т.п.

Для удаления отложений с поверхности стальных труб рекомендуются режимы катодного травления, приведенные в таблице ниже:

Табл. 1. Режим катодного травления в зависимости от состава электролита

Время травления различно и уточняется в каждом отдельном случае в зависимости от количества и состава отложений. Время травления колеблется от 1 до 60 минут. Плотность тока для определенной марки стали устанавливается экспериментальным путем и колеблется в пределах от 1 до 5 А/дм2.

Перед катодным травлением образцов труб определенной марки проводятся контрольное катодное травление металлических пластин из этой же стали с целью определения потерь металла. Окончательно значение рабочей плотности тока выбирается по минимальным потерям всех контрольных образцов, которые не должны превышать 0.001 г на один образец. Поверхность образца, не подлежащая удалению отложений, покрывается водостойким лаком.

3

Экспериментальная установка

Рис. 1. Экспериментальная установка Рабочая схема установки показана на рис. 1. В нее входят лабораторный

трансформатор ЛАТР, выпрямитель постоянного тока типа ВСА-6К, электролитическая ячейка и миллиамперметр.

Необходимый для катодного травления постоянный ток напряжением 3 – 12 В получают с помощью выпрямителя, который подключается к лабораторному трансформатору.

Электролитическая ячейка состоит из стеклянного стакана с крышкой, являющейся держателем электродов и имеющей зажимы для образцов. Ток в цепи миллиамперметром.

Обработка результатов измерений

Определим необходимый ток для режима катодного травления:

I = ρ * F = 1.6 [А/дм2] * 20 [мм] *34 [мм] *10-4 = 0.1088 [А]

Где ρ – плотность тока [А/дм2]; F – площадь поверхности исследуемого образца.

Лабораторная работа проведена теоретически.

4

МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ КОРРОЗИИ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ АУСТЕНИТНЫХ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Часть 2

Цель работы

Изучение применяемых в настоящее время экспресс-методов для определения склонности к коррозионному растрескиванию хромистых и хромоникелевых сталей, находящихся под воздействием механический напряжений и коррозионно-агресивной среды.

Теоретические основы работы

Изучаемый в данной работе метод основан на том, что образцы аустенитных сталей типа Х18Н10Т помещаются в более жесткие условия по сравнению с условиями их службы в реальных установках, благодаря чему удается за весьма короткий промежуток времени оценить склонность этого материала к коррозии под напряжением.

Для исследования берут плоские образцы металла размером 100x10х2 мм и сгибают их для получения U-образной формы радиусом 6 – 7 [мм], при этом в образце возникают напряжения, превышающие предел текучести.

Образцы помещают в раствор, являющийся агрессивным по отношению к испытываемым материалам этой стали. Для этого используют раствор серной кислоты с добавлением 20 [мг/л] хлористого натрия и 50 – 100 [мг/л] хлористого железа.

Этот состав применяется в электрохимическом методе, позволяющем оценить склонность нержавеющих сталей к коррозии под напряжением. В данном методе на образцах металла создаются условия, которые выводят металл из пассивного состояния в результате подключения образца к клеммам трансформатора переменного тока с надписью 12 [В]. В этих условиях поверхность образца находится в активном состоянии и на участках сгиба происходит растравливание α-фазы металла, приводящее к образованию трещин.

5

Оценка склонности металла к коррозии под напряжением производится путем визуального осмотра поверхности напряженных участков образцов с помощью микроскопа МЕТ-17АТ.

Приборы и оборудование

Делительный трансформатор 12 [В], работающий от сети переменного тока напряжением 220 [В]; миллиамерметр; электролитическая ячейка; плоские образцы – 2 штуки; микроскоп МЕТ-17АТ.

Экспериментальная установка

Рис. 2. Экспериментальная установка:

1 – делительный трансформатор; 2 – стакан; 3 – крышка; 4 – образцы; 5 – образцы; 6 – миллиамперметр; 7 – реостат.

К клеммам делительного трансформатора с напряжением 12 [В] подключают электролитическую ячейку, в которую входит стакан для электролита с крышкой, в которой закреплены зажимы для установки в них исследуемых образцов. Делительный трансформатор включают в сеть переменного тока напряжением 220 [В]. Ток в цепи измеряют миллиамперметром переменного тока. Для регулировки силы тока в схему включен реостат.

6

Обработка результатов измерений Лабораторная работа проведена теоретически.

Вывод по лабораторной работе

Мы провели лабораторную работу по исследованию склонности металлов к коррозии методом помещения их под напряжение в более жесткие условия по сравнению с рабочими. Сравнив образцы до исследования и после, мы пришли к выводу что структура металла разрушается под воздействием электрохимической коррозии. Также мы провели исследования по определению количества отложений на рабочей поверхности нагрева и пришли к выводу, что образование отложений самопроизвольный неконтролируемый процесс, который приводит к:

а) Слои отложений, покрывающие поверхность нагрева, уменьшают коэффициент теплопередачи (λ = [Вт/м * К]) между водой и газами, что в итоге вызывает перерасход теплоносителя.

б) Отложения на поверхности нагрева повышает температуру стенки водогрейной или дымогарной или жаровой поверхности, причем повышение температуры стенки будет тем больше, чем толще слой отложений и чем меньше её коэффициент теплопроводности (λ = [Вт/м *

К]).

в) Повышение температуры стенки трубы (tст) вызывает снижение как предела прочности металла, так и предела текучести. Вследствие этого происходит разрыв труб или образование свищей и отдулин, т.е. таких явлений, которые вызывают выход теплообменного оборудования из строя.

7