Газовая коррозия
Химическая коррозия, протекающая в парогенераторах, чаще всего известно под названием газовой. Этот вид коррозии может иметь место при воздействии на конструкционные материалы продуктов сгорания топлива, насыщенного и особенно перегретого пара.
Принципиальная возможность газовой коррозии метала, как и любой другой химической реакции, может быть определенна, если использовать основные положения химической термодинамики.
Рассмотрим наиболее распространенный процесс газовой коррозии – реакцию окисления металла кислородом:
mМе+ O2=Меm (4.1.7)
Для этой реакции изменение изобарного-изотермического потенциала равно:
(4.1.8)
В этой формуле:
R – газовая постоянная;
Т – температура;
РО2 – парциальное давление кислорода, соответствующее начальному (исходному) состоянию системы;
(РО2)равн – давления диссоциации окисла, или парциальное давление кислорода, соответствующее равновесному состоянию системы;
m – число атомов металла в молекуле окисла;
n – валентность металла.
Рисунок 4.1.6 – Зависимость давления диссоциации окислов металлов от температуры
Из уравнения (4.1.8) следует, что для окисления металла, т.е. для выполнения условия ∆Z<0, необходимо
РО2>(РО2)равн (4.1.9)
На рис. 4.6 показана зависимость давления диссоциации некоторых окислов от температуры. Как видно из рисунка, парциальное давление кислорода, соответствующее равновесному состоянию, весьма мало для окислов всех технических металлов. Поэтому условие (4.1.9) выполняется практически всегда. Даже в случае сжигания топлива при малых избытках воздуха (α=1,02÷1,03) парциальное давление избыточного кислорода в продуктах сгорания оказывается больше давления диссоциации окислов. Таким образом, окисления или газовая коррозия конструкционных материалов в газоходе парогенератора является термодинамически возможной.
Газовая коррозия сопровождается образованием на поверхности металла продуктов коррозии в виде пленки. Возникновение пленки может привести к замедлению коррозионного процесса. Очевидно, для этого пленка должна быть сплошной, чтобы затруднить проникновение кислорода к металлу и диффузию ионов металла навстречу окислителю.
Условия силошности пленок металла были сформулированы. Пиллингом и Бодворжсоми заключаются в следующем. Молекулярный объем окисла Vок , возникающего на поверхности металла, должен быть больше объема металла, израсходованного на образование молекулы окисла:
Vok>VMe (4.1.10)
или
(4.1.11)
где M – молекулярная масса окисла;
A– атомная масса металла.
ρok и ρме – плотность окисла и металла соответственно.
Условие (4.1.11) является необходимым, но недостаточным для обеспечения высоких защитных свойств пленок. При в окислой пленке возникают значительные внутренние напряжения, что она разрушается. Газовая коррозия металла будет протекать беспрепятственно. В связи с этим принято ограничивать не только нижний, но и верхний предел отношения . Для оборудования необходимо выполнить условие 1 < .< 2,5
При взаимодействии перегретого пара с железом при температуре до 575 0С образуется окисел Fe3O4
3Fe+4H2O Fe3O4+4H2 (4.1.12)
Fe+H2O FeO+H2↑ (4.1.13)
3FeО+H2O Fe3O4+H2↑ (4.1.14)
Для окисла Fe3O4, который называется магнетитом, отношение Vок/Vмеравно 2,09. Следовательно, магнетит может образовать окисную пленку с высокими защитными свойствами. Для этого окисленная пленка должно быть прочно связана с металлом и не иметь пор и трещин.
При легировании стали хромом, алюминием, кремнием, никелем на поверхности образуются прочные смешанные окислы, подобные Fe3O4, что значительно повышает коррозионную устойчивость стали при высоких температурах.
Образование защитных окисных пленок может происходить не только в паре, но и в воде высокой чистоты.
4.2 Коррозия поверхности нагрева парогенератора под действием воды и пар