Коррозия поверхностей нагрева

Разрушение металла под действием окружающей среды называют коррозией. Металлические поверхности нагрева паровых и водогрейных котлов подвергаются коррозии как под действием продуктов сгорания, так и под действием нагреваемой среды. коррозия поверхностей нагрева со стороны продуктов сгорания называется на&ружной, а со стороны нагреваемой среды - внутренней.

Наружная коррозия поверхностей нагрева может быть низкотемпературной и высокотемпературной. Низкотемпературная коррозия поверхностей нагрева бывает кислородная и сернокислотная. Кислородная коррозия поверхностей нагрева может происходить при сжигании любого топлива, а сернокислотная - только при сжигании топлив, содержащих серу. Высокотемпературная коррозия поверхностей нагрева может происходить лишь при сжигании мазутов, в золе которых содержится ванадий.

Кислородной коррозии подвержены поверхности нагрева, температура стенки которых может оказаться равной температуре точки росы. При поступлении слишком холодной воды в водяной экономайзер или конвективную поверхность нагрева водогрейных котлов либо холодного воздуха в воздухоподогреватель на их поверхности происходит конденсация водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. В результате оседания влаги на поверхностях нагрева растворенный в ней кислород вступает во взаимодействие с металлом, разъедая его. С увеличением влажности топлива и содержания в нем водорода вероятность кислородной коррозии повышается. Так, например, при сжигании антрацитового штыба температура точки росы 27-28 °С, природного газа и торфа 55-60 °С. Поверхности нагрева, выполненные из стали, разрушаются быстрее, чем поверхности нагрева из чугуна.

Низкотемпературная сернокислотная коррозия поверхностей нагрева обусловлена наличием в продуктах сгорания серного ангидрида, получающегося при горении серы, содержащейся в мазуте или, например, в подмосковном буром угле.

При сгорании серы образуется сернистый ангидрид S0₂ и небольшое количество серного ангидрида S0₃. Имеющиеся в продуктах сгорания водяные пары, соединяясь с серным ангидридом, образуют пары серной кислоты H₂S0₄. Если температура стенки поверхности нагрева равна или меньше температуры точки росы, то на стенке конденсируются пары серной кислоты. В результате этого поверхность нагрева подвергается интенсивной сернокислотной коррозии. Образование SO₃ протекает более интенсивно при наличии свободного кислорода в продуктах сгорания. Поэтому повышенные значения коэффициента избытка воздуха в топке приводят к увеличению количества серного ангидрида. Температура точки росы продуктов сгорания тем выше, чем больше в них серного ангидрида.

Снижение интенсивности сернокислотной коррозии при сжигании сернистых мазутов достигается применением различных присадок. Присадки нейтрализуют S0₂ и S0₃, одновременно способствуя образованию более рыхлых отложений золы на поверхностях нагрева.

Результаты испытаний показали, что снижение коэффициента избытка воздуха на выходе из топки до 1,02-1,03 приводит к снижению низкотемпературной коррозии, которая при этих условиях характеризуется износом поверхности нагрева 0,2-0,3 мм/год.

Наличие небольшого количества ванадия в золе мазута приводит к высокотемпературной коррозии, которой подвергаются металлические элементы котла, работающие при температурах, больших 600 °С. При высоких температурах работают неохлаждаемые элементы котлов (например, подвески пароперегревателя), которые выходят из строя через 1-3 года.

Конкретные мероприятия, снижающие интенсивность коррозии наружных поверхностей нагрева, рассмотрены в § 8-2 и 8-3.

Внутренняя коррозия поверхностей нагрева паровых и водогрейных котлов в основном бывает следующих видов: кислородная, пароводяная, щелочная и подшламовая.

Кислородная коррозия поверхностей нагрева наблюдается как при работе котла, так и при нахождении его в резерве. Основным проявлением кислородной коррозии являются язвы, обычно закрытые оксидами железа. Если продукты коррозии имеют черный цвет, образованный наличием в них магнетитов (Fe₃0₄), и прочно связаны с металлом, то образование этих язв происходит па работающем котле. Если окислы железа рыжего цвета и легко удаляются с металла, то наиболее вероятно, что они образовались в периоды стоянки котла. Язвы, появляющиеся на работающем котле, обусловлены наличием кислорода в питательной воде и в первую очередь наблюдаются на входных участках водяного экономайзера, а при концентрациях кислорода свыше 0,3 мг/кг распространяются на барабан котла и опускные трубы. Язвы, появляющиеся на неработающем котле, указывают на так называемую стояночную коррозию. Стояночной коррозии могут подвергаться все участки котла.

Для защиты паровых и водогрейных котлов от кислородной коррозии применяется термическая деаэрация питательной и подпиточной воды, а также консервация котла при нахождении его в резерве или ремонте.

Защита от стояночной коррозии осуществляется следующими способами: при простоях котла более 1-2 месяцев консервацию производят путем использования раствора аммиака или газообразного азота, а при простоях до трех суток - путем заполнения котла деаэрированной водой и поддержания в нем постоянного избыточного давления.

Пароводяная коррозия поверхностей нагрева наблюдается при работе котлов с повышенными тепловыми нагрузками. В результате пароводяной коррозии на внутренних поверхностях экранных труб появляются бороздки и язвы, как правило, покрытые рыхлым слоем оксидов металла.

Щелочная коррозия поверхностей нагрева проявляется в виде местных разрушении экранных труб и хрупких повреждений в местах упаривания котловой воды. В большинстве случаев щелочная коррозия поверхностей нагрева сопровождается пароводяной коррозией. Хрупкие повреждения (межкристаллитная коррозия) возникают при взаимодействии металла с котловой водой. Они обусловлены высокими растягивающими напряжениями в металле, соприкасающемся с котловой водой; неплотностью соединений (например, вальцовочных); наличием в котловой воде растворенного едкого натра Межкристаллитная коррозия поверхностей нагрева возникает только при высокой относительной щелочности котловой воды. Под относительной щелочностью котловой воды понимают отношение ее щелочности к солесодержанию; определяют это отношение (в процентах) по формуле

где Щ_к.в - щелочность котловой воды, мг-экв/кг; С_к.в - солесодержание котловой воды, мг/кг; 40 - эквивалент едкого натра.

В соответствии с правилами Госгортехнадзора во избежание аварий паровых котлов, связанных с межкристаллитной коррозией металла, относительная щелочность котловой воды не должна превышать 20 %.

Для защиты паровых котлов от пароводяной и щелочной коррозии необходимо предотвращать расслоение пароводяной смеси, а также снижать местные тепловые нагрузки. Кроме того, не допускать выноса продуктов коррозии из питательного тракта в котлоагрегат; своевременно удалять образующиеся отложения оксидов и накипи кислотными очистками; организовать циркуляцию воды в трубах котла, предотвращающую глубокое упаривание котловой воды, расслоение пароводяной смеси и застой пара в отдельных трубах; не допускать разверку температуры пара в трубах пароперегревателя и обеспечивать высокую чистоту пара.

Подшламовая коррозия поверхностей нагрева происходит главным образом вследствие загрязнения питательной воды окислами железа и меди. В результате подшламовой коррозии образуются раковины, достигающие иногда в диаметре нескольких десятков миллиметров. Раковины в большинстве случаев имеют резко очерченные контуры. Скорость проникновения железооксидной коррозии вглубь металла колеблется в значительных пределах: от долей миллиметра до 1 мм в год и более. Повреждения поверхности металла труб независимо от их происхождения при поступлении в котел оксидов железа и меди становятся очагами подшламовой коррозии.

Оксиды железа и меди попадают в котлы вследствие коррозии оборудования тракта питательной воды и поверхностей нагрева самих котлов; коррозии элементов водяного тракта, расположенных до и после деаэратора (трубопроводов, баков, насосов, подогревателей, экономайзеров и т. д.); кислородной коррозии котлов и вспомогательного оборудования при нахождении их в резерве и ремонте. Для предупреждения поступления продуктов коррозии в котлы необходимо своевременно удалять оксиды железа и меди из полостей оборудования и тракта питательной воды, организовать отвод загрязнений из различных точек водяной системы и, самое главное, не допускать попадания этих загрязнений в питательную воду.