Korozija u toplovodnim bojlerima, sustavi grijanja, sustavi grijanja je mnogo češći nego u sustavima parnog kondenzata. U većini slučajeva ova se situacija objašnjava činjenicom da se pri projektiranju sustava grijanja vode to daje manje pažnje, iako čimbenici nastanka i kasnijeg razvoja korozije u kotlovima ostaju potpuno isti kao i za parne kotlove i svu drugu opremu. otopljeni kisik koji se ne uklanja odzračivanjem, soli tvrdoće, ugljični dioksid ulazak u toplovodne kotlove s napojnom vodom uzrok različite vrste korozija - alkalna (interkristalna), kisik, kelat, mulj. Mora se reći da kelatna korozija u većini slučajeva nastaje u prisutnosti određenih kemijskih reagensa, takozvanih "kompleksona".
Kako bi se spriječila pojava korozije u vrelovodnim kotlovima i njezin kasniji razvoj, potrebno je ozbiljno i odgovorno pristupiti pripremi karakteristika vode namijenjene nadopunjavanju. Potrebno je osigurati vezanje slobodnog ugljičnog dioksida, kisika, dovesti pH vrijednost na prihvatljivu razinu, poduzeti mjere zaštite aluminijskih, brončanih i bakrenih elemenata opreme za grijanje i kotlova, cjevovoda i opreme za grijanje od korozije.
Nedavno se koriste posebne kemikalije za visokokvalitetne korektivne mreže grijanja, toplovodne kotlove i drugu opremu.
Voda je istodobno univerzalno otapalo i jeftino rashladno sredstvo, korisno ga je koristiti u sustavima grijanja. Ali nedovoljna priprema za to može dovesti do neugodnih posljedica, od kojih je jedna korozija kotla. Mogući rizici prvenstveno su povezani s prisutnošću velike količine nepoželjnih nečistoća u njemu. Moguće je spriječiti nastanak i razvoj korozije, ali samo ako jasno razumijete uzroke njezine pojave, a također ste upoznati s moderne tehnologije.
Međutim, za toplovodne kotlove, kao i za sve sustave grijanja koji koriste vodu kao rashladnu tekućinu, karakteristične su tri vrste problema zbog prisutnosti sljedećih nečistoća:
- mehanički netopljiv;
- otopljeni koji stvaraju talog;
- korozivna.
Svaka od ovih vrsta nečistoća može uzrokovati koroziju i kvar toplovodnog kotla ili druge opreme. Osim toga, oni doprinose smanjenju učinkovitosti i produktivnosti kotla.
A ako se koristi dulje vrijeme u sustavi grijanja nije prošao posebni trening vode, to može dovesti do ozbiljnih posljedica - kvara cirkulacijskih crpki, smanjenja promjera dovoda vode i naknadnog oštećenja, kvara upravljačkih i zapornih ventila. Najjednostavnije mehaničke nečistoće - glina, pijesak, obična prljavština - prisutne su gotovo posvuda, kao u voda iz pipe, te u arteškim izvorima. Također u rashladnim tekućinama u velikim količinama postoje proizvodi korozije površina za prijenos topline, cjevovoda i drugih metalnih elemenata sustava koji su stalno u kontaktu s vodom. Nepotrebno je reći da njihova prisutnost s vremenom izaziva vrlo ozbiljne kvarove u radu toplovodnih kotlova i sve opreme za toplinsku i električnu energiju, koji su uglavnom povezani s korozijom kotla, stvaranjem naslage vapna, unošenje soli i pjenjenje kotlovske vode.
Najčešći razlog zbog kojeg korozija kotla, to su karbonatne naslage koje nastaju pri korištenju vode povećane tvrdoće čije je uklanjanje moguće kroz. Treba napomenuti da se kao rezultat prisutnosti soli tvrdoće stvara kamenac čak i na niskim temperaturama oprema za grijanje. Ali to nije jedini uzrok korozije. Na primjer, nakon zagrijavanja vode na temperaturu veću od 130 stupnjeva, topljivost kalcijevog sulfata je značajno smanjena, što rezultira slojem gustog kamenca. U ovom slučaju neizbježan je razvoj korozije metalnih površina kotlova za toplu vodu.
Pojave korozije u kotlovima se najčešće javljaju na unutarnjoj toplinski napregnutoj površini, a relativno rjeđe na vanjskoj.
U potonjem slučaju, uništenje metala je - u većini slučajeva - posljedica kombiniranog djelovanja korozije i erozije, što ponekad ima prevladavajući značaj.
Vanjski znak razaranja erozije je čista metalna površina. Pod korozivnim djelovanjem proizvodi korozije obično ostaju na njegovoj površini.
Unutarnji (u vodenom okolišu) procesi korozije i kamenca mogu pogoršati vanjsku koroziju (u plinskom okruženju) zbog toplinske otpornosti sloja kamenca i korozijskih naslaga, a posljedično i porasta temperature na površini metala.
Vanjska korozija metala (sa strane kotlovske peći) ovisi o raznim čimbenicima, ali prije svega o vrsti i sastavu goriva koje se spaljuje.
Korozija plinsko-uljnih kotlova
Gorivo ulje sadrži organske spojeve vanadija i natrija. Ako se rastaljene naslage troske koje sadrže spojeve vanadija (V) nakupljaju na stijenci cijevi okrenute prema peći, tada se s velikim viškom zraka i/ili temperature površine metala od 520-880 ° C javljaju sljedeće reakcije:
4Fe + 3V2O5 = 2Fe2O3 + 3V2O3 (1)
V2O3 + O2 = V2O5 (2)
Fe2O3 + V2O5 = 2FeVO4 (3)
7Fe + 8FeVO4 = 5Fe3O4 + 4V2O3 (4)
(Spojevi natrija) + O2 = Na2O (5)
Moguć je i drugi mehanizam korozije koji uključuje vanadij (tekuća eutektička smjesa):
2Na2O. V2O4 . 5V2O5 + O2 = 2Na2O. 6V2O5 (6)
Na2O. 6V2O5 + M = Na2O. V2O4 . 5V2O5 + MO (7)
(M - metal)
Spojevi vanadija i natrija tijekom izgaranja goriva oksidiraju se u V2O5 i Na2O. U naslagama koje prianjaju na površinu metala, Na2O je vezivo. Tekućina nastala kao rezultat reakcija (1)-(7) topi zaštitni film magnetita (Fe3O4), što dovodi do oksidacije metala ispod naslaga (temperatura taljenja naslaga (troske) je 590-880° C).
Kao rezultat ovih procesa, zidovi sitaste cijevi okrenute prema ložištu ravnomjerno se razrjeđuju.
Povećanje temperature metala, pri kojem spojevi vanadija postaju tekući, olakšano je unutarnjim naslagama kamenca u cijevima. I tako, kada se postigne temperatura popuštanja metala, dolazi do loma cijevi - posljedica kombiniranog djelovanja vanjskih i unutarnjih naslaga.
Dijelovi za pričvršćivanje cijevnih sita, kao i izbočine cijevnih zavara, također korodiraju - porast temperature na njihovoj površini se ubrzava: ne hlade ih mješavina vodene pare, kao cijevi.
Gorivo ulje može sadržavati sumpor (2,0-3,5%) u obliku organskih spojeva, elementarnog sumpora, natrijevog sulfata (Na2SO4), koji u naftu ulazi iz formacijskih voda. Na površini metala u takvim uvjetima korozija vanadija je praćena sulfid-oksidnom korozijom. Njihov zajednički učinak je najizraženiji kada naslage sadrže 87% V2O5 i 13% Na2SO4, što odgovara sadržaju vanadija i natrija u loživom ulju u omjeru 13/1.
Zimi, pri zagrijavanju loživog ulja parom u spremnicima (za olakšavanje odvodnje), u njega ulazi dodatna voda u količini od 0,5-5,0%. Posljedica: povećava se količina naslaga na niskotemperaturnim površinama kotla, a očito se povećava korozija cjevovoda loživog ulja i spremnika loživog ulja.
Osim gore opisane sheme za uništavanje kotlovskih sita, korozije pregrijača, festonskih cijevi, kotlovskih snopova, ekonomajzer ima neke značajke zbog povećane - u nekim dijelovima - brzina plinova, posebno onih koji sadrže neizgorene čestice loživog ulja i oljuštene čestice troske.
Identifikacija korozije
Vanjska površina cijevi prekrivena je gustim caklinskim slojem sivih i tamnosivih naslaga. Na strani okrenutoj prema peći nalazi se stanjivanje cijevi: ravni dijelovi i plitke pukotine u obliku "oznaka" jasno su vidljive ako se površina očisti od naslaga i oksidnih filmova.
Ako je cijev uništena u nuždi, tada je vidljiva uzdužna uzdužna pukotina.
Korozija kotlova na prah
U koroziji koja nastaje djelovanjem produkata izgaranja ugljena, sumpor i njegovi spojevi imaju odlučujuću važnost. Osim toga, kloridi (uglavnom NaCl) i spojevi alkalnih metala utječu na tijek procesa korozije. Korozija je najvjerojatnija kada ugljen sadrži više od 3,5% sumpora i 0,25% klora.
Leteći pepeo koji sadrži alkalijske spojeve i sumporove okside taloži se na površini metala pri temperaturi od 560-730 °C. U tom slučaju, kao rezultat tekućih reakcija, nastaju alkalni sulfati, na primjer, K3Fe(SO4)3 i Na3Fe(SO4)3. Ova rastaljena troska zauzvrat uništava (otapa) zaštitni oksidni sloj na metalu – magnetit (Fe3O4).
Brzina korozije je najveća pri temperaturi metala od 680-730 °C, s njezinim povećanjem, brzina se smanjuje zbog toplinskog razlaganja korozivnih tvari.
Najveća korozija je u izlaznim cijevima pregrijača, gdje je temperatura pare najviša.
Identifikacija korozije
Na zaslonskim cijevima mogu se uočiti ravne površine s obje strane cijevi koje su podvrgnute korozijskom uništavanju. Ta su područja međusobno smještena pod kutom od 30-45 °C i prekrivena su slojem sedimenata. Između njih je relativno "čisto" područje, podvrgnuto "frontalnom" utjecaju strujanja plina.
Naslage se sastoje od tri sloja: vanjski sloj je porozni elektrofilterski pepeo, međusloj su bjelkasti vodotopivi alkalni sulfati, a unutarnji sloj su sjajni crni željezni oksidi (Fe3O4) i sulfidi (FeS).
Na niskotemperaturnim dijelovima kotlova - ekonomajzeru, grijaču zraka, ispušnom ventilatoru - temperatura metala pada ispod "točke rosišta" sumporne kiseline.
Pri izgaranju krutog goriva temperatura plina se smanjuje sa 1650 °C u baklji na 120 °C ili manje u dimnjaku.
Zbog hlađenja plinova u parnoj fazi nastaje sumporna kiselina, a pri dodiru s hladnijom metalnom površinom pare se kondenziraju u tekuću sumpornu kiselinu. “Točka rosišta” sumporne kiseline je 115-170 °C (možda i više - ovisi o sadržaju vodene pare i sumporovog oksida (SO3) u struji plina).
Proces je opisan reakcijama:
S + O2 = SO2 (8)
SO3 + H2O = H2SO4 (9)
H2SO4 + Fe = FeSO4 + H2 (10)
U prisutnosti željeznih i vanadijevih oksida moguća je katalitička oksidacija SO3:
2SO2 + O2 = 2SO3 (11)
U nekim slučajevima korozija sumporne kiseline pri sagorijevanju ugljena je manje značajna nego pri izgaranju smeđeg, škriljevca, treseta, pa čak i prirodnog plina - zbog relativno većeg oslobađanja vodene pare iz njih.
Identifikacija korozije
Ova vrsta korozije uzrokuje jednolično uništavanje metala. Obično je površina hrapava, s blagim premazom hrđe i slična je površini bez korozivnih pojava. Kod duljeg izlaganja metal može biti prekriven naslagama proizvoda korozije, koji se moraju pažljivo ukloniti tijekom ispitivanja.
Korozija tijekom prekida rada
Ova vrsta korozije pojavljuje se na ekonomajzeru i na onim mjestima kotla gdje su vanjske površine prekrivene spojevima sumpora. Kako se kotao hladi, temperatura metala pada ispod “točke rosišta” i, kao što je gore opisano, ako postoje naslage sumpora, nastaje sumporna kiselina. Možda je međuspoj sumporna kiselina (H2SO3), ali je vrlo nestabilan i odmah prelazi u sumpornu kiselinu.
Identifikacija korozije
Metalne površine obično su premazane premazima. Ako se uklone, tada će se pronaći područja destrukcije metala, gdje su bile naslage sumpora i područja nekorodiranog metala. Takav izgled razlikuje koroziju na zaustavljenom kotlu od gore opisane korozije metala ekonomajzera i ostalih "hladnih" dijelova kotla koji radi.
Prilikom pranja kotla, pojave korozije se više ili manje ravnomjerno raspoređuju po metalnoj površini zbog erozije naslaga sumpora i nedovoljnog isušivanja površina. Uz nedovoljno pranje, korozija je lokalizirana tamo gdje su bili spojevi sumpora.
erozija metala
Erozivno uništavanje metala pod određenim uvjetima je podvrgnuto različitim sustavima kotao i iznutra i vanjska strana zagrijanog metala, a gdje se javljaju turbulentna strujanja velikom brzinom.
U nastavku se razmatra samo erozija turbine.
Turbine su podložne eroziji od utjecaja čvrstih čestica i kapljica kondenzata pare. Čvrste čestice (oksidi) ljušte se s unutarnje površine pregrijača i parovoda, osobito u uvjetima prolaznih toplinskih procesa.
Kapljice kondenzata pare uglavnom uništavaju površine lopatica zadnje faze turbine i odvodnih cjevovoda. Erozivni i korozivni učinci kondenzata pare mogući su ako je kondenzat "kiseo" - pH je ispod pet jedinica. Korozija je također opasna u prisutnosti para klorida (do 12% mase naslaga) i kaustične sode u kapljicama vode.
Identifikacija erozije
Uništavanje metala od udarca kapljica kondenzata najizraženije je na prednjim rubovima lopatica turbine. Rubovi su prekriveni tankim poprečnim zupcima i žljebovima (žljebovima), mogu postojati nagnute konusne izbočine usmjerene prema udarima. Na prednjim rubovima oštrica postoje izbočine i gotovo ih nema na njihovim stražnjim ravninama.
Oštećenja od čvrstih čestica su u obliku praznina, mikrodentina i zareza na prednjim rubovima oštrica. Žljebovi i nagnuti konusi su odsutni.
Korozija čelika u parnim kotlovima, koja se odvija pod djelovanjem vodene pare, svodi se uglavnom na sljedeću reakciju:
3Fe + 4H20 = Fe2O3 + 4H2
Možemo pretpostaviti da je unutarnja površina kotla tanak film magnetskog željeznog oksida. Tijekom rada kotla, oksidni film se kontinuirano uništava i ponovno formira, a oslobađa se vodik. Budući da je površinski film magnetskog željeznog oksida glavna zaštita čelika, treba ga održavati u stanju najmanje vodopropusnosti.
Za kotlove, armature, cjevovode za vodu i paru koriste se uglavnom jednostavni ugljični ili niskolegirani čelici. Korozivni medij u svim slučajevima je voda ili vodena para različitog stupnja čistoće.
Temperatura na kojoj se može odvijati proces korozije varira od temperature prostorije u kojoj je kotao neaktivan do vrelišta zasićenih otopina tijekom rada kotla, ponekad doseže 700°. Otopina može imati temperaturu mnogo veću od kritične temperature čiste vode (374°). Međutim, visoke koncentracije soli u kotlovima su rijetke.
Mehanizam kojim fizikalni i kemijski uzroci mogu dovesti do kvara filma u parnim kotlovima bitno se razlikuje od onog koji se istražuje na nižim temperaturama u manje kritičnoj opremi. Razlika je u tome što je stopa korozije u kotlovima mnogo veća zbog visoke temperature i tlaka. Visoka brzina prijenosa topline sa zidova kotla na medij, koja doseže 15 cal/cm2sec, također pojačava koroziju.
PITTING KOROZIJA
Oblik korozivnih jama i njihova raspodjela na metalnoj površini mogu varirati u širokom rasponu. Korozijske jame ponekad se formiraju unutar već postojećih jama i često su toliko blizu jedna drugoj da površina postaje izrazito neravna.Prepoznavanje udubljenja
Otkrivanje razloga nastanka korozijskih oštećenja određene vrste često je vrlo teško, jer više razloga može djelovati istovremeno; osim toga, brojne promjene koje nastaju kada se kotao ohladi od visoke temperature i kada se voda ispusti, ponekad maskira pojave koje su se dogodile tijekom rada. Međutim, iskustvo uvelike pomaže u prepoznavanju udubljenja u kotlovima. Na primjer, uočeno je da prisutnost crnog magnetskog željeznog oksida u korozivnoj šupljini ili na površini tuberkuloze ukazuje na to da se u kotlu odvijao aktivni proces. Takva se opažanja često koriste u provjeri mjera poduzetih za zaštitu od korozije.
Ne miješati željezni oksid, koji nastaje na mjestima aktivne korozije, s crnim magnetskim željeznim oksidom, koji je ponekad prisutan kao suspenzija u kotlovskoj vodi. Treba imati na umu da ni ukupna količina fino raspršenog magnetskog željeznog oksida, niti količina vodika koji se oslobađa u kotlu ne mogu poslužiti kao pouzdan pokazatelj stupnja i opsega korozije koja je u tijeku. Hidrat željeznog oksida koji ulazi u kotao iz vanjskih izvora, kao što su spremnici kondenzata ili cjevovodi koji napajaju kotao, može djelomično objasniti prisutnost i željeznog oksida i vodika u kotlu. Hidrat željeznog oksida, opskrbljen napojnom vodom, reagira u kotlu u skladu s reakcijom.
ZFe (OH) 2 \u003d Fe3O4 + 2H2O + H2.
Uzroci koji utječu na razvoj pitting korozije
Strane nečistoće i naprezanja. Nemetalne inkluzije u čeliku, kao i naprezanja, mogu stvoriti anodna područja na metalnoj površini. Obično su korozivne šupljine različite veličine i raspršeno po površini. U prisutnosti naprezanja, položaj školjki podliježe smjeru primijenjenog naprezanja. Tipični primjeri rebraste cijevi mogu poslužiti na mjestima gdje su rebra napukla, kao i na mjestima gdje su kotlovske cijevi raširene.
otopljeni kisik.
Moguće je da je najsnažniji aktivator piting korozije kisik otopljen u vodi. Na svim temperaturama, čak i u alkalna otopina, kisik služi kao aktivni depolarizator. Osim toga, elementi koncentracije kisika mogu se lako pojaviti u kotlovima, posebno pod kamencem ili kontaminacijom, gdje se stvaraju stagnirajuća područja. Uobičajena mjera za suzbijanje ove vrste korozije je odzračivanje.
Otopljeni ugljični anhidrid.
Budući da otopine ugljičnog anhidrida imaju blago kiselu reakciju, ubrzava koroziju u kotlovima. Alkalna kotlovska voda smanjuje korozivnost otopljenog ugljičnog anhidrida, ali rezultirajuća korist se ne proteže na površine isprane parom ili cijevi za kondenzat. Uklanjanje ugljičnog anhidrida zajedno s otopljenim kisikom mehaničkim odzračivanjem uobičajena je praksa.
Nedavno su učinjeni pokušaji korištenja cikloheksilamina za uklanjanje korozije u cijevima za paru i kondenzat u sustavima grijanja.
Naslage na zidovima kotla.
Vrlo često se uz vanjsku površinu (ili ispod površine) mogu naći korozijske jame kao što su mlinski kamenac, kotlovski mulj, kotlovski kamenac, produkti korozije, uljni filmovi. Jednom kada se započne, udubljenje će se nastaviti razvijati ako se produkti korozije ne uklone. Ova vrsta lokalizirane korozije je pogoršana katodnom (u odnosu na čelik za kotao) prirodom taloženja ili iscrpljivanja kisika ispod naslaga.
Bakar u kotlovskoj vodi.
S obzirom na velike količine bakrenih legura koje se koriste za pomoćnu opremu (kondenzatori, pumpe, itd.), ne čudi da većina kotlovskih naslaga sadrži bakar. Obično je prisutan u metalnom stanju, ponekad u obliku oksida. Količina bakra u naslagama varira od udjela postotka do gotovo čistog bakra.
Pitanje značaja naslaga bakra u koroziji kotla ne može se smatrati riješenim. Neki tvrde da je bakar prisutan samo u procesu korozije i da ne utječe na njega ni na koji način, dok drugi, naprotiv, vjeruju da bakar, budući da je katoda u odnosu na čelik, može doprinijeti pitingu. Niti jedno od ovih stajališta nije potvrđeno izravnim eksperimentima.
U mnogim slučajevima uočena je mala ili nikakva korozija, unatoč činjenici da su naslage u cijelom kotlu sadržavale značajne količine metalnog bakra. Također postoje dokazi da kada bakar dođe u dodir s blagim čelikom u alkalnoj kotlovskoj vodi, na povišenim temperaturama, bakar se uništava brže od čelika. Bakreni prstenovi koji pritišću krajeve šišanih cijevi, bakrene zakovice i zasloni pomoćne opreme kroz koje prolazi kotlovska voda gotovo su potpuno uništeni čak i pri relativno niskim temperaturama. S obzirom na to, vjeruje se da metalni bakar ne povećava koroziju kotlovskog čelika. Taloženi bakar može se jednostavno smatrati krajnjim proizvodom redukcije bakrenog oksida vodikom u vrijeme njegovog nastanka.
Naprotiv, u blizini naslaga posebno bogatih bakrom često se uočava vrlo jaka korozija metala kotla. Ova zapažanja dovela su do sugestije da bakar, budući da je katodan u odnosu na čelik, pospješuje pitting.
Na površini kotlova rijetko je izloženo metalno željezo. Najčešće ima zaštitni sloj, koji se uglavnom sastoji od željeznog oksida. Moguće je da je na mjestu nastanka pukotina u ovom sloju izložena površina koja je anodna u odnosu na bakar. Na takvim mjestima se pojačava stvaranje korozijskih ljuski. To također može objasniti ubrzanu koroziju u nekim slučajevima gdje se formirala ljuska, kao i jake udubljenja koja se ponekad uoče nakon čišćenja kotlova kiselinama.
Nepravilno održavanje neaktivnih kotlova.
Jedan od naj česti uzroci stvaranje korozijskih jama je nedostatak pravilne skrbi za kotlove u praznom hodu. Neaktivni kotao mora biti ili potpuno suh ili napunjen vodom tretiranom na način da nije moguća korozija.
Voda koja ostaje na unutarnjoj površini neaktivnog kotla otapa kisik iz zraka, što dovodi do stvaranja ljuski, koje kasnije postaju središta oko kojih će se razviti proces korozije.
Uobičajene upute za čuvanje neaktivnih kotlova od hrđe su sljedeće:
1) ispuštanje vode iz još vrućeg kotla (oko 90°); puhati kotao zrakom dok se potpuno ne isprazni i drži u suhom stanju;
2) punjenje kotla alkalnom vodom (pH = 11), koja sadrži višak iona SO3" (oko 0,01%) i skladištenje pod vodenim ili parnim zatvaračem;
3) punjenje kotla alkalnom otopinom koja sadrži soli kromne kiseline (0,02-0,03% CrO4").
Tijekom kemijskog čišćenja kotlova na mnogim mjestima će se ukloniti zaštitni sloj željeznog oksida. Nakon toga, ta mjesta možda neće biti prekrivena novonastalim kontinuiranim slojem, a na njima će se pojaviti školjke, čak i u nedostatku bakra. Stoga se preporuča odmah nakon kemijskog čišćenja obnoviti sloj željeznog oksida obradom kipućom alkalnom otopinom (slično kako se to radi kod novih kotlova koji puštaju u pogon).
Korozija ekonomizatora
Opće odredbe o koroziji kotla jednako se odnose i na ekonomajzere. Međutim, ekonomajzer, koji zagrijava napojnu vodu, a nalazi se ispred kotla, posebno je osjetljiv na stvaranje korozijskih jama. Predstavlja prvu visokotemperaturnu površinu koja je izložena štetnom učinku kisika otopljenog u napojnoj vodi. Osim toga, voda koja prolazi kroz ekonomajzer općenito ima nizak pH i ne sadrži kemijske usporivače.
Borba protiv korozije ekonomajzera sastoji se od odzračivanja vode i dodavanja alkalijskih i kemijskih usporivača.
Ponekad se obrada kotlovske vode provodi propuštanjem dijela kroz ekonomajzer. U tom slučaju treba izbjegavati taloženje mulja u ekonomajzeru. Također se mora uzeti u obzir učinak takve recirkulacije vode u kotlu na kvalitetu pare.
OBRADA VODE KOTLOVA
Kod obrade kotlovske vode za zaštitu od korozije najvažnije je stvaranje i održavanje zaštitnog filma na metalnim površinama. Kombinacija tvari koje se dodaju u vodu ovisi o radnim uvjetima, posebice o tlaku, temperaturi, toplinskom naprezanju kvalitete napojne vode. Međutim, u svim slučajevima potrebno je poštivati tri pravila: voda u kotlu mora biti alkalna, ne smije sadržavati otopljeni kisik i onečišćavati površinu grijanja.Kaustična soda najbolju zaštitu pruža pri pH = 11-12. U praksi se kod složenog sastava kotlovske vode najbolji rezultati postižu pri pH = 11. Za kotlove koji rade na tlakovima ispod 17,5 kg/cm2, pH se obično održava između 11,0 i 11,5. Za veće tlakove, zbog mogućnosti razaranja metala zbog nepravilne cirkulacije i lokalnog povećanja koncentracije alkalne otopine, pH se obično uzima jednakim 10,5 - 11,0.
Za uklanjanje zaostalog kisika naširoko se koriste kemijska redukcijska sredstva: soli sumporne kiseline, hidrat željeznog oksida i organska redukcijska sredstva. Spojevi željeza vrlo su dobri u uklanjanju kisika, ali stvaraju mulj koji ima nepoželjan učinak na prijenos topline. Organska redukcijska sredstva, zbog svoje nestabilnosti na visokim temperaturama, općenito se ne preporučuju za kotlove koji rade na tlakovima iznad 35 kg/cm2. Postoje podaci o razgradnji sumpornih soli na povišenim temperaturama. Međutim, njihova primjena u malim koncentracijama u kotlovima koji rade pod tlakom do 98 kg/cm2 se široko prakticira. Mnoga visokotlačna postrojenja rade bez ikakve kemijske deaeracije.
Trošak posebne opreme za odzračivanje, unatoč njezinoj nesumnjivoj korisnosti, nije uvijek opravdan za male instalacije koje rade relativno niski pritisci. Pri tlakovima ispod 14 kg/cm2, djelomično odzračivanje u grijačima napojne vode može dovesti udio otopljenog kisika do približno 0,00007%. Dodavanje kemijskih redukcijskih sredstava daje dobre rezultate, posebno kada je pH vode iznad 11, a hvatači kisika se dodaju prije ulaska vode u kotao, čime se osigurava preuzimanje kisika izvan kotla.
KOROZIJA U KONCENTRIRANOJ VODI KOTLOVA
Niske koncentracije kaustične sode (reda 0,01%) doprinose očuvanju oksidnog sloja na čeliku u stanju koje pouzdano pruža zaštitu od korozije. Lokalno povećanje koncentracije uzrokuje jaku koroziju.Područja površine kotla, gdje koncentracija alkalija doseže opasnu vrijednost, obično su karakterizirana prekomjernom opskrbom toplinom u odnosu na cirkulacijsku vodu. U blizini metalne površine mogu se pojaviti alkalno obogaćene zone razna mjesta kotao. Korozijske jame su raspoređene u trake ili izdužene dijelove, ponekad glatke, a ponekad ispunjene tvrdim i gustim magnetskim oksidom.
Cijevi smještene vodoravno ili blago nagnute i izložene intenzivnom zračenju odozgo su korodirane iznutra, duž gornje generatrikse. Slični slučajevi uočeni su u kotlovima visoka snaga, visoki napon, a također su reproducirani u posebno dizajniranim eksperimentima.
Cijevi u kojima je cirkulacija vode neravnomjerna ili slomljena kada je kotao jako opterećena mogu biti podložne uništenju duž donjeg generatriksa. Ponekad je korozija izraženija uz promjenjivu razinu vode na bočnim površinama. Često se mogu uočiti obilne nakupine magnetskog željeznog oksida, ponekad rastresite, ponekad predstavljaju guste mase.
Pregrijavanje čelika često povećava uništenje. To se može dogoditi kao rezultat stvaranja sloja pare na vrhu nagnute cijevi. Formiranje parnog omotača moguće je i u vertikalnim cijevima s povećanom opskrbom toplinom, što pokazuju mjerenja temperature na različitim mjestima cijevi tijekom rada kotla. Karakteristični podaci dobiveni tijekom ovih mjerenja prikazani su na sl. 7. Ograničena područja pregrijavanja u okomitim cijevima s normalnom temperaturom iznad i ispod “vruće točke”, moguće kao rezultat filmskog ključanja vode.
Svaki put kada se na površini cijevi kotla stvori mjehur pare, temperatura metala ispod raste.
Povećanje koncentracije lužine u vodi trebalo bi nastati na granici: mjehur pare - voda - površina grijanja. Na sl. pokazalo se da čak i neznatno povećanje temperature vodenog filma u dodiru s metalom i s mjehurom pare koja se širi dovodi do koncentracije kaustične sode, već mjerene u postocima, a ne u dijelovima na milijun. Film vode obogaćen lužinom, nastao kao rezultat pojave svakog mjehurića pare, utječe na malu površinu metala i to vrlo kratko. Međutim, ukupni učinak pare na površinu grijanja može se usporediti s kontinuiranim djelovanjem koncentrirane otopine lužine, unatoč činjenici da ukupna masa vode sadrži samo milijunti dio kaustične sode. Učinjeno je nekoliko pokušaja da se pronađe rješenje problema povezanog s lokalnim povećanjem koncentracije kaustične sode na grijaćim površinama. Stoga je predloženo dodavanje neutralnih soli (na primjer, metalnih klorida) u vodu u višoj koncentraciji od kaustične sode. Ipak, najbolje je potpuno isključiti dodatak kaustične sode i osigurati potrebnu pH vrijednost uvođenjem hidrolizirajućih soli fosforne kiseline. Odnos između pH otopine i koncentracije natrij-fosforne soli prikazan je na sl. Iako voda koja sadrži natrij fosfor ima visoku pH vrijednost, može se ispariti bez značajnog povećanja koncentracije hidroksilnih iona.
Međutim, treba imati na umu da isključenje djelovanja kaustične sode samo znači da je uklonjen jedan čimbenik koji ubrzava koroziju. Ako se u cijevima stvori parna košuljica, tada je, iako voda ne sadrži alkalije, korozija još uvijek moguća, iako u manjoj mjeri nego u prisutnosti kaustične sode. Rješenje problema također treba tražiti promjenom dizajna, vodeći pritom u obzir sklonost ka stalno povećanje energetski intenzitet grijaćih površina, što zauzvrat svakako pojačava koroziju. Ako temperatura tankog sloja vode, neposredno na grijaćoj površini cijevi, čak i za malu količinu premašuje prosječnu temperaturu vode u gruboj, koncentracija kaustične sode može relativno snažno porasti u takvom sloju. Krivulja približno prikazuje ravnotežne uvjete u otopini koja sadrži samo kaustičnu sodu. Točni podaci donekle ovise o tlaku u kotlu.
ALKALNA FRITABILNOST ČELIKA
Alkalna lomljivost može se definirati kao pojava pukotina u području šavova zakovice ili u drugim spojevima gdje se može nakupljati koncentrirana otopina lužine i gdje postoje velika mehanička naprezanja.Najozbiljnija oštećenja gotovo uvijek se javljaju u području zakovnih šavova. Ponekad uzrokuju eksploziju kotla; češće je potrebno vršiti skupe popravke čak i relativno novih kotlova. Jedan Amerikanac Željeznička pruga registrirane pukotine u 40 kotlova lokomotiva u godini, što je zahtijevalo popravke u vrijednosti od oko 60.000 dolara. Pojava krhkosti nađena je i na cijevima na mjestima razbuktanja, na spojevima, razdjelnicima i na mjestima navojnih spojeva.
Naprezanje potrebno za pojavu alkalne krhkosti
Praksa pokazuje malu vjerojatnost krtog loma konvencionalnog kotlovskog čelika ako naprezanja ne prelaze granicu popuštanja. napon, stvorene pritiskom para ili ravnomjerno raspoređeno opterećenje od vlastite težine konstrukcije, ne može dovesti do stvaranja pukotina. Međutim, naprezanja nastala valjanjem limenog materijala namijenjenog za proizvodnju kotlova, deformacija tijekom zakivanja ili bilo kakva hladna obrada koja uključuje trajnu deformaciju, mogu uzrokovati pucanje.
Prisutnost vanjskih naprezanja nije potrebna za nastanak pukotina. Uzorak kotlovskog čelika, prethodno držan pri konstantnom naprezanju savijanja, a zatim otpušten, može puknuti u lužnatoj otopini čija je koncentracija jednaka povećanoj koncentraciji lužine u kotlovskoj vodi.
Koncentracija lužine
Normalna koncentracija lužine u bubnju kotla ne može uzrokovati pucanje, jer ne prelazi 0,1% NaOH, a najniža koncentracija pri kojoj se uočava alkalno krhkost je približno 100 puta veća od normalne.
Takve visoke koncentracije mogu proizaći iz izuzetno sporog infiltracije vode kroz šav zakovice ili neki drugi zazor. To objašnjava pojavu tvrdih soli na vanjskoj strani većine spojeva zakovica u parnim kotlovima. Najopasnije curenje je ono koje je teško otkriti.Ostavlja čvrstu naslagu unutar spoja zakovice gdje postoje velika zaostala naprezanja. Kombinirano djelovanje naprezanja i koncentrirane otopine može uzrokovati pojavu alkalnih krhkih pukotina.
Uređaj za alkalno krhkost
Poseban uređaj za kontrolu sastava vode reproducira proces isparavanja vode s povećanjem koncentracije lužine na napregnutom uzorku čelika pod istim uvjetima u kojima se to događa u području šava zakovice. Pucanje ispitnog uzorka ukazuje da je kotlovska voda ovog sastava sposobna uzrokovati alkalno krhkost. Stoga je u ovom slučaju potrebno pročišćavanje vode kako bi se to uklonilo. opasna svojstva. Međutim, pucanje kontrolnog uzorka ne znači da su se pukotine već pojavile ili će se pojaviti u kotlu. U šavovima zakovice ili u drugim spojevima ne mora nužno doći do curenja (parenja), naprezanja i povećanja koncentracije lužine, kao u kontrolnom uzorku.
Upravljački uređaj se postavlja izravno na parni kotao i omogućuje procjenu kvalitete vode u kotlu.
Ispitivanje traje 30 i više dana uz konstantnu cirkulaciju vode kroz kontrolni uređaj.
Prepoznavanje alkalnih pukotina krhkosti
Pukotine alkalne lomljivosti u konvencionalnom kotlovskom čeliku su drugačije prirode od pukotina zbog zamora ili pukotina koje nastaju uslijed velikih naprezanja. To je ilustrirano na sl. I9, koji pokazuje intergranularnu prirodu takvih pukotina koje tvore finu mrežu. Razlika između intergranularnih alkalnih krhkih pukotina i intragranularnih pukotina uzrokovanih korozijskim zamorom može se vidjeti usporedbom.
U legiranim čelicima (na primjer, nikal ili silicij-mangan) koji se koriste za kotlove za lokomotive, pukotine su također raspoređene u mreži, ali ne prolaze uvijek između kristalita, kao u slučaju običnog čelika za kotlove.
Teorija alkalne krhkosti
Atomi u kristalnoj rešetki metala, smješteni na granicama kristalita, doživljavaju manje simetričan učinak svojih susjeda od atoma u ostatku mase zrna. Stoga lakše napuštaju kristalnu rešetku. Moglo bi se pomisliti da će uz pažljiv odabir agresivnog medija takvo selektivno uklanjanje atoma s granica kristalita biti moguće. Doista, pokusi pokazuju da se u kiselim, neutralnim (koristeći slabu električnu struju koja stvara uvjete za koroziju) i koncentriranim lužnatim otopinama može dobiti intergranularno pucanje. Ako se opća otopina korozije promijeni dodatkom neke tvari koja tvori zaštitni film na površini kristalita, korozija se koncentrira na granicama između kristalita.
Agresivna otopina u ovom slučaju je otopina kaustične sode. Silicij natrijeva sol može zaštititi površine kristalita bez utjecaja na granice između njih. Rezultat zajedničkog zaštitnog i agresivnog djelovanja ovisi o mnogim okolnostima: koncentraciji, temperaturi, stanju naprezanja metala i sastavu otopine.
Također postoji koloidna teorija alkalne krhkosti i teorija učinka otapanja vodika u čeliku.
Načini borbe protiv alkalne krhkosti
Jedan od načina za suzbijanje alkalne krhkosti je zamijeniti zakivanje kotlova zavarivanjem, čime se eliminira mogućnost propuštanja. Krtost se također može eliminirati korištenjem čelika otpornog na međugranularnu koroziju, odn kemijska obrada kotlovska voda. U trenutno korištenim kotlovima s zakovicama, potonji način je jedini prihvatljiv.
Preliminarna ispitivanja na kontrolnom uzorku predstavljaju najbolji način utvrđivanje djelotvornosti pojedinih zaštitnih aditiva vodi. Sol natrijevog sulfida ne sprječava pucanje. Dušikovo-natrijeva sol uspješno se koristi za sprječavanje pucanja pri tlakovima do 52,5 kg/cm2. Koncentrirane otopine soli natrijevog dušika koje ključaju pri atmosferskom tlaku mogu uzrokovati naponske korozijske pukotine u mekom čeliku.
Trenutno se natrijeva dušikova sol široko koristi u stacionarnim kotlovima. Koncentracija natrijeve dušikove soli odgovara 20-30% koncentracije lužine.
KOROZIJA PARNIH PREGRIJAČA
Korozija na unutarnjim površinama cijevi pregrijača prvenstveno je posljedica interakcije metala i pare na visokoj temperaturi i, u manjoj mjeri, uvlačenja soli iz kotlovske vode parom. U potonjem slučaju na metalnim stijenkama se mogu formirati filmovi od otopina s visokom koncentracijom kaustične sode, izravno korodirajući čelik ili dajući naslage koje sinteriraju na stijenci cijevi, što može dovesti do stvaranja izbočina. U kotlovima u praznom hodu iu slučajevima kondenzacije pare u relativno hladnim pregrijačima, pod utjecajem kisika i ugljičnog anhidrida može nastati jamica.Vodik kao mjera brzine korozije
Temperatura pare u moderni kotlovi približava se temperaturama koje se koriste u industrijska proizvodnja vodik izravnom reakcijom između pare i željeza.
Brzina korozije cijevi od ugljičnog i legiranog čelika pod djelovanjem pare, na temperaturama do 650 °, može se suditi po volumenu oslobođenog vodika. Evolucija vodika se ponekad koristi kao mjera opće korozije.
Nedavno su se u američkim elektranama koristile tri vrste minijaturnih jedinica za uklanjanje plina i zraka. Omogućuju potpuno uklanjanje plinova, a otplinjeni kondenzat prikladan je za određivanje soli u njemu odnesenih parom iz kotla. Približna vrijednost opće korozije pregrijača tijekom rada kotla može se dobiti određivanjem razlike u koncentracijama vodika u uzorcima pare uzetim prije i nakon njenog prolaska kroz pregrijač.
Korozija uzrokovana nečistoćama u pari
Zasićena para koja ulazi u pregrijač nosi sa sobom male, ali mjerljive količine plinova i soli iz kotlovske vode. Najčešći plinovi su kisik, amonijak i ugljični dioksid. Kada para prolazi kroz pregrijač, ne opaža se primjetna promjena u koncentraciji tih plinova. Ovim se plinovima može pripisati samo manja korozija metalnog pregrijača. Do sada nije dokazano da soli otopljene u vodi, u suhom obliku ili taložene na elementima pregrijača, mogu doprinijeti koroziji. Međutim, kaustična soda, kao glavna komponenta soli uvučene u vodu iz kotla, može doprinijeti koroziji jako zagrijane cijevi, osobito ako se lužina zalijepi za metalnu stijenku.
Povećanje čistoće zasićene pare postiže se preliminarnim pažljivim uklanjanjem plinova iz napojne vode. Smanjenje količine soli uvučene u paru postiže se temeljitim čišćenjem u gornjem kolektoru korištenjem mehanički separatori, ispiranje zasićenom parom napojnom vodom ili odgovarajuća kemijska obrada vode.
Određivanje koncentracije i prirode plinova uvučenih u zasićenu paru provodi se pomoću gore navedenih uređaja i kemijska analiza. Koncentraciju soli u zasićenoj pari prikladno je odrediti mjerenjem električne vodljivosti vode ili isparavanjem velike količine kondenzata.
Predložena je poboljšana metoda mjerenja električne vodljivosti i dane su odgovarajuće korekcije za neke otopljene plinove. Kondenzat u gore spomenutim minijaturnim degasatorima također se može koristiti za mjerenje električne vodljivosti.
Kada kotao miruje, pregrijač je hladnjak u kojem se nakuplja kondenzat; u ovom slučaju, normalno podvodno pitting je moguće ako je para sadržavala kisik ili ugljični dioksid.
Popularni članci
Najaktivnija korozija zaslonskih cijevi očituje se na mjestima gdje su koncentrirane nečistoće rashladne tekućine. To uključuje dijelove zidnih cijevi s visokim toplinskim opterećenjem, gdje dolazi do dubokog isparavanja kotlovske vode (osobito ako na površini isparavanja postoje porozne naslage niske toplinske vodljivosti). Stoga, u odnosu na prevenciju oštećenja sitastih cijevi povezanih s unutarnjom korozijom metala, potrebno je uzeti u obzir potrebu za integriranim pristupom, t.j. utjecaj na vodeno-kemijski i režim peći.
Oštećenja zidnih cijevi uglavnom su mješovite prirode, mogu se uvjetno podijeliti u dvije skupine:
1) Oštećenja sa znakovima pregrijavanja čelika (deformacija i stanjivanje stijenki cijevi na mjestu uništenja; prisutnost grafitnih zrnaca itd.).
2) Krhki prijelomi bez karakterističnih znakova pregrijavanja metala.
Na unutarnjoj površini mnogih cijevi zabilježene su značajne naslage dvoslojne prirode: gornja je slabo vezana, donja je ljuskava, čvrsto vezana za metal. Debljina donjeg sloja ljestvice je 0,4-0,75 mm. U zoni oštećenja dolazi do uništenja kamenca na unutarnjoj površini. U blizini mjesta uništenja i na određenoj udaljenosti od njih, unutarnja površina cijevi zahvaćena je korozijskim jamama i krhkim mikrooštećenjima.
Opći izgled oštećenja ukazuje na toplinsku prirodu razaranja. Strukturne promjene na prednjoj strani cijevi - duboka sferizacija i razgradnja perlita, stvaranje grafita (prijelaz ugljika u grafit 45-85%) - ukazuje na višak ne samo radne temperature zaslona, već i dopuštene za čelik 20.500 °C. Prisutnost FeO također potvrđuje visoku razinu temperature metala tijekom rada (iznad 845 oK - tj. 572 oC).
Krhka oštećenja uzrokovana vodikom obično se javljaju u područjima s visokim toplinskim tokovima, ispod debelih naslaga naslaga i nagnutih ili horizontalnih cijevi, kao i u područjima prijenosa topline u blizini prstenova za zavarivanje ili drugih uređaja koji sprječavaju slobodno kretanje tokova. .Iskustvo je pokazao da se oštećenje vodika događa u kotlovima koji rade na tlakovima ispod 1000 psi. inča (6,9 MPa).
Oštećenje vodikom obično rezultira rupturama s debelim rubovima. Drugi mehanizmi koji pridonose stvaranju pukotina s debelim rubovima su korozijsko pucanje pod naponom, korozijski zamor, lomovi naprezanja i (u nekim rijetkim slučajevima) jako pregrijavanje. Možda će biti teško vizualno razlikovati štetu uzrokovanu oštećenjem vodikom od drugih vrsta oštećenja, ali neke od njihovih značajki ovdje mogu pomoći.
Na primjer, oštećenje vodika gotovo je uvijek povezano s stvaranjem rupa u metalu (vidi mjere opreza dane u poglavljima 4 i 6). Druge vrste oštećenja (osim mogućeg zamora od korozije, koji često počinje u pojedinim školjkama) obično nisu povezane s jakom korozijom.
Kvarovi cijevi kao posljedica oštećenja metala vodikom često se očituju kao stvaranje pravokutnog "prozora" u stijenci cijevi, što nije tipično za druge vrste razaranja.
Za procjenu oštećenja sitastih cijevi treba uzeti u obzir da metalurški (početni) sadržaj plinovitog vodika u perlitnom čeliku (uključujući st. 20) ne prelazi 0,5–1 cm3/100 g. Kada je sadržaj vodika veći od 4--5 cm3/100g, mehanička svojstva čelika značajno se pogoršavaju. U ovom slučaju potrebno je usredotočiti se uglavnom na lokalni sadržaj zaostalog vodika, jer se u slučaju krhkih lomova sitastih cijevi uočava oštro pogoršanje svojstava metala samo u uskoj zoni duž poprečnog presjeka cijevi. uz uvijek zadovoljavajuću strukturu i mehanička svojstva susjednog metala na udaljenosti od samo 0,2-2 mm.
Dobivene vrijednosti prosječnih koncentracija vodika na rubu destrukcije su 5-10 puta veće od njegovog početnog sadržaja za stanicu 20, što nije moglo imati značajan utjecaj na oštećenje cijevi.
Prikazani rezultati pokazuju da se pokazalo da je vodikovo krhkost odlučujući čimbenik oštećenja zidnih cijevi kotlova KrCHPP.
Zahtijevano je dodatno proučavanje koji od čimbenika presudno utječe na ovaj proces: a) termički ciklus uslijed destabilizacije normalnog režima vrenja u područjima povećanih toplinskih tokova u prisutnosti naslaga na površini isparavanja i, kao rezultat , oštećenje zaštitnih oksidnih filmova koji ga prekrivaju; b) prisutnost korozivnih nečistoća u radnom mediju koje se koncentriraju u naslagama blizu površine isparavanja; c) kombinirano djelovanje faktora "a" i "b".
Posebno je zanimljivo pitanje uloge režima peći. Priroda krivulja ukazuje na nakupljanje vodika u brojnim slučajevima u blizini vanjske površine zaslonskih cijevi. To je prije svega moguće ako se na naznačenoj površini nalazi gusti sloj sulfida, koji su u velikoj mjeri nepropusni za vodik koji difundira s unutarnje površine na vanjsku. Do stvaranja sulfida dolazi zbog: visokog sadržaja sumpora u izgorjelom gorivu; bacajući baklju na ploče zaslona. Drugi razlog hidrogenacije metala na vanjskoj površini je pojava korozijskih procesa kada metal dođe u dodir s dimnim plinovima. Kako je pokazala analiza vanjskih naslaga kotlovskih cijevi, obično su se javljala oba ova uzroka.
Uloga načina izgaranja očituje se i u koroziji sitastih cijevi pod djelovanjem čiste vode, što se najčešće opaža na visokotlačnim parogeneratorima. Središta korozije obično se nalaze u zoni maksimalnih lokalnih toplinskih opterećenja i samo na zagrijanoj površini cijevi. Ova pojava dovodi do stvaranja okruglih ili eliptičnih udubljenja promjera većeg od 1 cm.
Do pregrijavanja metala najčešće dolazi u prisutnosti naslaga zbog činjenice da će količina percipirane topline biti gotovo ista za čistu cijev i cijev koja sadrži kamenac, temperatura cijevi će biti različita.
Vlasnici patenta RU 2503747:
PODRUČJE TEHNOLOGIJE
Izum se odnosi na termoenergetiku i može se koristiti za zaštitu cijevi za grijanje parnih i toplovodnih kotlova, izmjenjivača topline, kotlovskih postrojenja, isparivača, toplinskih cjevovoda, sustava grijanja stambenih zgrada i industrijskih objekata od kamenca tijekom trenutnog rada.
Pozadina izuma
Rad parnih kotlova povezan je s istodobnim izlaganjem visokim temperaturama, tlaku, mehaničkom naprezanju i agresivnom okruženju, a to je kotlovska voda. Kotlovska voda i metal grijaćih površina kotla odvojene su faze složenog sustava koji nastaje kada dođu u dodir. Rezultat interakcije ovih faza su površinski procesi koji se javljaju na međusklopu između njih. Kao rezultat toga, u metalu grijaćih površina dolazi do korozije i stvaranja kamenca, što dovodi do promjene strukture i mehaničkih svojstava metala, a što pridonosi nastanku raznih oštećenja. Budući da je toplinska vodljivost ljestvice pedeset puta manja od željeza cijevi za grijanje, dolazi do gubitaka toplinske energije tijekom prijenosa topline - s debljinom skale od 1 mm od 7 do 12%, a s 3 mm - 25 %. Ozbiljno stvaranje kamenca u sustavu parnog kotla kontinuirano djelovanječesto dovodi do zaustavljanja proizvodnje nekoliko dana u godini radi uklanjanja kamenca.
Kvaliteta hrane, a time i kotlovske vode određena je prisutnošću nečistoća koje mogu uzrokovati različite vrste korozije metala unutarnjih grijaćih površina, stvaranje primarnog kamenca na njima, kao i mulja kao izvora. formiranja sekundarne ljestvice. Osim toga, kvaliteta kotlovske vode ovisi i o svojstvima tvari koje nastaju kao rezultat površinskih pojava tijekom transporta vode, te kondenzata kroz cjevovode, u procesima obrade vode. Uklanjanje nečistoća iz napojne vode jedan je od načina sprječavanja stvaranja kamenca i korozije, a provodi se metodama preliminarne (predkotlovske) obrade vode, koje imaju za cilj maksimalno uklanjanje nečistoća prisutnih u izvorišnoj vodi. Međutim, korištene metode ne dopuštaju potpuno uklanjanje sadržaja nečistoća u vodi, što je povezano ne samo s tehničkim poteškoćama, već i ekonomska izvedivost primjena metoda obrade vode prije kotla. Osim toga, budući da je tretman vode složen tehnički sustav, suvišan je za kotlove malih i srednjih kapaciteta.
Poznate metode za uklanjanje već formiranih naslaga koriste se uglavnom mehaničkim i kemijske metodečišćenje. Nedostatak ovih metoda je što se ne mogu provoditi tijekom rada kotlova. Osim toga, kemijske metode čišćenja često zahtijevaju korištenje skupih kemikalija.
Također su poznati načini za sprječavanje stvaranja kamenca i korozije, koji se provode tijekom rada kotlova.
US patent 1,877,389 predlaže metodu za uklanjanje kamenca i sprječavanje njegovog stvaranja u kotlovima za toplu vodu i paru. Kod ove metode, površina kotla je katoda, a anoda se postavlja unutar cjevovoda. Metoda se sastoji u propuštanju istosmjerne ili izmjenične struje kroz sustav. Autori napominju da je mehanizam metode da se pod djelovanjem električne struje na površini kotla stvaraju mjehurići plina koji dovode do ljuštenja postojećeg kamenca i sprječavaju stvaranje novog. Nedostatak ove metode je potreba za stalnim održavanjem protoka električne struje u sustavu.
US patent 5,667,677 predlaže metodu za obradu tekućine, posebno vode, u cjevovodu kako bi se usporilo stvaranje kamenca. Ova metoda temelji se na stvaranju elektromagnetskog polja u cijevima, koje odbija ione kalcija i magnezija otopljene u vodi sa stijenki cijevi i opreme, sprječavajući njihovu kristalizaciju u obliku kamenca, što omogućuje rad kotlova, bojlera, topline. izmjenjivača i rashladnih sustava na tvrdoj vodi. Nedostatak ove metode je visoka cijena i složenost korištene opreme.
WO 2004016833 predlaže metodu za smanjenje stvaranja kamenca na metalnoj površini izloženoj prezasićenoj alkalnoj vodenoj otopini koja je sposobna za stvaranje kamenca nakon razdoblja izlaganja, a koja uključuje primjenu katodnog potencijala na navedenu površinu.
Ova metoda se može koristiti u različitim tehnološkim procesima u kojima je metal u kontaktu s vodenom otopinom, posebice u izmjenjivačima topline. Nedostatak ove metode je što ne štiti metalnu površinu od korozije nakon uklanjanja katodnog potencijala.
Dakle, trenutno postoji potreba za razvojem poboljšane metode za sprječavanje stvaranja kamenca u grijaćim cijevima, toplovodnim i parnim bojlerima, koja je ekonomična i vrlo učinkovita te pruža antikorozivnu zaštitu površine kroz duži vremenski period nakon izlaganje.
U ovom izumu, ovaj je problem riješen korištenjem metode prema kojoj se na metalnoj površini stvara električni potencijal koji nosi struju, dovoljan da neutralizira elektrostatičku komponentu adhezijske sile koloidnih čestica i iona na metalnu površinu.
KRATAK OPIS IZUMA
Predmet ovog izuma je osigurati poboljšanu metodu za sprječavanje stvaranja kamenca na cijevima za grijanje u toplovodnim i parnim kotlovima.
Drugi cilj ovog izuma je pružiti mogućnost eliminacije ili značajnog smanjenja potrebe za uklanjanjem kamenca tijekom rada toplovodnih i parnih kotlova.
Drugi cilj ovog izuma je eliminirati potrebu za korištenjem potrošnih reagensa za sprječavanje stvaranja kamenca i korozije grijaćih cijevi toplovodnih i parnih kotlova.
Još jedan cilj ovog izuma je omogućiti početak rada na sprječavanju stvaranja kamenca i korozije grijaćih cijevi toplovodnih i parnih kotlova na kontaminiranim cijevima kotla.
Predmetni izum odnosi se na metodu za sprječavanje stvaranja kamenca i korozije na metalnoj površini izrađenoj od legure koja sadrži željezo u kontaktu s okolinom vodene pare iz koje se kamenac može formirati. Ova metoda se sastoji u primjeni struje koja nosi struju na navedenu metalnu površinu. električni potencijal, dovoljno da neutralizira elektrostatičku komponentu adhezijske sile koloidnih čestica i iona na metalnu površinu.
U skladu s nekim posebnim izvedbama zatražene metode, strujni potencijal je postavljen u rasponu od 61-150 V. Prema nekim posebnim izvedbama navedene metode, gornja legura koja sadrži željezo je čelik. U nekim izvedbama, metalna površina je unutarnja površina cijevi za grijanje toplovodnog ili parnog kotla.
Otkriveno u ovaj opis metoda ima sljedeće prednosti. Jedna od prednosti metode je smanjeno stvaranje kamenca. Još jedna prednost ovog izuma je mogućnost korištenja jednom kupljenog radnog elektrofizičkog aparata bez potrebe za potrošnim sintetičkim reagensima. Još jedna prednost je mogućnost početka rada na kontaminiranim kotlovskim cijevima.
Stoga je tehnički rezultat ovog izuma povećanje učinkovitosti toplovodnih i parnih kotlova, povećanje produktivnosti, povećanje učinkovitosti prijenosa topline, smanjenje potrošnje goriva za grijanje kotla, ušteda energije itd.
Ostali tehnički rezultati i prednosti ovog izuma uključuju mogućnost razaranja sloj po sloj i uklanjanje već formiranog kamenca, kao i sprječavanje njegovog novog stvaranja.
KRATAK OPIS CRTEŽA
Slika 1 prikazuje raspodjelu naslaga na unutarnjim površinama kotla kao rezultat primjene metode prema ovom izumu.
DETALJAN OPIS IZUMA
Metoda prema ovom izumu sastoji se u primjeni na metalnu površinu koja je podložna stvaranju kamenca vodljivog električnog potencijala dovoljnog da neutralizira elektrostatičku komponentu adhezijske sile koloidnih čestica i iona koji tvore kamenac na metalnu površinu.
Izraz "vodljivi električni potencijal" u smislu u kojem se koristi u ovoj aplikaciji znači izmjenični potencijal koji neutralizira dvostruki električni sloj na granici između metala i vodeno-parnog medija koji sadrži soli koje dovode do stvaranja kamenca.
Kao što je stručnjaku poznato, nosioci električnog naboja u metalu, koji su spori u usporedbi s glavnim nosiocima naboja - elektronima, su dislokacije njegove kristalne strukture, koje nose električni naboj i formiraju dislokacijske struje. Dolazeći na površinu cijevi za grijanje kotla, te su struje dio dvostrukog električnog sloja tijekom stvaranja kamenca. Strujni, električni, pulsirajući (tj. izmjenični) potencijal pokreće uklanjanje električnog naboja dislokacija s površine metala na tlo. S tim u vezi, to je struja dislokacije koja nosi struju. Djelovanjem ovog strujnog električnog potencijala dolazi do uništenja dvostrukog električnog sloja, a kamenac se postupno raspada i prelazi u kotlovsku vodu u obliku mulja, koji se tijekom povremenih ispuhivanja uklanja iz kotla.
Stoga je izraz "potencijal uklanjanja struje" razumljiv stručnjaku u ovom području tehnologije i, osim toga, poznat je iz stanja tehnike (vidi, na primjer, patent RU 2128804 C1).
Uređaj opisan u RU 2100492 C1, koji uključuje pretvarač s frekventnim pretvaračem i regulator pulsirajućeg potencijala, kao i regulator oblika impulsa, može se koristiti kao uređaj za stvaranje električnog potencijala koji nosi struju, na primjer. Detaljan opis ovaj je uređaj dat u RU 2100492 C1. Također se može koristiti bilo koji drugi sličan uređaj, kao što će razumjeti osoba koja je vična struci.
Vodljivi električni potencijal prema ovom izumu može se primijeniti na bilo koji dio metalne površine udaljen od baze kotla. Mjesto primjene određeno je praktičnošću i/ili učinkovitošću primjene tražene metode. Stručnjak u ovom području tehnike, koristeći ovdje otkrivene informacije i koristeći standardne ispitne postupke, moći će odrediti optimalno mjesto za primjenu električnog potencijala koji rasipa struju.
U nekim izvedbama ovog izuma, vodljivi električni potencijal je promjenjiv.
Vodljivi električni potencijal prema ovom izumu može se primijeniti na različita vremenska razdoblja. Moguće vrijeme primjene određeno je prirodom i stupnjem kontaminacije metalne površine, sastavom vode koja se koristi, temperaturni režim i značajke rada uređaja za toplinsku tehniku i druge čimbenike poznate stručnjacima u ovom području tehnologije. Osoba vični struci, koristeći informacije otkrivene u ovom opisu i koristeći standardne metode ispitivanja, moći će odrediti optimalno vrijeme za primjenu električnog potencijala koji provodi struju, na temelju ciljeva, uvjeta i stanja toplinskog uređaja .
Vrijednost strujnog potencijala potrebnog za neutralizaciju elektrostatičke komponente adhezijske sile može odrediti stručnjak iz područja koloidne kemije na temelju informacija poznatih iz stanja tehnike, na primjer, iz knjige Deryagin B.V., Churaev N.V., Muller V.M. "Površinske sile", Moskva, "Nauka", 1985. Prema nekim izvedbama, vrijednost električnog potencijala koji nosi struju je u rasponu od 10 V do 200 V, poželjnije od 60 V do 150 V, još poželjnije od 61 V do 150 V. Vrijednosti strujnog električnog potencijala u području od 61 V do 150 V dovode do pražnjenja električnog dvostrukog sloja, koji je osnova elektrostatičke komponente adhezijskih sila u razmjera i, kao rezultat, do uništenja mjerila. Vrijednosti potencijala uklanjanja struje ispod 61 V nedostatne su za uništavanje kamenca, a pri vrijednostima potencijala uklanjanja struje iznad 150 V vjerojatno će početi nepoželjno elektroerozivno uništavanje metala grijaćih cijevi.
Metalna površina na koju se može primijeniti metoda prema ovom izumu može biti dio sljedećih uređaja za toplinsku tehniku: cijevi za grijanje parnih i toplovodnih kotlova, izmjenjivači topline, kotlovnice, isparivači, grijanje, sustavi grijanja za stambene zgrade i industrijskih objekata tijekom tekućeg rada. Ovaj popis je ilustrativan i ne ograničava popis uređaja na koje se može primijeniti metoda ovog izuma.
U nekim izvedbama, legura koja sadrži željezo od koje se metalna površina na koju se može primijeniti metoda ovog izuma može biti čelik ili drugi materijal koji sadrži željezo kao što je lijevano željezo, kovar, fechral, transformatorski čelik, alsifer, magnico, alnico, krom čelik, invar, itd. Ovaj popis je ilustrativan i ne ograničava popis željeznih legura na koje se može primijeniti metoda ovog izuma. Osoba vična struci, na temelju znanja poznatog iz prijašnjeg stanja tehnike, moći će napraviti takve legure koje sadrže željezo koje se mogu koristiti prema ovom izumu.
Vodeni okoliš iz kojeg se kamenac može formirati, prema nekim izvedbama ovog izuma, je voda iz pipe. Vodeni medij također može biti voda koja sadrži otopljene metalne spojeve. Otopljeni metalni spojevi mogu biti spojevi željeza i/ili zemnoalkalijskih metala. Vodeni medij također može biti vodena suspenzija koloidnih čestica spojeva željeza i/ili zemnoalkalijskih metala.
Metoda prema ovom izumu uklanja prethodno formirane naslage i služi kao sredstvo bez reagensa za čišćenje unutarnjih površina tijekom rada uređaja za toplinsku tehniku, dodatno osiguravajući njegov rad bez kamenca. Istodobno, veličina zone unutar koje se postiže sprječavanje stvaranja kamenca i korozije značajno premašuje veličinu zone efektivnog uništenja kamenca.
Metoda prema ovom izumu ima sljedeće prednosti:
Ne zahtijeva upotrebu reagensa, t.j. ekološki prihvatljiv;
Jednostavan za implementaciju, ne zahtijeva posebne uređaje;
Omogućuje vam povećanje koeficijenta prijenosa topline i povećanje učinkovitosti kotlova, što značajno utječe ekonomski pokazatelji njegova djela;
Može se koristiti kao dodatak primijenjenim metodama prečišćavanja vode prije kotla, ili zasebno;
Omogućuje vam napuštanje procesa omekšavanja i odzračivanja vode, što uvelike pojednostavljuje tehnološka shema kotlovnice te omogućuje značajno smanjenje troškova tijekom izgradnje i rada.
Mogući objekti metode mogu biti toplovodni kotlovi, kotlovi na otpadnu toplinu, zatvoreni sustavi opskrbe toplinom, postrojenja za termičku desalinizaciju. morska voda, generatori pare itd.
Odsutnost oštećenja od korozije, stvaranje kamenca na unutarnjim površinama otvara mogućnost za razvoj temeljno novih rješenja dizajna i rasporeda parnih kotlova male i srednje snage. To će omogućiti, zbog intenziviranja toplinskih procesa, postizanje značajnog smanjenja mase i dimenzija parnih kotlova. Osigurati zadanu temperaturnu razinu ogrjevnih površina i, posljedično, smanjiti potrošnju goriva, volumen dimnih plinova i smanjiti njihovu emisiju u atmosferu.
PRIMJER IMPLEMENTACIJE
Metoda za koju se traži ovaj izum ispitana je u kotlovnicama "Admiralty Shipyards" i "Red Chemist". Pokazalo se da metoda prema ovom izumu učinkovito čisti unutarnje površine kotlova od naslaga. Tijekom ovih radova postignuta je ekvivalentna ušteda goriva od 3-10%, dok je širenje vrijednosti ušteda povezano s različitim stupnjevima onečišćenja unutarnjih površina kotlova. Cilj rada bio je procijeniti učinkovitost navedene metode kako bi se osigurao rad parnih kotlova srednje veličine bez reagensa i kamenca u uvjetima visokokvalitetnog tretmana vode, usklađenosti kemija vode i visoka profesionalnoj razini rad opreme.
Ispitivanje metode za koju se zahtijeva ovaj izum provedeno je na parnom kotlu br. 3 DKVr 20/13 4. kotlovnice Krasnoselskaya jugozapadne podružnice Državnog jedinstvenog poduzeća "TEK SPb". Rad kotlovske jedinice izveden je u strogom skladu sa zahtjevima regulatornih dokumenata. Kotao je opremljen svim potrebnim sredstvima za praćenje parametara njegovog rada (tlak i protok proizvedene pare, temperatura i protok napojne vode, tlak zraka za puhanje i gorivo na plamenicima, vakuum u glavnim dijelovima plina putanja kotlovske jedinice). Kapacitet pare kotla je održavan na 18 t/h, tlak pare u bubnju kotla bio je 8,1...8,3 kg/cm 2 . Ekonomajzer je radio u načinu grijanja. Izvorna voda bila je gradska vodoopskrba, koja je ispunjavala zahtjeve GOST 2874-82 "Pitka voda". Treba napomenuti da količina željeznih spojeva na ulazu u navedenu kotlovnicu u pravilu prelazi regulatorni zahtjevi(0,3 mg / l) i iznosi 0,3-0,5 mg / l, što dovodi do intenzivnog rasta unutarnjih površina žljezdanim spojevima.
Procjena učinkovitosti metode provedena je prema stanju unutarnjih površina kotla.
Procjena utjecaja metode prema ovom izumu na stanje unutarnjih grijaćih površina kotlovske jedinice.
Prije početka ispitivanja izvršen je unutarnji pregled kotlovske jedinice i evidentirano početno stanje unutarnjih površina. Na početku je obavljen prethodni pregled kotla sezona grijanja, mjesec dana nakon kemijskog čišćenja. Kao rezultat inspekcije, otkriveno je: na površini bubnjeva postoje čvrste tamnosmeđe naslage s paramagnetskim svojstvima i, vjerojatno, koje se sastoje od željeznih oksida. Vizualno je debljina naslaga bila do 0,4 mm. Na vidljivom dijelu kotlovskih cijevi, uglavnom na strani okrenutoj prema peći, pronađene su neprekidne čvrste naslage (do pet mrlja na 100 mm duljine cijevi veličine od 2 do 15 mm i debljine do 0,5 mm vizualno).
Uređaj za stvaranje potencijala uklanjanja struje, opisan u EN 2100492 C1, pričvršćen je u točki (1) na otvor (2) gornjeg bubnja sa stražnje strane kotla (vidi sl.1). Električni potencijal koji nosi struju bio je jednak 100 V. Električni potencijal koji nosi struju održavao se neprekidno 1,5 mjeseca. Na kraju tog razdoblja otvorena je kotlovnica. Kao rezultat unutarnjeg pregleda kotla, ustanovljeno je da gotovo da nema naslaga (vizualno ne više od 0,1 mm) na površini (3) gornjeg i donjeg bubnja unutar 2-2,5 metara (zona (4) ) iz otvora bubnjeva (priključne točke uređaja za stvaranje strujnog potencijala (1)). Na udaljenosti od 2,5-3,0 m (zona (5)) od grotla naslage (6) su očuvane u obliku pojedinačnih tuberkula (pjega) debljine do 0,3 mm (vidi sl.1). Nadalje, kako se krećete prema naprijed, (na udaljenosti od 3,0-3,5 m od otvora), vizualno počinju kontinuirane naslage (7) do 0,4 mm, t.j. na ovoj udaljenosti od priključne točke uređaja, učinak metode čišćenja prema ovom izumu praktički se nije očitovao. Električni potencijal koji nosi struju bio je jednak 100 V. Električni potencijal koji nosi struju održavao se neprekidno 1,5 mjeseca. Na kraju tog razdoblja otvorena je kotlovnica. Kao rezultat unutarnjeg pregleda kotla, ustanovljeno je da gotovo da nema naslaga (vizualno ne više od 0,1 mm) na površini gornjeg i donjeg bubnja unutar 2-2,5 metra od otvora bubnjeva ( priključna točka uređaja za stvaranje strujno-pražnjenog potencijala). Na udaljenosti od 2,5-3,0 m od grotla, naslage su sačuvane u obliku pojedinačnih tuberkula (pjega) debljine do 0,3 mm (vidi sl. 1). Nadalje, kako se krećete prema naprijed (na udaljenosti od 3,0-3,5 m od grotla), vizualno počinju kontinuirane naslage do 0,4 mm, t.j. na ovoj udaljenosti od priključne točke uređaja, učinak metode čišćenja prema ovom izumu praktički se nije očitovao.
U vidljivom dijelu kotlovskih cijevi, unutar 3,5-4,0 m od otvora bubnjeva, bilo je gotovo potpuno odsustvo naslaga. Nadalje, kako se krećemo prema prednjoj strani, pronađene su nekontinuirane čvrste naslage (do pet točaka na 100 linearnih mm veličine od 2 do 15 mm i vizualno debljine do 0,5 mm).
Kao rezultat ove faze ispitivanja, zaključeno je da metoda prema ovom izumu, bez upotrebe ikakvih reagensa, učinkovito uništava prethodno nastale naslage i osigurava rad kotla bez kamenca.
U sljedećoj fazi ispitivanja na točku "B" spojen je uređaj za stvaranje strujnog potencijala i ispitivanja su nastavljena još 30-45 dana.
Sljedeće otvaranje kotlovske jedinice izvršeno je nakon 3,5 mjeseca neprekidnog rada uređaja.
Pregledom kotlovske jedinice utvrđeno je da su dotadašnje preostale naslage potpuno uništene i da je na donjim dijelovima kotlovskih cijevi ostala samo mala količina.
To je dovelo do sljedećih zaključaka:
Veličina zone unutar koje je osiguran rad kotlovske jedinice bez kamenca značajno premašuje veličinu zone efektivnog uništavanja naslaga, što omogućuje naknadni prijenos priključne točke potencijala za uklanjanje struje za čišćenje cijele unutarnje jedinice. površine kotlovske jedinice i dalje održavati njezin način rada bez kamenca;
Uništavanje prethodno formiranih naslaga i sprječavanje stvaranja novih osiguravaju se procesi različite prirode.
Na temelju rezultata inspekcijskog nadzora odlučeno je da se nastavi ispitivanje do kraja razdoblja grijanja kako bi se konačno očistili bubnjevi i kotlovske cijevi te utvrdila pouzdanost osiguranja rada kotla bez kamenca. Sljedeće otvaranje kotlovnice izvršeno je nakon 210 dana.
Rezultati internog pregleda kotla pokazali su da je proces čišćenja unutarnjih površina kotla unutar gornjeg i donjeg bubnja i kotlovskih cijevi gotovo završen. potpuno uklanjanje depoziti. Na cijeloj površini metala formiran je tanki gusti premaz, koji je imao crnu boju s plavom bojom, čija debljina čak ni u mokrom stanju (gotovo odmah nakon otvaranja kotla) vizualno nije prelazila 0,1 mm.
Istodobno, pouzdanost osiguravanja rada kotlovske jedinice bez kamenca potvrđena je korištenjem metode ovog izuma.
Zaštitni učinak magnetitnog filma potrajao je i do 2 mjeseca nakon isključivanja uređaja, što je sasvim dovoljno da se osigura suha konzervacija kotlovske jedinice prilikom premještanja u rezervu ili na popravak.
Iako je ovaj izum opisan u odnosu na različite specifične primjere i utjelovljenja izuma, treba razumjeti da ovaj izum nije ograničen na njih i da se može prakticirati unutar opsega sljedećih zahtjeva.
1. Metoda za sprječavanje stvaranja kamenca na metalnoj površini izrađenoj od legure koja sadrži željezo i u kontaktu s parovodnim medijem iz kojeg se može formirati kamenac, uključujući primjenu električnog potencijala koji nosi struju u rasponu od 61 V do 150 V na specificiranu metalnu površinu kako bi se neutralizirala elektrostatička komponenta sile prianjanja između navedene metalne površine i koloidnih čestica i iona koji tvore kamenac.
Izum se odnosi na termoenergetiku i može se koristiti za zaštitu od kamenca i korozije grijaćih cijevi parnih i toplovodnih kotlova, izmjenjivača topline, kotlovskih postrojenja, isparivača, toplinskih cjevovoda, sustava grijanja stambenih zgrada i industrijskih objekata tijekom rada. Metoda za sprječavanje stvaranja kamenca na metalnoj površini izrađenoj od legure koja sadrži željezo i u kontaktu s parovodnim medijem iz kojeg se kamenac može formirati uključuje primjenu električnog potencijala koji nosi struju u rasponu od 61 V do 150 V na određenu metalnu površinu kako bi se neutralizirala elektrostatička komponenta sile prianjanja između određene metalne površine i koloidnih čestica i iona koji stvaraju kamenac. UČINAK: povećanje učinkovitosti i produktivnosti toplovodnih i parnih kotlova, povećanje učinkovitosti prijenosa topline, uništavanje slojeva po sloju i uklanjanje formiranog kamenca, kao i sprječavanje njegovog novog stvaranja. 2 w.p. f-ly, 1 pr., 1 ill.
