22 Коррозия металла внутренних поверхностей нагрева

В результате физико-химических процессов, возникающих при взаимодействии металла с омывающей его средой, может возникать процесс разрушения металла, который называют коррозией. Если коррозионный процесс сопровождается протеканием электрического тока, его называют электрохимической коррозией. Сущность электрохимической коррозии состоит в том, что при соприкосновении металла с электролитами создаются условия для возникновения на поверхности обратимых и необратимых электродов, разность потенциалов которых и обусловливает наличие коррозионного тока. Если процесс коррозии подчиняется законам химических гетерогенных реакций и при этом не возникает электрический ток, его называют химической коррозией. Для условий работы металла поверхностей нагрева при относительно высокой их температуре характерна электрохимическая коррозия.

При электрохимической коррозии в водной среде одно­временно происходят окисление металла с переходом его ионов в раствор и накоплением эквивалентного количества электронов в металле и ассимиляция избыточных электронов частицами, находящимися в растворе электролита. Баланс этих реакций и дает токообразующую реакцию, являющуюся причиной коррозионного процесса, в результате которого может возникать твердая фаза продуктов коррозии. Например:

Молекулы воды в указанных уравнениях опущены.

При повышенных температурах металлической стенки определяющее значение имеет химическая коррозия, при которой происходят диффузионные процессы в металлической стенке, в результате чего на ее поверхности образуется защитная пленка.

Химическая коррозия возникает при взаимодействии с металлом агрессивных газов О₂ и СО₂, а также пара при высоких температурах стенки. Соответственно различают кислородную и пароводяную коррозии.

Реакция окисления металла кислородом протекает по схеме

где m — число взаимодействующих атомов; n — валентность металла; Me—атомы металла.

Состояние равновесия реакции будет иметь место при условии равенства парциального давления кислорода р₀ в газовой фазе и упругости диссоциации оксида . Когда, реакция будет протекать в сторону образования оксида.

При температуре металла например выше 250°С на его поверхности образуется оксидная пленка в виде плотного слоя, состоящего в основном из Fe₃0₄, препятствующая дальнейшему развитию коррозии. Образованию плотной пленки Fe₃0₄ способствует повышенное значение рН воды. Наличие растворенной в воде СО₂ увеличивает коррозию, поскольку повышается кислотность среды, понижается рН и уменьшается прочность защитной пленки из продуктов коррозии. Для кислородной коррозии характерно появление местных изъязвлений, в том числе в местах соединения отдельных деталей.

Взаимодействие водяного пара с металлом происходит при температурах выше 500°С путем диффузии. Это взаимодействие является окислительно-восстановительным процессом, при котором происходят следующие реакции:

Образующаяся в результате процесса пароводяной коррозии пленка защитных оксидов при температуре ниже 570 °С преимущественно состоит из Fe₃0₄.

В испарительных поверхностях нагрева в результате взаимодействия металла с едким натрием Na(OH) при высокой его концентрации в воде (более 3%) возникает щелочная коррозия. Разновидностью щелочной коррозии является межкристаллическая коррозия — каустическая хрупкость металла, которая возникает в вальцовочных соединениях под влиянием высоких механических напряжений при наличии высокой щелочности воды. Предотвращение щелочной коррозии достигается уменьшением агрессивных свойств воды путем поддержания в ней в определенном соотношении концентраций гидратной щелочи и других ионов.