Коррозионные испытания образцов в условиях, имитирующих химическую очистку

Цель работы

Целью работы является:

- закрепление, углубление и расширение знаний студентов при изучении методов контроля состояния внутренней поверхности труб котла;

- овладение практическими приемами оценки интенсивности процессов коррозии и образования отложений;

- развитие у студентов профессиональных навыков при проведении экспериментальных исследований и обработке результатов.

2 Предмет и содержание работы

Результаты текущего и уточненного химического контроля водно-химического режима нельзя считать полностью достоверными из-за недостаточной представительности проб и точности определений содержащихся в них примесей.

Эти обстоятельства требуют особого внимания к оценке состояния водно-химического режима по результатам осмотра остановленного оборудования. При каждом останове котла и вырезке труб должны проводиться осмотр внутренней поверхности, описание результатов, определение количества и состава отложений, оцениваться интенсивность и характер коррозии металла под отложениями.

Из сопоставления этих результатов с данными предшествующих осмотров и с результатами эксплуатационного химического контроля, а также с данными теплотехнических измерений получают оценку состояния водно-химического режима котла, устанавливают необходимость коррекции режима или принятия дополнительных мер для его улучшения.

По результатам проведенного обследования, а также из сопоставления их с данными предыдущих осмотров и текущего эксплуатационного контроля составляется акт о состоянии водного режима. Если количество отложений или коррозия поверхностей возросли по сравнению с предшествующим периодом, что свидетельствует об ухудшении режима, в акте должны быть проанализированы причины происшедших изменений и указаны необходимые мероприятия по очистке поверхностей и улучшению работы котла.

2.1 Определение скорости коррозии конструкционных материалов

Водный режим паровых и водогрейных котлов принято оценивать по данным о коррозии металла и наличии отложений на поверхностях нагрева. Эти сведения облегчают разработку мероприятий по улучшению водного режима в случае его нарушения. Но так как коррозионные процессы теплосилового оборудования обычно протекают довольно медленно, а наблюдения за динамикой коррозии ведутся недостаточно систематически, время начала разъедания металла часто определить не удается и факт коррозии устанавливается лишь после появления первых свищей. Поэтому почти всегда остается неясным, к какому периоду эксплуатации следует отнести развитие этих повреждений, т.е. происходит ли активная коррозия металла в настоящее время или разрушение возникло в предыдущие годы работы оборудования.

Для получения необходимой информации о коррозии металла и оценки влияния на ее развитие состава рабочей среды и эксплуатационных факторов следует периодически осматривать внутреннюю поверхность элементов оборудования и вырезок труб из мест, где наиболее вероятна коррозия. При осмотрах состояния поверхности металла целесообразно определить вид коррозии: кислородная, пароводяная, щелочная, подшламовая, кислотная, избирательная и т.п. К местам наиболее вероятного возникновения коррозии относятся:

-для прямоточных котлов: входные участки экономайзера, переходная зона, потолочные экраны, СРЧ и НРЧ, промежуточные пароперегреватели;

-для барабанных котлов: входные участки экономайзеров, барабаны, экранные трубы в зоне максимальных тепловых нагрузок, входные участки и калачи пароперегревателя;

-для теплосети: трубная система и корпуса подогревателей, трубы водогрейных котлов и теплопроводы.

Современное состояние науки о коррозии металлов еще не позволяет заранее вычислить ее интенсивность и особенно степень локализации на основе данных о составе воды и ее температуры. Поэтому экспериментальное определение интенсивности коррозии металла на различных участках пароводяного тракта или коррозионной активности (агрессивности) воды имеет большое практическое значение. Непосредственное экспериментальное определение скорости кислородной коррозии в конденсатно-питательном тракте и экономайзерной части котла, а также в трубопроводах теплосети проводят гравиметрическим методом, т.е. по потере массы индикаторов. Индикаторы коррозии представляют собой набор контрольных пластинок, насаженных на общий стержень и помещенных в трубопровод или коллектор действующего оборудования. Контрольные пластинки – это обычно круглые диски диаметром 60 мм и толщиной 2 мм с отверстием в центре, они изготавливаются из того же металла, что и контролируемое оборудование. Поверхность пластинок шлифуется и обезжиривается. Перед установкой на место высушенные пластинки взвешивают. Срок испытания должен быть не менее 5-6 месяцев, часто он составляет 1 год. После извлечения пластинок из контролируемого участка оборудования производят их осмотр с целью визуальной оценки их состояния (наличия и вида отложений, внешних признаков коррозии). Отложения снимают методом катодного или кислотного травления. Среднюю скорость равномерной кислородной коррозии (СК) в миллиграммах на квадратный метр в час подсчитывают по формуле:

,

где q₁ – масса пластинки до начала испытаний, г; q₂ – масса пластинки после окончания испытаний и полного удаления отложений, г; S - площадь поверхности пластины, см²; - продолжительность эксплуатационных испытаний, ч.

Описание внешнего вида поверхности пластинок производят и после удаления продуктов коррозии, обращая особое внимание на наличие язвин или локализацию коррозионного процесса. При наличии локальной коррозии определяются средняя глубина язв и число их на единицу поверхности пластины. Скорость равномерной коррозии стали, используемой для изготовления оборудования и трубопроводов конденсатно-питательного тракта, считается допустимой если она не превышает 25 мг/(м^{2 ,} ч), допустимая скорость язвенной коррозии 0,05 мм/год.

Коррозионные испытания образцов в условиях, имитирующих химическую очистку

Надежная и экономичная работа теплоэнергетического оборудования зависит от многих факторов: водного режима, качества используемого топлива, культуры эксплуатации и других. К таким факторам относится и химическая отчистка.

Эксплуатационные химические очистки предназначены для удаления с внутренних поверхностей нагрева образовавшихся в процессе эксплуатации накипи, отложений и продуктов коррозии. Их наличие снижает коэффициент теплопередачи, увеличивает сопротивление тракта, уменьшает экономичность работы. Для оборудования, работающего под давлением и при высоких температурах, это может привести к пережогу труб и возникновению аварийной ситуации.

Состав, количество, структура и физические свойства отложений разнообразны и зависят от качества рабочей среды, параметров работы и условий эксплуатации, а также от методов корректировки среды.

Необходимость и сроки проведения эксплутационных очисток определяются в основном следующими показателями:

- для паровых котлов - количеством отложений в зависимости от параметров огневой стороны труб наиболее теплонапряженных участков;

- для водогрейных котлов – количеством отложений на экранных трубах и трубах конвективных элементов при достижении 1000 г/м² и при увеличении сопротивления тракта более‚ чем в 1‚5 раза по сравнению с номинальным.

Обязательным следует считать проведение эксплутационной очистки оборудования при появлении разрывов труб из-за образования отложений.

Для химических очисток обычно используют растворы сильных минеральных кислот (соляной‚ серной‚ плавиковой‚ фосфорной) или растворы органических кислот (лимонной, адипиновой, НМК) и комплексонов (ЭДТА‚ трилон Б‚ ОЭДФ‚ НТФ и др.). Использование надёжных ингибиторов имеет большое значение для снижения коррозионных потерь и сохранения механических свойств металлов. Это важно и для соблюдения мер безопасности при проведении очисток (предотвращение образования свищей и взрывоопасных газовых смесей). Введение в растворы кислот эффективного ингибитора снижает скорость коррозии на 95 – 99% и на столько же уменьшает количество выделяющегося водорода. Это в свою очередь обеспечивает безопасность проведения очисток. Перед проведением эксплутационной химической очистки специалистами выполняются исследования для выбора оптимальной технологии и надежных ингибиторов коррозии, без применения которых химическая очистка становится опасной не только для оборудования‚ но и для персонала.

Коррозионные испытания проводят на образцах‚ изготовленных из углеродистых сталей в условиях‚ имитирующих химическую очистку (соответствующие температура‚ концентрация растворов‚ соотношение объема раствора и очищаемой поверхности и др.). Скорость коррозии определяют весовым методом или с помощью химического анализа промывочного раствора (определяют содержание железа).

Сущность данного метода заключается в выдерживании взвешенных индикаторов коррозии при оптимальной температуре и в течение определенного времени в растворах реагентов‚ содержащих ингибитор или без него, с последующим их повторным взвешиванием для определения скорости коррозии и защитной способности ингибиторов. Оценка защитного действия ингибитора проводится путем сравнения скорости коррозии в присутствии ингибитора и без него, а также по изменению внешнего вида индикаторов.