Защита энергетического оборудования от коррозии металла и отложений

Тепловые энергетические установки работают в тяжелых коррозионных условиях: высокая температура (515 - 530°С) и давление (15 МПа) горячего пара. Оборудование расположено по блочной системе, поэтому замена какого-либо узла, который вышел из строя в результате коррозии металла – достаточно трудоемкое и нелегкое дело.

При сгорании угольной пыли на поверхностях нагрева скапливается зола. Она состоит, в основном, из кислых и основных оксидов (SO₃, CaO, SO₂, Na₂O, Al₂O₃, MgO, K₂O, Fe₂O₃), а также Cl₂ и H₂S. Плотный защитный слой в некоторой степени уменьшает скорость высокотемпературной коррозии поверхности нагрева, но если в состав отложений входят хлориды и сульфаты щелочных металлов, оксид ванадия – при температуре в 570°С коррозия усиливается.

Для защиты от коррозии, используются следующие методы: регулярная очистка нагреваемых поверхностей от зольных отложений, использование жаропрочных и коррозионностойких сплавов и сталей, введение присадок в топливо (иногда применяются ингибиторы), нанесение защитных покрытий.

В качестве покрытий применяют железофосфатные покрытия.При обработке стали кислыми солями ортофосфорной кислоты и одновалентных металлов на поверхности образуется слой аморфного фосфатного железа, масса которого колеблется от 0,03 до 0,07 мг/см . Нанесение таких слоев считают наиболее удобным и выгодным способом подготовки поверхности под покрытия из порошковых красок. Образование фосфатной пленки связано с протеканием химических реакций. Первоначально при контакте металла с кислым фосфатным раствором происходит его растворение с выделением водорода:

При наличии в растворе кислорода или других окислителей железо изменяет свою валентность, переходит из двухвалентного в трехвалентное:

Далее происходит образование фосфатного покрытия с участием ионов трех- и двухвалентного железа:

, ,

.

Окислители – нитриты, нитраты, хлораты, перхлораты, пероксиды, а также специальные органические вещества - ускоряют образование покрытия. В зависимости от используемых веществ применяют растворы с рН от 3,0 до 5,0 и от 4,5 до 6,0. Фосфатные покрытия, изолируя активные центры поверхности, замедляют процесс коррозии металлов. Фосфатирование солями цинка приводит к образованию покрытий кристаллической структуры. Они имеют серый цвет и хорошо сцепляются с металлом.

Химический состав ванны для получения цинкфосфатного покрытия более сложный, чем для железофосфатного. Он включает три основных компонента: растворимый фосфат металла (цинка, никеля, марганца), свободную фосфорную кислоту, окислитель. Механизм образования покрытия отличается от механизма при аморфном фосфатировании. Отличие заключается в том, что покрытие образуется в основном из металла, содержащегося в растворе, а не того, который покрывают. Воздействуя на анодные участки поверхности металла, раствор теряет свою кислотность (рН увеличивается). Это приводит к кристаллизации фосфата цинка на катодных участках с образованием фосфатного покрытия. Покрытие, образующееся из фосфата цинка на стальной поверхности, состоит из кристаллического тетрагидрата фосфата цинка Zn₃(PO₄)₂ x 4Н₂О (известного как гопеит) и смешанного цинк-железофосфата Zn₂Fe(PO₄)2 x 4Н₂О (известного как фосфофиллит). При наличии в растворе ионов других металлов - никеля, кобальта, марганца, кальция -они входят в состав покрытия вместо цинка. Осаждение фосфатов происходит до тех пор, пока не будет покрыта вся поверхность металла. Окислитель, который присутствует в растворе, связывает выделяющийся водород, замедляющий реакцию, и одновременно вызывает окисление двухвалентного железа, переводя его в нерастворимый фосфат трехвалентного железа. В качестве окислителя обычно выступают нитраты, перхлораты, пероксиды, различные органические окислители.