КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛА ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА КОТЛОІ И МЕРУ ПО ЕЕ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЮ

Условия, в которых находятся элементы паровых котлов во время эксплуатации, чрезвычайно разнообразны.

Как показали многочисленные коррозионные испытания и промышленные наблюдения, низколегированные и даже аустенитные стали при эксплуатации котлов могут подвер­гаться интенсивной коррозии.

Коррозия металла поверхностей нагрева паровых кот­лов вызывает его преждевременный износ, а иногда приво­дит к серьезным неполадкам и авариям.

Большинство аварийных остановов котлов приходится на сквозные коррозионные поражения экранных, экономай - зерных, пароперегревательных труб и барабанов котлов. Появление даже одного коррозионного свища у прямоточ­ного котла приводит к останову всего блока, что связано с недовыработкой электроэнергии. Коррозия барабанных котлов высокого и сверхвысокого давления стала основной причиной отказов в работе ТЭЦ. 90 % отказов в работе из-за коррозионных повреждений произошло на барабанных котлах давлением 15,5 МПа. Значительное количество кор­розионных повреждений экранных труб солевых отсеков было в'зонах максимальных тепловых нагрузок.

Проведенными специалистами США обследованиями 238 котлов (блоки мощностью от 50 до 600 МВт) было зафиксировано 1719 вне­плановых простоев. Около 2/3 простоев котлов были вызваны коррози­ей, из них 20 % приходилось на коррозию парогенерирующих труб. В США внутренняя коррозия'в 1955 г. была признана серьезной проб­лемой после ввода в эксплуатацию большого числа барабанных котлов давлением 12,5—17 МПа.

К концу 1970 г. около 20 % из 610 таких котлов были поражены коррозией. В основном внутренней коррозии были подвержены экран­ные трубы, а пароперегреватели и экономайзеры поражались ею мень­ше. С улучшением качества питательной воды и переходом на режим координированного фосфатироваиия, с ростом параметров на барабан­ных котлах электростанций США вместо вязких, пластических корро­зионных повреждений происходили внезапные хрупкие разрушения экранных труб. 'По состоянию на J970 т. для котлрв давлением 12,5; 14,8 и 17 МПа разрушение труб из-за коррозионных повреждений со­ставило соответственно 30, 33 и 65 % [23].

По условиям протекания коррозионного процесса раз­личают атмосферную коррозию, протекающую под дейст­вием атмосферных, а также влажных газов; газовую, обу­словленную взаимодействием металла с различными газа­ми — кислородом, хлором и т. д. — при высоких температу­рах, и коррозию в электролитах, в большинстве случаев протекающую в водных растворах.

По характеру коррозионных процессов котельный ме­талл может подвергаться химической и электрохимической коррозии, а также их совместному воздействию.

При эксплуатации поверхностей нагрева паровых кот­лов встречается высокотемпературная газовая коррозия в окислительной и восстановительной атмосферах топоч­ных газов и низкотемпературная электрохимическая кор­розия хвостовых поверхностей нагрева.

Исследованиями установлено, что высокотемператур­ная коррозия поверхностей нагрева наиболее интенсивно протекает лишь при наличии в топочных газах избыточного свободного кислорода и в присутствии расплавленных ок­сидов ванадия.

Высокотемпературная газовая или сульфидная корро­зия в окислительной атмосфере топочных газов поражает трубы ширмовых и конвективных перегревателей, первые ряды кипятильных пучков, металл дистанционирующих проставок между трубами, стойки и подвески.

Высокотемпературная газовая коррозия в восстановит тельной атмосфере наблюдалась на экранных трубах то­почных камер ряда котлов высокого и сверхкритического давления.

Коррозия труб поверхностей нагрева с газовой стороны представляет сложный физико-химический процесс взаимо­действия топочных газов и наружных отложений с окисны - ми пленками и металлом труб. На развитие этого процесса оказывают влияние изменяющиеся во времени интенсивные тепловые потоки и высокие механические напряжения, возникающие от внутреннего давления и самокомпенсации.

На котлах среднего и низкого давления ' температура стенки экранов, определяемая температурой кипения воды, ниже, и поэтому этот вид разрушения металла не наблюда­ется.

Коррозия поверхностей нагрева со стороны дымовых газов (внешняя коррозия) есть процесс разрушения метал­ла в результате взаимодействия с продуктами сгорания, агрессивными газами, растворами и расплавами минераль­ных соединений.

Под коррозией металла понимают постепенное разру­шение металла, происходящее вследствие химического или электрохимического воздействия внешней среды.

\ Процессы разрушения металла, являющиеся следствием их непосредственного химического взаимодействия с окру­жающей средой, относятся к химической коррозии.

Химическая коррозия происходит при контакте металла с перегретым паром и сухими газами. Химическую корро­зию в сухих газах называют газовой коррозией.

В топке и газоходах котла газовая коррозия наружной поверхности труб и стоек пароперегревателей происходит под воздействием кислорода, углекислого газа, водяных паров, сернистого и других газов; внутренней поверхности труб — в результате взаимодействия с паром или водой.

Электрохимическая коррозия в отличие от химической характеризуется тем, что протекающие при ней реакции сопровождаются возникновением электрического тока.

Переносчиком электричества в растворах служат ионы, присутствующие в них из-за диссоциации молекул, а в ме­таллах — свободные электроны:

Внутрикотловая поверхность подвержена в основном электрохимической коррозии. По современным представле­ниям ее проявление обусловлено двумя самостоятельными процессами: анодным, при котором ионы металла перехо­дят в раствор в виде гидратироваиных ионов, и катодным, при котором происходит ассимиляция избыточных электро­нов деполяризаторами. Деполяризаторами могут быть ато­мы, ионы, молекулы, которые при этом восстанавливаются.

По внешним признакам различают сплошную (общую) и местную (локальную) формы коррозионных разрушений.

При общей коррозии вся соприкасающаяся поверхность нагрева с агрессивной средой подвергается разъеданию, равномерно утоняясь с внутренней или наружной стороны. При локальной коррозии разрушение происходит на от­дельных участках поверхности, остальная поверхность ме­талла не затрагивается повреждениями.

К местной локальной относят коррозию пятнами, язвен­ную, точечную, межкристаллитную, коррозионное растрес­кивание, коррозионную усталость металла.

Типичный пример разрушения от электрохимической коррозии.

Разрушение с наружной поверхности труб НРЧ 042X5 мм из ста­ли 12Х1МФ котлов ТПП-110 произошло на горизонтальном участке в нижней части подъемно-опускной петли в зоне, примыкающей к подо­вому экрану. На тыльной стороне трубы произошло раскрытие с ма­лым утонением кромок в месте разрушения. Причиной разрушения явилось утонение стенки трубы примерно на 2 мм при коррозии из-за расшлаковки струей воды. После останова котла паропроизводитель - ностью 950 т/ч, отапливаемого пылью антрацитного штыба (жидкое шлакоудаление), давлением 25,5 МПа и температурой перегретого пара 540 °С на трубах оставались мокрый шлак и зола, в которых интенсив­но протекала электрохимическая коррозия. Снаружи труба была по­крыта толстым слоем бурой гидроокиси железа Внутренний диаметр труб находился в пределах допусков на трубы котлов высокого и сверх­высокого давления. Размеры по наружному диаметру имеют отклоне­ния, выходящие за пределы минусового допуска: минимальный наруж­ный диаметр. составил 39 мм при минимально допустимом 41,7 мм. Толщина стенки вблизи места разрушения от коррозии составляла все­го 3,1 мм при номинальной толщине трубы 5 мм.

Микроструктура металла однородна по длине и окружности. На внутренней поверхности трубы имеется обезуглераженный слой, обра­зовавшийся при окислении трубы в процессе термической обработки. На наружной стороне такой слой отсутствует.

Обследования труб НРЧ после первого разрыва позволило выяс­нить причину разрушения. Было принято решение о замене НРЧ и об изменении технологии расшлаковки. В данном случае электрохимиче­ская коррозия протекала из-за наличия тонкой пленки электролита.

Язвенная коррозия протекает интенсивно на отдельных небольших участках поверхности, но часто на значитель­ную глубину. При диаметре язвин порядка 0,2—1 мм ее называют точечной.

В местах, где образуются язвины, со временем могут образоваться свищи. Язвины часто заполняются продукта­ми коррозии, вследствие чего не всегда их удается обнару­жить. Примером может служить разрушение труб стально­го экономайзера при плохой деаэрации питательной воды и низких скоростях движения воды в трубах.

Несмотря на то что поражена значительная часть ме­талла труб, из-за сквозных свищей приходится полностью заменять змеевики экономайзера.

Металл паровых котлов подвергается следующим опас­ным видам коррозии: кислородной коррозии во время ра­боты котлов и нахождения их в ремонте; межкристаллит - ной коррозии в местах упаривания котловой воды; парово­дяной коррозии; коррозионному растрескиванию элементов котлов, изготовленных из аустенитных сталей; подшламо - вой коррозии. Краткая характеристика указанных видов коррозии металла котлов приведена в табл. ЮЛ.

В процессе работы котлов различают коррозию метал­ла — коррозию под нагрузкой и стояночную коррозию.

Коррозии под нагрузкой наиболее подвержены обогре-. ваемые котельные элементы, контактирующие с двухфаз­ной средой, т. е. экранные и кипятильные трубы. Внутрен­няя поверхность экономайзеров и перегревателей при работе котлов поражается коррозией меньше. Коррозия под нагрузкой протекает и в обескислороженной среде.

Стояночная коррозия проявляется в недренируемых. элементах вертикальных змеевиков перегревателей, провис­ших трубах горизонтальных змеевиков перегревателей

Таблица ЮЛ. Характеристика основных видов коррозии металла котлов Вид коррозии Форма коррозии Места появления коррозии Металл Среда Кислородная при работе котлов Язвы с рыхлым слоем ржавчины Входные участки экономай­зера Сталь перлит­ная Питательная вода Кислородная при простаивании кот­лов То же Экономайзеры, экранные поверхности, пароперегрева­тели и барабаны   Питательная и котловая вода, влажная атмосфе­ра Межкристаллит - ная Трещины по границам зерен Места упаривания котловой воды; поверхности нагрева котлов, вальцовки труб, за­клепочные швы   Щелочная котловая вода Коррозионное рас­трескивание Трещины транскристал - литные Выходные змеевики паро­перегревателей блоков с прямоточными котлами; трубы парогенераторов АЭС Сталь аустенит - ная Питательная и котловая вода, пар

 

Продолжение табл. 10.1 Вид коррозии Форма коррозии Места появления коррозии Металл Среда Подшламовая Язвы в виде ракушек, покрытых плотным сло­ем магнетика Тыльная сторона экранных труб Сталь перлит­ная Котловая вода при на­личии оксидов трехва­лентного железа Пароводяная Равномерное окисление металла с образованием окалины; язвы; трещины Пароперегреватель; пере­ходная зона, СРЧ, НРЧ и потолочный экран прямо­точных котлов   Перегретый пар и вода в местах высоких темпе­ратур металла (565 °С)   Язвы с окалиной Экранные трубы в местах отложений шлама и накипи   Котловая вода и вода прямоточных котлов   Пятна и бороздки с рых­лым слоем отложений Экранные трубы в местах концентрирования котловой воды   Котловая вода, содержа­щая избыточную щелочь

!и экономайзеров, неопорожняемых гнутых участках необо­греваемых труб и т. п.

Стояночная коррозия протекает в условиях одновремен - s ного наличия влаги и кислорода.

Вопрос

Для превращения химической энергии топлива в тепловую служит комплекс устройств, называемыхКотельной установкой.

При сжигании топлива, представляющего собой углеродистые и углеводородистые соединения преимущественно растительного происхож­дения, элементы, входящие в состав топлива, соединяются с кислородом воздуха, выделяют теплоту и нагревают продукты сгорания. От продук­тов сгорания тепловая энергия передается рабочему телу, которым обыч­но служит вода, сжатая до давления выше атмосферного.

Таким образом, в котельной установке необходимо подать некото­рое количество топлива и окислителя (воздуха); обеспечить сжигание топлива и отдачу теплоты от продуктов сгорания топлива рабочему телу и удаление продуктов сгорания топлива; подать рабочее тело — воду, сжатую до необходимого давления, нагреть эту воду до требуемой тем­пературы или превратить ее в пар, отделить влагу из пара, а иногда и перегреть пар, обеспечив надежную работу всех элементов установки.

Устройство, имеющее топку для сжигания топлива, обогреваемое продуктами горения топлива, предназначенное для получения пара с давлением выше атмосферного и исполь. зуемого вне самого устройст­ва, называютПаровым котлом.

Такое же устройство, служащее для (получения горячей воды при давлении, большем атмосферного, называютВодогрейным котлом. Теплообменные устройства, служащие для:

Подогрева воды продуктами сгорания топлива или другими газами перед поступлением воды в котел, называютВодяным экономай­зером;

Нагрева пара, выходящего из котлоагрегата, до температуры, пре­вышающей температуру насыщения при давлении в котле, называютПароперегревателем;

Подогрева »воздуха, подаваемого в топку котла, продуктами сгора­ния топлива, уходящими из котла (или из водяного экономайзера), на­зываютВоздухоподогревателем.

Комплекс всех этих теплообменных устройств называютКотель­ным агрегатом (парогенератором).

Для осуществления перечисленных процессов котельная установка включает:

СобственноКоте л или котельный агрегат; Устройства для подачи и подготовки топлива к сжиганию —Топли - воподачу и топливоприготовление;

Установку для нагнетания необходимого для горения воздуха —Дутьевой вентилятор;

Оборудование для удаления очаговых остатков топлива — ш л а к о - иЗолоудаление;*

Установку для отсоса продуктов сгорания топлива из установки —Дымосос,перед которым иногда устанавливают приспособления, от­деляющие золу из дымовых газов;

Сооружения для отвода дымовых газов—дымовую трубу; Устройства для подготовки воды путем освобождения ее от вредных примесей —Оборудование для химической очистки и деаэрации;

Насосы для увеличения давления воды до большего, чем давление в котле, и подачи ее в котлоагрегат —Питательные насосы.

Все эти устройства размещаются в специальном здании, называе­момКотельной,включающем в себя помещения для различных вспо­могательных производственных служб, мастерских и бытовых по­мещений.

Котельная обычно представляет собой промышленное здание, в ко­тором имеются-*

Устройства для хранения некоторого запаса топлива, механизмы для его подготовки к сжиганию и подачи в топку;

Оборудование для очистки, хранения, подогрева и перекачки воды для питания котлоагрегата — теплообменников, водоочистки, деаэрато­ров, баков, питательных, сетевых и других насосов — при установке па­ровых и водогрейных котлоагрегатов;

Различные вспомогательные машины и устройства, предназначенные для обеспечения длительной и надежной работы котельных агрегатов и в том числе приборов, позволяющих контролировать ход процессов в котлоагрегате и вспомогательном оборудовании.

Кроме указанного, вне здания котельной обычно располагаются: устройства для разгрузки и перемещения твердого топлива по скла­ду, а также его сортировки, дробления и подачи в емкости котельной;

Устройства для приемки, разгрузки и подачи жидкого топлива по емкостям, аппаратам для подогрева, фильтрации и транспорта в ко­тельную;

 

 

;-™Л

 

Оо

Рис. В-1. Схема устройства производственной котельной, работающей на твердом топливе,

/ — подогреватель сырой воды; 2 и 3-г фильтры химической очистки воды; 4 — деаэратор; 5 — бак для конденсата; 6 — насос для перекачки конденсата; 7 — конвейер для подачи топлива; в —бункер для топлива; 9 — насос питательной воды; /0 —питатель топлива; // — цепная механическая колосниковая решетка; 12 — экраны в топочной камере; 13 ~ обмуровка; 14 — барабан котлоаГрегата; 15 — коллектор перегретого пара; 16 — главный запорный вентиль; 17 -*■ регу­лятор температуры перегретого пара; 18 — пароперегреватель; 19 — водяной экономайзер; 20 — воздухоподогреватель; 21 <— бункер для шлака; 22 — дутьевой вентилятор; 23 ~ батарейный золоуловитель; 24 — дымосос; 25 — дымовая труба; 26 — затворы на течках провала и золы; 27 — каналы для удаления шлака и золы водой; 28 щ главный паропровод и коллектор; 29 — редукционно-охладительная установка; 30 — арматура; Л г-? газоходы от котлоагрегате к дымовой

Трубе.

Трубопроводы, подводящие газ к котельной, и газорегулировочные пункты (ГРП) для приема, очистки и снижения давления газа перед котлами;

Сооружения для удаления шлака и золы из котельной и с ее терри­тории;

Склады для хранения материалов (в том числе горючих и смазоч­ных) и запасных частей, необходимых при эксплуатации и ремонтах оборудования котельной установки;

Устройства для приемки и преобразования электрической энергии, потребляемой котельной установкой. Иногда на территории устанавли­вают баки-аккумуляторы с горячей водой.