Druhy korózie. Počas prevádzky sú prvky parného kotla vystavené agresívne prostredie- voda, para a spaliny. Rozlišujte medzi chemickou a elektrochemickou koróziou.
Chemická korózia , spôsobené parou alebo vodou, ničí kov rovnomerne po celej ploche. Rýchlosť takejto korózie v moderných námorných kotloch je nízka. Nebezpečnejšia je lokálna chemická korózia spôsobená agresívnymi chemickými zlúčeninami obsiahnutými v nánosoch popola (síra, oxidy vanádu a pod.).
Najbežnejší a najnebezpečnejší je elektrochemická korózia, prúdiace vo vodných roztokoch elektrolytov pri výskyte elektrického prúdu, spôsobeného rozdielom potenciálov medzi jednotlivými úsekmi kovu, ktoré sa líšia chemickou heterogenitou, teplotou alebo kvalitou spracovania.
Úlohu elektrolytu plní voda (s vnútornou koróziou) alebo kondenzovaná vodná para v usadeninách (s vonkajšou koróziou).
Výskyt takýchto mikrogalvanických párov na povrchu potrubia vedie k tomu, že kovové ióny-atómy prechádzajú do vody vo forme kladne nabitých iónov a povrch potrubia v tomto mieste získava záporný náboj. Ak je rozdiel potenciálov takýchto mikrogalvanických párov nepatrný, tak na rozhraní kov-voda postupne vzniká dvojitá elektrická vrstva, ktorá spomaľuje ďalší priebeh procesu.
Vo väčšine prípadov sú však potenciály jednotlivých sekcií odlišné, čo spôsobuje výskyt EMF smerovaného z väčšieho potenciálu (anóda) na menší (katóda).
V tomto prípade kovové ióny-atómy prechádzajú z anódy do vody a prebytočné elektróny sa hromadia na katóde. V dôsledku toho sa EMF a následne aj intenzita procesu deštrukcie kovu prudko zníži.
Tento jav sa nazýva polarizácia. Ak sa anódový potenciál zníži v dôsledku vytvorenia ochranného oxidového filmu alebo zvýšenia koncentrácie kovových iónov v anódovej oblasti a katódový potenciál zostane prakticky nezmenený, potom sa polarizácia nazýva anodická.
Pri katódovej polarizácii v roztoku v blízkosti katódy prudko klesá koncentrácia iónov a molekúl schopných odstraňovať prebytočné elektróny z povrchu kovu. Z toho vyplýva, že hlavným bodom v boji proti elektrochemickej korózii je vytvorenie takých podmienok, kedy budú zachované oba typy polarizácie.
Dosiahnuť to je prakticky nemožné, keďže kotlová voda vždy obsahuje depolarizátory – látky, ktoré spôsobujú narušenie polarizačných procesov.
Depolarizátory zahŕňajú molekuly O 2 a CO 2, ióny H +, Cl - a SO - 4, ako aj oxidy železa a medi. CO 2 , Cl - a SO - 4 rozpustené vo vode inhibujú tvorbu hustého ochranného oxidového filmu na anóde a tým prispievajú k intenzívnemu priebehu anodických procesov. Vodíkové ióny H+ znižujú záporný náboj katódy.
Vplyv kyslíka na rýchlosť korózie sa začal prejavovať v dvoch opačných smeroch. Kyslík na jednej strane zvyšuje rýchlosť korózneho procesu, keďže je silným depolarizátorom katódových sekcií, na druhej strane má pasivačný účinok na povrch.
Časti kotla vyrobené z ocele majú zvyčajne dostatočne silný počiatočný oxidový film, ktorý chráni materiál pred vystavením kyslíku, kým nie je zničený chemickými alebo mechanickými faktormi.
Rýchlosť heterogénnych reakcií (vrátane korózie) je regulovaná intenzitou nasledujúcich procesov: prívod reagencií (predovšetkým depolarizátorov) na povrch materiálu; zničenie ochranného oxidového filmu; odstránenie produktov reakcie z miesta jeho výskytu.
Intenzitu týchto procesov do značnej miery určujú hydrodynamické, mechanické a tepelné faktory. Preto sú opatrenia na zníženie koncentrácie agresívnych chemikálií pri vysokej intenzite ostatných dvoch procesov, ako ukazujú skúsenosti z prevádzky kotlov, väčšinou neúčinné.
Z toho vyplýva, že riešenie problému predchádzania korózneho poškodenia by malo byť komplexné, keď sa zohľadnia všetky faktory ovplyvňujúce prvotné príčiny deštrukcie materiálov.
Elektrochemická korózia
V závislosti od miesta toku a látok zapojených do reakcií sa rozlišujú tieto typy elektrochemickej korózie:
- kyslík (a jeho rozmanitosť - parkovanie),
- podkal (niekedy nazývaný „škrupina“),
- intergranulárne (alkalická krehkosť kotlových ocelí),
- slot a
- sírový.
Kyslíková korózia pozorované v ekonomizéroch, armatúrach, prívodných a zvodných potrubiach, parovodných kolektoroch a vnútrokolektorových zariadeniach (štíty, potrubia, chladiče prehriatej pary atď.). Cievky sekundárneho okruhu dvojokruhových kotlov, kotlov a parných ohrievačov vzduchu sú obzvlášť náchylné na kyslíkovú koróziu. Kyslíková korózia prebieha počas prevádzky kotlov a závisí od koncentrácie kyslíka rozpusteného v kotlovej vode.
Rýchlosť kyslíkovej korózie v hlavných kotloch je nízka v dôsledku efektívnu prácu odvzdušňovače a fosfát-dusičnany vodný režim. V pomocných vodnorúrkových kotloch často dosahuje 0,5 - 1 mm / rok, aj keď v priemere sa pohybuje v rozmedzí 0,05 - 0,2 mm / rok. Charakterom poškodenia kotlových ocelí sú malé jamy.
Nebezpečnejším typom kyslíkovej korózie je parkovacia korózia prúdiaci počas doby nečinnosti kotla. Vzhľadom na špecifiká ich práce sú všetky lodné kotly (najmä pomocné kotly) vystavené intenzívnemu parkovacia korózia. Parkovacia korózia spravidla nevedie k poruchám kotla, avšak kov korodovaný pri odstávkach, ceteris paribus, sa intenzívnejšie ničí počas prevádzky kotla.
Hlavnou príčinou parkovacej korózie je prenikanie kyslíka do vody, ak je kotol plný, alebo do filmu vlhkosti na kovovom povrchu, ak je kotol suchý. Významnú úlohu zohrávajú chloridy a NaOH obsiahnuté vo vode a vo vode rozpustné usadeniny solí.
Ak sú vo vode prítomné chloridy, zintenzívňuje sa rovnomerná korózia kovu a ak obsahuje malé množstvo alkálií (menej ako 100 mg/l), korózia je lokalizovaná. Aby sa zabránilo parkovacej korózii pri teplote 20 - 25 °C, voda by mala obsahovať až 200 mg/l NaOH.
Vonkajšie známky korózie za účasti kyslíka: lokálne vredy malá veľkosť(obr. 1, a), naplnené hnedými produktmi korózie, ktoré tvoria tuberkulózy nad vredmi.
Odstránenie kyslíka z napájacej vody je jedným z dôležitých opatrení na zníženie korózie kyslíkom. Od roku 1986 je obsah kyslíka v napájacej vode pre námorné pomocné a odpadové kotly obmedzený na 0,1 mg/l.
Avšak aj pri takomto obsahu kyslíka v napájacej vode sa v prevádzke pozoruje korózne poškodenie článkov kotla, čo naznačuje prevládajúci vplyv procesov deštrukcie oxidového filmu a vylúhovania reakčných produktov z koróznych centier. Väčšina dobrý príklad Vplyv týchto procesov na korózne poškodenie ilustruje deštrukcia hadov kotlov na odpadové teplo s núteným obehom.
Ryža. 1. Poškodenie v dôsledku kyslíkovej korózie
Poškodenie koróziou v prípade kyslíkovej korózie sú zvyčajne prísne lokalizované: na vnútornom povrchu vstupných sekcií (pozri obr. 1, a), v oblasti ohybov (obr. 1, b), na výstupných sekciách a vo koleno cievky (pozri obr. 1, c), ako aj v parovodných kolektoroch úžitkových kotlov (pozri obr. 1, d). Práve v týchto oblastiach (2 - oblasť pristenovej kavitácie) vytvárajú hydrodynamické vlastnosti prúdenia podmienky pre deštrukciu oxidového filmu a intenzívne vymývanie produktov korózie.
Akákoľvek deformácia toku vody a zmesi pary a vody je skutočne sprevádzaná vzhľadom kavitácia vo vrstvách blízko steny expandujúci tok 2, kde vzniknuté a vzápätí kolabujúce bublinky pary spôsobujú deštrukciu oxidového filmu v dôsledku energie hydraulických mikrošokov.
Tomu napomáhajú aj striedavé napätia vo fólii, spôsobené vibráciami cievok a kolísaním teploty a tlaku. Zvýšená lokálna turbulencia prúdenia v týchto oblastiach spôsobuje aktívne vymývanie produktov korózie.
Na priamych výstupných úsekoch hadov dochádza k deštrukcii oxidového filmu v dôsledku nárazov na povrch kvapiek vody pri turbulentných pulzáciách prúdu zmesi pary a vody, ktorej rozptýlený prstencový spôsob pohybu tu prechádza do rozptýleného pri rýchlosť prúdenia až 20-25 m/s.
Za týchto podmienok aj nízky obsah kyslíka (~ 0,1 mg/l) spôsobuje intenzívnu deštrukciu kovu, čo vedie k vzniku fistúl vo vstupných častiach hadov kotlov na odpadové teplo typu La Mont po 2- 4 roky prevádzky av ostatných oblastiach - po 6-12 rokoch.
Ryža. Obr. 2. Korózne poškodenie cievok ekonomizéra úžitkových kotlov KUP1500R motorovej lode „Indira Gandhi“.
Pre ilustráciu vyššie uvedeného uveďme príčiny poškodenia cievok ekonomizéra dvoch úžitkových kotlov typu KUP1500R inštalovaných na nosiči zapaľovačov Indira Gandhi (typ Alexey Kosygin), ktorý bol uvedený do prevádzky v októbri 1985. Už vo februári 1987 z dôvodu poškodenia boli vymenené ekonomizéry oboch kotlov. Po 3 rokoch sa poškodenie cievok objavuje aj u týchto ekonomizérov, umiestnených v priestoroch do 1-1,5 m od sacieho potrubia. Charakter poškodenia naznačuje (obr. 2, a, b) typickú kyslíkovú koróziu s následným únavovým porušením (priečne trhliny).
Charakter únavy v jednotlivých oblastiach je však rozdielny. Vznik trhliny (a skôr praskanie oxidového filmu) v oblasti zvaru (pozri obr. 2, a) je dôsledkom striedania napätí spôsobených vibráciou zväzku rúr a dizajnový prvok spojovacia jednotka cievok s kolektorom (koniec cievky s priemerom 22x2 je privarený k oblúkovej tvarovke s priemerom 22x3).
Deštrukcia oxidového filmu a tvorba únavových trhlín na vnútornom povrchu priamych úsekov zvitkov, vzdialených od vstupu o 700-1000 mm (pozri obr. 2, b), sú spôsobené striedavými tepelnými napätiami, ktoré sa vyskytujú pri uvádzaní kotla do prevádzky, kedy horúci povrch slúžil studená voda. Súčasne je účinok tepelného namáhania zosilnený skutočnosťou, že rebrovanie vinutí sťažuje voľnú expanziu rúrkového kovu a vytvára dodatočné napätia v kove.
Podsuspenzná korózia zvyčajne pozorované v hlavných vodnorúrkových kotloch na vnútorných povrchoch sita a parogeneračných rúrok prítokových zväzkov smerujúcich k horáku. Povahou podkalovej korózie sú oválne jamky s veľkosťou pozdĺž hlavnej osi (rovnobežne s osou potrubia) do 30-100 mm.
Na vredoch je hustá vrstva oxidov vo forme „škrupín“ 3 (obr. 3) Podsuspenzná korózia prebieha v prítomnosti pevných depolarizátorov – oxidov železa a medi 2, ktoré sa ukladajú na tepelne najviac namáhanom potrubí. úseky v miestach aktívnych koróznych centier, ktoré vznikajú pri deštrukcii oxidových filmov .
Na vrchu sa vytvorí voľná vrstva vodného kameňa a produktov korózie. mechanicky. Pod "škrupinami" sa zhoršuje prenos tepla, čo vedie k prehriatiu kovu a vzniku vydutín.
Pre pomocné kotly nie je tento typ korózie typický, ale pri vysokom tepelnom zaťažení a vhodných režimoch úpravy vody nie je u týchto kotlov vylúčený výskyt korózie pod kalom.
Korózia ocele v parné kotly, prúdiaci pôsobením vodnej pary, sa redukuje hlavne na nasledujúcu reakciu:
3Fe + 4H20 = Fe203 + 4H2
Môžeme predpokladať, že vnútorný povrch kotla je tenký film magnetického oxidu železa. Počas prevádzky kotla sa oxidový film neustále ničí a znovu vytvára a uvoľňuje sa vodík. Pretože povrchový film magnetického oxidu železa je hlavnou ochranou ocele, mal by sa udržiavať v stave najmenšej priepustnosti vody.
Pre kotly, armatúry, vodovodné a parovody sa používajú hlavne jednoduché uhlíkové alebo nízkolegované ocele. Korozívnym médiom je vo všetkých prípadoch voda alebo vodná para rôzneho stupňa čistoty.
Teplota, pri ktorej môže proces korózie prebiehať, sa mení od teploty miestnosti, kde je kotol neaktívny, až po bod varu nasýtených roztokov počas prevádzky kotla, niekedy dosahuje 700 °. Roztok môže mať teplotu oveľa vyššiu ako je kritická teplota čistej vody (374°). Vysoké koncentrácie soli v kotloch sú však zriedkavé.
Mechanizmus, ktorým fyzikálne a chemické príčiny môžu viesť k zlyhaniu filmu v parných kotloch, sa v podstate nelíši od mechanizmu skúmaného vo viac nízke teploty na menej kritických zariadeniach. Rozdiel je v tom, že rýchlosť korózie v kotloch je oveľa vyššia v dôsledku vysokej teploty a tlaku. Vysoká rýchlosť prenosu tepla zo stien kotla do média, dosahujúca 15 cal/cm2sec, tiež podporuje koróziu.
DÁMOVÁ KORÓZIA
Tvar koróznych jamiek a ich rozmiestnenie na povrchu kovu sa môže meniť v širokom rozsahu. Korózne jamy sa niekedy tvoria vo vnútri už existujúcich jamiek a často sú tak blízko seba, že povrch je extrémne nerovný.Rozpoznanie pittingu
Zistiť príčinu vzniku korózneho poškodenia určitého typu je často veľmi ťažké, keďže môže pôsobiť viacero príčin súčasne; okrem toho množstvo zmien, ku ktorým dochádza pri ochladzovaní kotla z vysokej teploty a pri vypúšťaní vody, niekedy maskuje javy, ktoré sa vyskytli počas prevádzky. Skúsenosti však veľmi pomáhajú rozoznať jamkovitosť v kotloch. Napríklad bolo pozorované, že prítomnosť čierneho magnetického oxidu železa v korozívnej dutine alebo na povrchu tuberkulu naznačuje, že v kotle prebiehal aktívny proces. Takéto pozorovania sa často používajú pri overovaní opatrení prijatých na ochranu pred koróziou.
Nemiešajte oxid železa, ktorý vzniká v oblastiach aktívnej korózie, s čiernym magnetickým oxidom železa, ktorý je niekedy prítomný ako suspenzia vo vode z kotla. Je potrebné mať na pamäti, že ani celkové množstvo jemne rozptýleného magnetického oxidu železa, ani množstvo uvoľneného vodíka v kotle nemôže slúžiť ako spoľahlivý indikátor stupňa a rozsahu prebiehajúcej korózie. Hydrát oxidu železitého vstupujúci do kotla z vonkajších zdrojov, ako sú nádrže na kondenzát alebo potrubia napájajúce kotol, môže čiastočne vysvetliť prítomnosť oxidu železa a vodíka v kotli. Hydrát oxidu železitého pochádzajúci z napájacia voda, interaguje v kotle podľa reakcie.
ZFe (OH)2 \u003d Fe304 + 2H20 + H2.
Príčiny ovplyvňujúce rozvoj bodovej korózie
Cudzie nečistoty a napätia. Nekovové inklúzie v oceli, ako aj napätia, sú schopné vytvárať anodické oblasti na kovovom povrchu. Typicky sú to korózne dutiny rôzne veľkosti a rozptýlené po povrchu v neporiadku. V prítomnosti napätí sa umiestnenie škrupín riadi smerom aplikovaného napätia. Typickými príkladmi sú rúrky s plutvami, kde sú rebrá prasknuté a rebrá sú rozšírené.
rozpustený kyslík.
Je možné, že najsilnejším aktivátorom bodovej korózie je kyslík rozpustený vo vode. Pri všetkých teplotách, dokonca aj v alkalický roztok, kyslík slúži ako aktívny depolarizátor. Okrem toho sa v kotloch môžu ľahko tvoriť prvky koncentrácie kyslíka, najmä pod vodným kameňom alebo znečistením, kde sa vytvárajú stagnujúce oblasti. Obvyklým opatrením na boj proti tomuto druhu korózie je odvzdušnenie.
Rozpustený anhydrid kyseliny uhličitej.
Keďže roztoky anhydridu kyseliny uhličitej majú mierne kyslú reakciu, urýchľuje koróziu v kotloch. Alkalická kotlová voda znižuje korozívnosť rozpusteného anhydridu kyseliny uhličitej, ale výsledná výhoda sa nevzťahuje na povrchy preplachované parou alebo kondenzátové potrubie. Odstránenie anhydridu kyseliny uhličitej spolu s rozpusteným kyslíkom mechanickým odvzdušnením je bežnou praxou.
Nedávno boli urobené pokusy použiť cyklohexylamín na elimináciu korózie v parných a kondenzačných potrubiach vo vykurovacích systémoch.
Usadeniny na stenách kotla.
Veľmi často sa korózne jamy nachádzajú pozdĺž vonkajšieho povrchu (alebo pod povrchom) usadenín, ako sú okoviny, kotlové kaly, kotlové okoviny, produkty korózie, olejové filmy. Po spustení sa bude pokračovať v tvorbe jamiek, ak sa neodstránia produkty korózie. Tento typ lokalizovanej korózie je umocnený katódovým (vo vzťahu k kotlovej oceli) povahou zrážania alebo úbytku kyslíka pod usadeninami.
Meď v kotlovej vode.
Ak vezmeme do úvahy veľké množstvá zliatiny medi používané na pomocné zariadenia (kondenzátory, čerpadlá a pod.), potom nie je prekvapujúce, že vo väčšine prípadov sú usadeniny medi obsiahnuté v usadeninách kotlov. Zvyčajne je prítomný v kovovom stave, niekedy vo forme oxidu. Množstvo medi v ložiskách kolíše od zlomkov percent až po takmer čistú meď.
Otázku významu usadenín medi pri korózii kotla nemožno považovať za vyriešenú. Niektorí tvrdia, že meď je prítomná iba v procese korózie a nijako ju neovplyvňuje, zatiaľ čo iní sa naopak domnievajú, že meď, ktorá je katódou vo vzťahu k oceli, môže prispievať k jamkovej korózii. Žiadny z týchto uhlov pohľadu nie je potvrdený priamymi experimentmi.
V mnohých prípadoch bola pozorovaná malá alebo žiadna korózia, napriek skutočnosti, že usadeniny v celom kotle obsahovali značné množstvo kovovej medi. Existujú tiež dôkazy, že keď sa meď dostane do kontaktu s mäkkou oceľou v alkalickej kotlovej vode, pri zvýšených teplotách sa meď zničí rýchlejšie ako oceľ. Medené krúžky lisujúce konce rozšírených rúrok, medené nity a sitá pomocných zariadení, ktorými prechádza kotlová voda, sú takmer úplne zničené aj pri relatívne nízkych teplotách. Vzhľadom na to sa predpokladá, že kovová meď nezvyšuje koróziu kotlovej ocele. Vylúčenú meď možno jednoducho považovať za konečný produkt redukcie oxidu medi vodíkom v čase jeho vzniku.
Naopak, veľmi silné korózne jamky kotlového kovu sa často pozorujú v blízkosti ložísk, ktoré sú obzvlášť bohaté na meď. Tieto pozorovania viedli k názoru, že meď, pretože je katodická vzhľadom na oceľ, podporuje jamkovanie.
Povrch kotlov zriedkavo obsahuje odkryté kovové železo. Najčastejšie má ochranná vrstva, pozostávajúce hlavne z oxidu železa. Je možné, že tam, kde sa v tejto vrstve vytvoria trhliny, sa odkryje povrch, ktorý je vzhľadom na meď anodický. Na takýchto miestach sa zosilňuje tvorba koróznych škrupín. To môže tiež vysvetliť zrýchlenú koróziu v niektorých prípadoch, keď sa vytvorila škrupina, ako aj silnú jamkovú koróziu niekedy pozorovanú po čistení kotlov kyselinami.
Nesprávna údržba neaktívnych kotlov.
Jeden z najviac bežné príčiny tvorba koróznych jám je nedostatok náležitej starostlivosti o nečinné kotly. Neaktívny kotol musí byť udržiavaný buď úplne suchý alebo naplnený vodou upravenou tak, aby nebola možná korózia.
Voda zostávajúca na vnútornom povrchu neaktívneho kotla rozpúšťa kyslík zo vzduchu, čo vedie k tvorbe škrupín, ktoré sa neskôr stanú centrami, okolo ktorých sa rozvinie korózny proces.
Zvyčajné pokyny na ochranu neaktívnych kotlov pred hrdzavením sú nasledovné:
1) vypustenie vody z ešte horúceho kotla (asi 90°); fúkanie kotla vzduchom, kým nie je úplne vypustené a udržiavané v suchom stave;
2) naplnenie kotla alkalickou vodou (pH = 11), obsahujúcou prebytok iónov SO3" (asi 0,01%) a uskladnenie pod vodným alebo parným uzáverom;
3) naplnenie kotla alkalickým roztokom obsahujúcim soli kyseliny chrómovej (0,02-0,03 % CrO4“).
Pri chemickom čistení kotlov dôjde na mnohých miestach k odstráneniu ochrannej vrstvy oxidu železa. Následne tieto miesta nemusia byť pokryté novovytvorenou súvislou vrstvou a objavia sa na nich škrupiny aj pri nedostatku medi. Preto sa odporúča ihneď po chemickom čistení obnoviť vrstvu oxidu železa ošetrením vriacim alkalickým roztokom (podobne ako pri nových kotloch uvádzaných do prevádzky).
Korózia ekonomizérov
Všeobecné ustanovenia o korózii kotla platia rovnako pre ekonomizéry. Na tvorbu koróznych jám je však citlivý najmä ekonomizér, ktorý ohrieva napájaciu vodu a je umiestnený pred kotlom. Predstavuje prvý vysokoteplotný povrch, ktorý je vystavený škodlivým účinkom kyslíka rozpusteného v napájacej vode. Navyše voda prechádzajúca ekonomizérom má spravidla nízke pH a neobsahuje chemické spomaľovače.
Boj proti korózii ekonomizérov spočíva v odvzdušňovaní vody a pridávaní alkalických a chemických retardérov.
Niekedy sa úprava kotlovej vody vykonáva tak, že jej časť prechádza cez ekonomizér. V tomto prípade by sa malo zabrániť usadzovaniu kalu v ekonomizéri. Je potrebné vziať do úvahy aj vplyv takejto recirkulácie kotlovej vody na kvalitu pary.
ÚPRAVA VODY V KOTLE
Pri úprave kotlovej vody na ochranu proti korózii sa vytvára a udržiava ochranný film na kovové povrchy. Kombinácia látok pridávaných do vody závisí od prevádzkových podmienok, najmä od tlaku, teploty, tepelného namáhania kvality napájacej vody. Vo všetkých prípadoch však treba dodržať tri pravidlá: kotlová voda musí byť zásaditá, nesmie obsahovať rozpustený kyslík a znečisťovať vykurovaciu plochu.Lúh sodný poskytuje ochranu najlepšie pri pH = 11-12. V praxi sa pri komplexnom zložení kotlovej vody najlepšie výsledky dosahujú pri pH = 11. Pre kotly pracujúce pri tlaku pod 17,5 kg/cm2 sa pH zvyčajne udržiava medzi 11,0 a 11,5. Pre vyššie tlaky, kvôli možnosti deštrukcie kovu v dôsledku nesprávnej cirkulácie a lokálneho zvýšenia koncentrácie alkalického roztoku, sa pH zvyčajne rovná 10,5 - 11,0.
Na odstránenie zvyškového kyslíka sa široko používajú chemické redukčné činidlá: soli kyseliny sírovej, hydrát oxidu železitého a organické redukčné činidlá. Zlúčeniny železa sú veľmi dobré pri odstraňovaní kyslíka, ale vytvárajú kal, ktorý má nežiaduci vplyv na prenos tepla. Organické redukčné činidlá v dôsledku ich nestability pri vysoké teploty, sa všeobecne neodporúčajú pre kotly pracujúce pri tlaku nad 35 kg/cm2. Existujú údaje o rozklade siričitých solí pri zvýšených teplotách. Avšak ich použitie v malých koncentráciách v kotloch pracujúcich pod tlakom do 98 kg/cm2 je široko praktizované. Mnohé vysokotlakové zariadenia pracujú bez akéhokoľvek chemického odvzdušňovania.
Náklady na špeciálne zariadenie na odvzdušňovanie, napriek jeho nepochybnej užitočnosti, nie sú vždy opodstatnené pre malé zariadenia pracujúce pri relatívne nízke tlaky. Pri tlakoch pod 14 kg/cm2 môže čiastočné odvzdušnenie v ohrievačoch napájacej vody priniesť obsah rozpusteného kyslíka približne na 0,00007 %. Dobré výsledky poskytuje pridanie chemických redukčných činidiel, najmä ak je pH vody vyššie ako 11 a pred vstupom vody do kotla sa pridávajú lapače kyslíka, čo zaisťuje príjem kyslíka mimo kotla.
KORÓZIA V KONCENTROVANEJ VODE KOTLA
Nízke koncentrácie lúhu sodného (rádovo 0,01 %) prispievajú k zachovaniu oxidovej vrstvy na oceli v stave, ktorý spoľahlivo poskytuje ochranu proti korózii. Lokálne zvýšenie koncentrácie spôsobuje silnú koróziu.Oblasti povrchu kotla, kde koncentrácia alkálií dosahuje nebezpečnú hodnotu, sa zvyčajne vyznačujú nadbytočným zásobovaním teplom vo vzťahu k cirkulujúcej vode. Zóny obohatené alkáliami v blízkosti kovového povrchu sa môžu vyskytovať na rôznych miestach kotla. Korózne jamy sú usporiadané v pásoch alebo predĺžených častiach, niekedy hladké a niekedy vyplnené tvrdým a hustým magnetickým oxidom.
Rúry umiestnené horizontálne alebo mierne naklonené a vystavené intenzívnemu žiareniu zhora korodujú vo vnútri, pozdĺž horná rodiaca čiara. Podobné prípady boli pozorované vo veľkokapacitných kotloch a boli tiež reprodukované v špeciálne navrhnutých experimentoch.
Potrubie, v ktorom je cirkulácia vody pri silnom zaťažení kotla nerovnomerná alebo prerušená, môže byť zničená pozdĺž spodnej tvoriacej priamky. Niekedy je korózia výraznejšia pozdĺž premenlivej hladiny vody na bočných plochách. Často je možné pozorovať hojné nahromadenie magnetického oxidu železa, niekedy uvoľneného, niekedy predstavujúceho husté masy.
Prehrievanie ocele často zvyšuje zničenie. To sa môže stať v dôsledku vytvorenia vrstvy pary v hornej časti naklonenej trubice. Vytvorenie parného plášťa je možné aj vo zvislých rúrach so zvýšeným prísunom tepla, ako ukazujú merania teploty na rôznych miestach rúr počas prevádzky kotla. Charakteristické údaje získané počas týchto meraní sú znázornené na obr. 7. Obmedzené oblasti prehriatia vo vertikálnych rúrach s normálna teplota nad a pod "horúcim miestom" sú pravdepodobne výsledkom varu vody.
Zakaždým, keď sa na povrchu rúrky kotla vytvorí parná bublina, teplota kovu pod ňou sa zvýši.
K zvýšeniu koncentrácie alkálií vo vode by malo dôjsť na rozhraní: parná bublina - voda - vykurovacia plocha. Na obr. ukázalo sa, že aj mierne zvýšenie teploty vodného filmu v kontakte s kovom a s expandujúcou bublinou pary vedie ku koncentrácii hydroxidu sodného, meranej už v percentách a nie v častiach na milión. Vodný film obohatený o alkálie, ktorý sa vytvára v dôsledku objavenia sa každej bubliny pár, ovplyvňuje malú oblasť kovu a na veľmi krátky čas. Celkový účinok pary na vykurovaciu plochu však možno prirovnať k nepretržité pôsobenie koncentrovaný alkalický roztok, napriek tomu, že Celková váha voda obsahuje len milióntiny hydroxidu sodného. Bolo urobených niekoľko pokusov nájsť riešenie problému spojeného s lokálnym zvýšením koncentrácie hydroxidu sodného na vykurovacích plochách. Preto bolo navrhnuté pridávať neutrálne soli (napríklad chloridy kovov) do vody vo vyššej koncentrácii ako lúh sodný. Najlepšie je však úplne vylúčiť pridávanie lúhu sodného a zabezpečiť požadovanú hodnotu pH zavedením hydrolyzovateľných solí kyseliny fosforečnej. Vzťah medzi pH roztoku a koncentráciou sodnej soli fosforečnej je znázornený na obr. Napriek tomu, že voda s obsahom sodnej soli fosforečnej má vysoká hodnota pH, môže sa odparovať bez výrazného zvýšenia koncentrácie hydroxylových iónov.
Treba však pripomenúť, že vylúčenie pôsobenia lúhu sodného znamená len odstránenie jedného faktora urýchľujúceho koróziu. Ak sa v rúrach vytvorí parný plášť, potom aj keď voda neobsahuje alkálie, je stále možná korózia, aj keď v menšom rozsahu ako v prítomnosti hydroxidu sodného. Riešenie problému by sa malo hľadať aj zmenou dizajnu, berúc do úvahy súčasne tendenciu k neustále zvyšovanie energetická náročnosť výhrevných plôch, čo zase určite zvyšuje koróziu. Ak teplota tenkej vrstvy vody priamo na výhrevnom povrchu rúrky prekročí priemernú teplotu vody v hrubom aj o malé množstvo, môže v takejto vrstve pomerne silne vzrásť koncentrácia hydroxidu sodného. Krivka približne znázorňuje rovnovážne podmienky v roztoku obsahujúcom iba lúh sodný. Presné údaje závisia do určitej miery od tlaku v kotle.
ALKALICKÁ DREVOSTI OCELE
Alkalickú krehkosť možno definovať ako výskyt trhlín v oblasti nitových švov alebo iných spojov, kde sa môže hromadiť koncentrovaný alkalický roztok a kde sú vysoké mechanické namáhania.Najzávažnejšie poškodenie sa takmer vždy vyskytuje v oblasti nitových švov. Niekedy spôsobujú výbuch kotla; častejšie je potrebné vykonávať nákladné opravy aj relatívne nových kotlov. Jedna americká železnica zaznamenala praskliny v 40 kotloch lokomotív za rok, čo si vyžiadalo opravy v hodnote asi 60 000 dolárov. Prejav krehkosti bol zistený aj na rúrach v miestach rozšírení, na spojoch, rozdeľovačoch a v miestach závitových spojov.
Napätie potrebné na vznik alkalického skrehnutia
Prax ukazuje nízku pravdepodobnosť krehkého lomu konvenčnej kotlovej ocele, ak napätia nepresahujú medzu klzu. Napätie, vytvorené tlakom para alebo rovnomerne rozložené zaťaženie od vlastnej hmotnosti konštrukcie, nemôže viesť k tvorbe trhlín. Avšak napätia vznikajúce valcovaním listový materiál, určené na výrobu kotlov, deformácia pri nitovaní alebo akomkoľvek spracovaní za studena, spojená s trvalou deformáciou, môže spôsobiť vznik trhlín.
Pre vznik trhlín nie je potrebná prítomnosť vonkajších napätí. Vzorka kotlovej ocele, ktorá bola predtým udržiavaná v konštantnom ohybovom napätí a potom uvoľnená, môže prasknúť v alkalickom roztoku, ktorého koncentrácia sa rovná zvýšenej koncentrácii alkálií v kotlovej vode.
Koncentrácia alkálií
Normálna koncentrácia alkálií v bubne kotla nemôže spôsobiť praskanie, pretože nepresahuje 0,1 % NaOH a najnižšia koncentrácia, pri ktorej sa pozoruje krehnutie alkálií, je približne 100-krát vyššia ako normálne.
Takéto vysoké koncentrácie môžu byť výsledkom extrémne pomalého prenikania vody cez nitový šev alebo inú medzeru. To vysvetľuje výskyt tvrdých solí na vonkajšej strane väčšiny nitových spojov v parných kotloch. Najnebezpečnejšia netesnosť je tá, ktorú je ťažké odhaliť a zanecháva pevný nános vo vnútri nitového spoja, kde sú vysoké zvyškové napätia. Kombinované pôsobenie napätia a koncentrovaného roztoku môže spôsobiť vznik alkalických krehkých trhlín.
Zariadenie na alkalické krehnutie
Špeciálne zariadenie na kontrolu zloženia vody reprodukuje proces odparovania vody so zvýšením koncentrácie alkálií na namáhanej vzorke ocele za rovnakých podmienok, v akých k tomu dochádza v oblasti nitového švu. Prasknutie testovanej vzorky naznačuje, že kotlová voda tohto zloženia je schopná spôsobiť alkalické skrehnutie. Preto je v tomto prípade potrebná úprava vody na jej odstránenie. nebezpečné vlastnosti. Prasknutie kontrolnej vzorky však neznamená, že sa v kotle už objavili alebo objavia praskliny. V nitových švoch alebo v iných spojoch nemusí nevyhnutne dochádzať k netesnostiam (zapareniu), namáhaniu a zvýšeniu koncentrácie alkálií, ako v kontrolnej vzorke.
Riadiace zariadenie sa inštaluje priamo na parný kotol a umožňuje posúdiť kvalitu kotlovej vody.
Skúška trvá 30 a viac dní so stálou cirkuláciou vody cez kontrolné zariadenie.
Rozpoznanie trhlín alkalického skrehnutia
Alkalické krehké trhliny v konvenčnej kotlovej oceli majú iný charakter ako únavové trhliny alebo trhliny spôsobené vysoké napätie. Toto je znázornené na obr. I9, čo ukazuje intergranulárny charakter takýchto trhlín tvoriacich jemnú sieť. Rozdiel medzi intergranulárnymi alkalickými krehkými trhlinami a intragranulárnymi trhlinami spôsobenými koróznou únavou je možné vidieť porovnaním.
V legovaných oceliach (napríklad nikel alebo kremík-mangán), ktoré sa používajú na kotly lokomotív, sú trhliny tiež usporiadané v mriežke, ale nie vždy prechádzajú medzi kryštalitmi, ako v prípade bežnej kotlovej ocele.
Teória alkalického skrehnutia
Atómy v kryštálovej mriežke kovu, ktoré sa nachádzajú na hraniciach kryštalitov, zažívajú menej symetrický efekt svojich susedov ako atómy vo zvyšku hmoty zrna. Preto ľahšie opúšťajú kryštálovú mriežku. Niekto by si mohol myslieť, že pri starostlivom výbere agresívneho prostredia bude možné takéto selektívne odstránenie atómov z hraníc kryštalitov. Experimenty skutočne ukazujú, že v kyslých, neutrálnych (s použitím slabého elektrického prúdu, ktorý vytvára podmienky priaznivé pre koróziu) a koncentrovaných alkalických roztokoch je možné dosiahnuť medzikryštalické krakovanie. Ak sa zmení všeobecný roztok korózie pridaním nejakej látky, ktorá vytvára na povrchu kryštálov ochranný film, korózia sa koncentruje na hraniciach medzi kryštalitmi.
Agresívnym riešením je v tomto prípade roztok lúhu sodného. Sodná soľ kremíka môže chrániť povrchy kryštalitov bez ovplyvnenia hraníc medzi nimi. Výsledok spoločného ochranného a agresívneho pôsobenia závisí od mnohých okolností: koncentrácia, teplota, stav napätia kovu a zloženie roztoku.
Existuje aj koloidná teória alkalického skrehnutia a teória vplyvu rozpúšťania vodíka v oceli.
Spôsoby boja proti alkalickému skrehnutiu
Jedným zo spôsobov boja proti alkalickej krehkosti je nahradenie nitovania kotlov zváraním, čím sa eliminuje možnosť úniku. Krehkosť možno eliminovať aj použitím ocele odolnej proti medzikryštalickej korózii, príp chemické ošetrenie kotlová voda. V nitovaných kotloch, ktoré sa v súčasnosti používajú, je posledný uvedený spôsob jediný prijateľný.
Predbežné testy s použitím kontrolnej vzorky predstavujú najlepšia cesta stanovenie účinnosti určitých ochranných prísad do vody. Soľ sulfidu sodného nezabráni praskaniu. Dusíkatá sodná soľ sa úspešne používa na zabránenie praskaniu pri tlakoch do 52,5 kg/cm2. Koncentrované roztoky sodnej dusíkatej soli, vr atmosferický tlak, môže spôsobiť korózne trhliny v mäkkej oceli.
V súčasnosti sa sodná soľ dusíka široko používa v stacionárnych kotloch. Koncentrácia sodnej soli dusíka zodpovedá 20-30 % koncentrácie alkálií.
KORÓZIA PARNÝCH PREHRIEVAČOV
Korózia na vnútorných povrchoch rúrok prehrievača je primárne spôsobená interakciou medzi kovom a parou pri vysokej teplote a v menšej miere unášaním solí kotlovej vody parou. V druhom prípade sa na kovových stenách môžu vytvárať filmy roztokov s vysokou koncentráciou hydroxidu sodného, ktoré priamo korodujú oceľ alebo vytvárajú usadeniny, ktoré sa spekajú na stene rúrky, čo môže viesť k tvorbe vydutín. V kotloch v nečinnosti a v prípadoch kondenzácie pary v relatívne studených prehrievačoch sa vplyvom kyslíka a anhydridu kyseliny uhličitej môže vyvinúť jamka.Vodík ako miera rýchlosti korózie
Teplota pary v moderné kotly blížiacim sa teplotám používaným v priemyselná produkcia vodík priamou reakciou medzi parou a železom.
Rýchlosť korózie rúrok vyrobených z uhlíkových a legovaných ocelí pôsobením pary pri teplotách do 650 ° možno posúdiť podľa objemu uvoľneného vodíka. Vývin vodíka sa niekedy používa ako miera všeobecnej korózie.
AT nedávne časy V amerických elektrárňach sa používajú tri typy miniatúrnych jednotiek na odvod plynu a vzduchu. Oni poskytujú úplné odstránenie plynov a odplyneného kondenzátu je vhodný na stanovenie solí v ňom odvádzaných parou z kotla. Približnú hodnotu všeobecnej korózie prehrievača počas prevádzky kotla možno získať stanovením rozdielu koncentrácií vodíka vo vzorkách pary odobratej pred a po jej prechode prehrievačom.
Korózia spôsobená nečistotami v pare
Sýta para vstupujúca do prehrievača nesie so sebou malé, ale merateľné množstvá plynov a solí z kotlovej vody. Najbežnejšími plynmi sú kyslík, amoniak a oxid uhličitý. Keď para prechádza prehrievačom, nepozoruje sa žiadna výrazná zmena koncentrácie týchto plynov. Týmto plynom možno pripísať len malú koróziu kovového prehrievača. Doteraz nebolo dokázané, že soli rozpustené vo vode, v suchej forme alebo uložené na prehrievačoch, môžu prispievať ku korózii. Avšak, lúh sodný, je hlavný neoddeliteľnou súčasťou soli unášané vo vode z kotla môžu prispieť ku korózii veľmi horúcej rúrky, najmä ak sa alkálie prilepia na kovovú stenu.
Zvýšenie čistoty nasýtenej pary sa dosiahne predbežným starostlivým odstránením plynov z napájacej vody. Zníženie množstva soli unášanej v pare sa dosiahne dôkladným čistením v hornom zberači, pomocou mechanické separátory, preplachovanie nasýtenou parou napájacou vodou alebo vhodná chemická úprava vody.
Stanovenie koncentrácie a povahy plynov unášaných nasýtenou parou sa vykonáva pomocou vyššie uvedených zariadení a chemický rozbor. Koncentráciu solí v nasýtenej pare je vhodné určiť meraním elektrickej vodivosti vody alebo vyparovaním Vysoké číslo kondenzát.
Navrhuje sa zlepšený spôsob merania elektrickej vodivosti a uvádzajú sa vhodné korekcie pre niektoré rozpustené plyny. Kondenzát v miniatúrnych odplyňovačoch uvedených vyššie možno použiť aj na meranie elektrickej vodivosti.
Keď je kotol nečinný, prehrievač je chladnička, v ktorej sa hromadí kondenzát; v tomto prípade je možný normálny podvodný piting, ak para obsahuje kyslík alebo oxid uhličitý.
Populárne články
Úvod
Korózia (z latinského corrosio - korózia) je spontánna deštrukcia kovov v dôsledku chemickej alebo fyzikálno-chemickej interakcie s životné prostredie. Vo všeobecnosti ide o zničenie akéhokoľvek materiálu - či už je to kov alebo keramika, drevo alebo polymér. Korózia je spôsobená termodynamickou nestabilitou konštrukčné materiály na účinky látok v životnom prostredí, ktoré sú s nimi v kontakte. Príkladom je kyslíková korózia železa vo vode:
4Fe + 2H20 + ZO2 \u003d2 (Fe203H20)
AT Každodenný život pre zliatiny železa (ocele) sa častejšie používa pojem „hrdzavejúci“. Menej známe prípady korózie polymérov. V súvislosti s nimi existuje pojem „starnutie“, podobný výrazu „korózia“ pre kovy. Napríklad starnutie gumy v dôsledku interakcie so vzdušným kyslíkom alebo deštrukcia niektorých plastov pod vplyvom zrážok a biologická korózia. Miera korózie, ako každá chemická reakcia veľmi silno závislé od teploty. Zvýšenie teploty o 100 stupňov môže zvýšiť rýchlosť korózie o niekoľko rádov.
Korózne procesy sa vyznačujú širokým rozšírením a rôznymi podmienkami a prostrediami, v ktorých sa vyskytuje. Preto neexistuje jediná a komplexná klasifikácia vyskytujúcich sa prípadov korózie. Hlavná klasifikácia sa robí podľa mechanizmu procesu. Existujú dva typy: chemická korózia a elektrochemická korózia. V tomto abstrakte sa chemická korózia podrobne zvažuje na príklade lodných kotolní malých a veľkých kapacít.
Korózne procesy sa vyznačujú širokým rozšírením a rôznymi podmienkami a prostrediami, v ktorých sa vyskytuje. Preto neexistuje jediná a komplexná klasifikácia vyskytujúcich sa prípadov korózie.
Podľa typu agresívneho média, v ktorom prebieha proces deštrukcie, môže byť korózia nasledujúcich typov:
1) - Plynová korózia
2) - Korózia v neelektrolytoch
3) - Atmosférická korózia
4) -Korózia v elektrolytoch
5) - Podzemná korózia
6) -Biokorózia
7) -Korózia bludným prúdom.
Podľa podmienok priebehu korózneho procesu sa rozlišujú tieto typy:
1) -Kontaktná korózia
2) - Štrbinová korózia
3) -Korózia pri neúplnom ponorení
4) - Korózia pri úplnom ponorení
5) -Korózia pri premenlivom ponorení
6) - Trecia korózia
7) -Korózia pri namáhaní.
Podľa povahy zničenia:
Nepretržitá korózia pokrývajúca celý povrch:
1) - uniforma;
2) - nerovnomerné;
3) - selektívne.
Lokálna (lokálna) korózia, pokrývajúca jednotlivé oblasti:
1) - škvrny;
2) - ulcerózna;
3) -bod (alebo pitting);
4) - cez;
5) - interkryštalické.
1. Chemická korózia
Predstavme si kov v procese výroby valcovaných kovových výrobkov pri oceliareň: po stolici valcovacej stolice sa pohybuje rozžeravená hmota. Na všetky strany sa z nej šíria striekance ohňa. Práve z povrchu kovu sa odlupujú čiastočky vodného kameňa – produkt chemickej korózie vznikajúci pri interakcii kovu so vzdušným kyslíkom. Takýto proces spontánnej deštrukcie kovu v dôsledku priamej interakcie častíc oxidačného činidla a oxidovaného kovu sa nazýva chemická korózia.
Chemická korózia je interakcia kovového povrchu s (korozívnym) prostredím, ktorá nie je sprevádzaná výskytom elektrochemických procesov na fázovom rozhraní. V tomto prípade dochádza k interakciám oxidácie kovu a redukcie oxidačnej zložky korozívneho prostredia v jednom akte. Napríklad tvorba vodného kameňa, keď sú materiály na báze železa vystavené kyslíku pri vysokej teplote:
4Fe + 302 → 2Fe203
Pri elektrochemickej korózii nedochádza k ionizácii atómov kovu a redukcii oxidačnej zložky korózneho prostredia v jednom úkone a ich rýchlosti závisia od elektródového potenciálu kovu (napríklad hrdzavenie ocele v morskej vode).
Pri chemickej korózii dochádza súčasne k oxidácii kovu a redukcii oxidačnej zložky korózneho prostredia. Takáto korózia sa pozoruje, keď suché plyny (vzduch, produkty spaľovania paliva) a kvapalné neelektrolyty (olej, benzín atď.) pôsobia na kovy a ide o heterogénnu chemickú reakciu.
Proces chemickej korózie prebieha nasledovne. Súčasne vstupuje do prostredia oxidujúca zložka prostredia, odoberajúca valenčné elektróny z kovu chemická zlúčenina, čím sa na kovovom povrchu vytvorí film (produkt korózie). K ďalšej tvorbe filmu dochádza v dôsledku vzájomnej obojsmernej difúzie cez film agresívneho média ku kovu a atómom kovu smerom k vonkajšie prostredie a ich interakcie. V tomto prípade, ak má výsledný film ochranné vlastnosti, t.j. zabraňuje difúzii atómov, potom korózia prebieha so samobrzdením včas. Takýto film vzniká na medi pri teplote ohrevu 100°C, na nikle pri 650°C a na železe pri 400°C. Zahrievanie oceľových výrobkov nad 600 °C vedie k vytvoreniu voľného filmu na ich povrchu. Keď teplota stúpa, oxidačný proces sa zrýchľuje.
Najčastejším typom chemickej korózie je korózia kovov v plynoch pri vysokých teplotách – plynová korózia. Príkladom takejto korózie je oxidácia armatúr pecí, častí spaľovacích motorov, roštov, častí petrolejových lámp a oxidácia pri vysokoteplotnom spracovaní kovov (kovanie, valcovanie, razenie). Na povrchu kovových výrobkov je možná aj tvorba iných produktov korózie. Napríklad pôsobením zlúčenín síry na železo vznikajú zlúčeniny síry, na striebre pôsobením pár jódu jodid strieborný a pod.. Najčastejšie sa však na povrchu kovov vytvára vrstva zlúčenín oxidov.
Teplota má veľký vplyv na rýchlosť chemickej korózie. Keď teplota stúpa, rýchlosť korózie plynu sa zvyšuje. Zloženie plynného média má špecifický vplyv na rýchlosť korózie rôznych kovov. Takže nikel je stabilný v kyslíkovom prostredí, oxid uhličitý, ale silne koroduje v atmosfére kyslého plynu. Meď je náchylná na koróziu v kyslíkovej atmosfére, ale je stabilná v atmosfére kyslého plynu. Chróm má odolnosť voči korózii vo všetkých troch plynných prostrediach.
Na ochranu proti plynovej korózii sa používa žiaruvzdorné legovanie s chrómom, hliníkom a kremíkom, vytváranie ochranných atmosfér a ochranné nátery hliníkové, chrómové, kremíkové a tepelne odolné emaily.
2. Chemická korózia v námorných parných kotloch.
Druhy korózie. Počas prevádzky sú prvky parného kotla vystavené agresívnym médiám - vode, pare a spalinám. Rozlišujte medzi chemickou a elektrochemickou koróziou.
Časti a súčasti strojov pracujúcich pri vysokých teplotách sú náchylné na chemickú koróziu - piestové a turbínové motory, raketové motory atď. Chemická afinita väčšiny kovov ku kyslíku pri vysokých teplotách je takmer neobmedzená, keďže oxidy všetkých technicky dôležitých kovov sú schopné rozpustiť sa v kovoch a opustiť rovnovážny systém:
2Me(t) + 02(g) 2MeO(t); MeO(t) [MeO] (roztok)Za týchto podmienok je oxidácia vždy možná, ale spolu s rozpustením oxidu sa na povrchu kovu objaví vrstva oxidu, ktorá môže spomaliť proces oxidácie.
Rýchlosť oxidácie kovu závisí od rýchlosti skutočnej chemickej reakcie a rýchlosti difúzie oxidačného činidla cez film, a preto ochranné pôsobenie fólia je tým vyššia, čím lepšia je jej kontinuita a tým nižšia je schopnosť difúzie. Spojitosť filmu vytvoreného na povrchu kovu možno odhadnúť pomerom objemu vytvoreného oxidu alebo akejkoľvek inej zlúčeniny k objemu kovu spotrebovaného na vytvorenie tohto oxidu (Pilling-Bedwordsov faktor). Koeficient a (faktor Pilling-Bedwords) y rôzne kovy Má rôzne významy. Kovy s a<1, не могут создавать сплошные оксидные слои, и через несплошности в слое (трещины) кислород свободно проникает к поверхности металла.
Pevné a stabilné oxidové vrstvy sa tvoria pri a = 1,2-1,6, ale pri vysokých hodnotách a sú filmy nespojité, ľahko sa oddelia od kovového povrchu (okoviny železa) v dôsledku vnútorných napätí.
Pilling-Badwords faktor poskytuje veľmi približný odhad, pretože zloženie vrstiev oxidu má veľkú šírku oblasti homogenity, čo sa odráža aj v hustote oxidu. Takže napríklad pre chróm a = 2,02 (pre čisté fázy), ale film oxidu, ktorý sa na ňom vytvorí, je veľmi odolný voči pôsobeniu prostredia. Hrúbka oxidového filmu na kovovom povrchu sa mení s časom.
Chemická korózia spôsobená parou alebo vodou ničí kov rovnomerne po celom povrchu. Rýchlosť takejto korózie v moderných námorných kotloch je nízka. Nebezpečnejšia je lokálna chemická korózia spôsobená agresívnymi chemickými zlúčeninami obsiahnutými v nánosoch popola (síra, oxidy vanádu a pod.).
Elektrochemická korózia, ako ukazuje jej názov, je spojená nielen s chemickými procesmi, ale aj s pohybom elektrónov v interagujúcich prostrediach, t.j. s výskytom elektrického prúdu. K týmto procesom dochádza pri interakcii kovu s roztokmi elektrolytov, ktorá prebieha v parnom kotli, v ktorom cirkuluje kotlová voda, čo je roztok solí a zásad rozložených na ióny. Elektrochemická korózia prebieha aj pri kontakte kovu so vzduchom (pri bežnej teplote), ktorý vždy obsahuje vodnú paru, ktorá kondenzáciou na povrchu kovu vo forme tenkého filmu vlhkosti vytvára podmienky pre vznik elektrochemickej korózie.
Systém železo-vodná para je termodynamicky nestabilný. Interakcia týchto látok môže prebiehať za vzniku magnetitu Fe 3 O 4 alebo wustitu FeO:
|
| |
;Analýza reakcií (2.1) - (2.3) poukazuje na zvláštny rozklad vodnej pary pri interakcii s kovom za vzniku molekulárneho vodíka, ktorý nie je dôsledkom skutočnej tepelnej disociácie vodnej pary. Z rovníc (2.1) - (2.3) vyplýva, že pri korózii ocelí v prehriatej pare za neprítomnosti kyslíka môže na povrchu vznikať len Fe 3 O 4 alebo FeO.
V prítomnosti kyslíka v prehriatej pare (napr. v neutrálnych vodných režimoch, s dávkovaním kyslíka do kondenzátu) môže v prehriatej zóne v dôsledku dodatočnej oxidácie magnetitu vznikať hematit Fe 2 O 3 .
Predpokladá sa, že korózia v pare, počnúc teplotou 570 ° C, je chemická. V súčasnosti je hraničná teplota prehriatia pre všetky kotly znížená na 545 °C a následne dochádza v prehrievačoch k elektrochemickej korózii. Výstupné časti primárnych prehrievačov sú vyrobené z nehrdzavejúcej austenitickej nehrdzavejúcej ocele, výstupné časti medziprehrievačov, ktoré majú rovnakú konečnú teplotu prehriatia (545 °C), sú vyrobené z perlitických ocelí. Preto sa korózia medziprehrievačov zvyčajne prejavuje vo veľkej miere.
V dôsledku pôsobenia pary na oceľ, na jej pôvodne čistý povrch, postupne vytvára sa takzvaná topotaktická vrstva, ktorá je pevne spojená so samotným kovom, a preto ho chráni pred koróziou. Na tejto vrstve časom narastá druhá takzvaná epitaktická vrstva. Obe tieto vrstvy pre teploty pary do 545 °C sú magnetitové, ale ich štruktúra nie je rovnaká - epitaktická vrstva je hrubozrnná a nechráni pred koróziou.
Rýchlosť rozkladu pary
mgN 2 /(cm 2 h)
Ryža. 2.1. Závislosť rýchlosti rozkladu prehriatej pary
na teplote steny
Spôsobmi vodného režimu nie je možné ovplyvniť koróziu prehrievajúcich sa plôch. Hlavnou úlohou vodno-chemického režimu vlastných prehrievačov je preto systematicky sledovať stav kovu prehrievačov, aby sa zabránilo deštrukcii topotaktickej vrstvy. Môže k tomu dôjsť v dôsledku prenikania jednotlivých nečistôt do prehrievačov a usadzovania v nich, najmä solí, čo je možné napríklad v dôsledku prudkého zvýšenia hladiny v bubne vysokotlakových kotlov. S tým spojené usadeniny solí v prehrievači môžu viesť ako k zvýšeniu teploty steny, tak aj k deštrukcii ochranného oxidového topotaktického filmu, čo možno posúdiť podľa prudkého zvýšenia rýchlosti rozkladu pary (obr. 2.1).
3.3. Korózia cesty napájacej vody a vedenia kondenzátu
Značná časť korózneho poškodenia zariadení tepelných elektrární pripadá na cestu napájacej vody, kde sa kov nachádza v najťažších podmienkach, ktorých príčinou je korozívna agresivita chemicky upravovanej vody, kondenzátu, destilátu a ich zmes v kontakte s ním. V elektrárňach s parnou turbínou je hlavným zdrojom kontaminácie napájacej vody zlúčeninami medi čpavková korózia turbínových kondenzátorov a nízkotlakových regeneračných ohrievačov, ktorých potrubný systém je vyrobený z mosadze.
Cestu napájacej vody elektrárne s parnou turbínou možno rozdeliť na dve hlavné časti: pred a za tepelným odplyňovačom a podmienky prúdenia v ich rýchlosť korózie je výrazne odlišná. Prvky prvej časti cesty napájacej vody, ktorá sa nachádza pred odvzdušňovačom, zahŕňajú potrubia, nádrže, čerpadlá kondenzátu, potrubia kondenzátu a ďalšie zariadenia. Charakteristickým znakom korózie tejto časti živného traktu je nedostatok možnosti vyčerpania agresívnych činidiel, t.j. kyseliny uhličitej a kyslíka obsiahnutých vo vode. Vďaka neustálemu prítoku a pohybu nových častí vody pozdĺž traktu dochádza k neustálemu dopĺňaniu ich straty. Nepretržité odstraňovanie časti reakčných produktov železa vodou a prílev čerstvých dávok agresívnych činidiel vytvárajú priaznivé podmienky pre intenzívny priebeh koróznych procesov.
Zdrojom kyslíka v kondenzáte turbíny je nasávanie vzduchu v koncovej časti turbín a v upchávkach čerpadiel kondenzátu. Ohrev vody s obsahom O2 a CO 2 v povrchových ohrievačoch umiestnených v prvej časti prívodného potrubia do 60–80 °C a viac vedie k vážnemu poškodeniu mosadzných rúr koróziou. Tie sa stávajú krehkými a mosadz často po niekoľkých mesiacoch práce získa hubovitú štruktúru v dôsledku výraznej selektívnej korózie.
Prvky druhého úseku cesty napájacej vody - od odvzdušňovača po parogenerátor - zahŕňajú napájacie čerpadlá a potrubia, regeneračné ohrievače a ekonomizéry. Teplota vody v tejto oblasti v dôsledku postupného ohrevu vody v regeneračných ohrievačoch a ekonomizéroch vody sa blíži teplote kotlovej vody. Príčinou korózie zariadení súvisiacich s touto časťou traktu je najmä vplyv voľného oxidu uhličitého rozpusteného v napájacej vode na kov, ktorého zdrojom je dodatočne chemicky upravená voda. Pri zvýšenej koncentrácii vodíkových iónov (pH< 7,0), обусловленной наличием растворенной углекислоты и значительным подогревом воды, процесс коррозии на этом участке питательного тракта развивается преимущественно с выделением водорода. Коррозия имеет сравнительно равномерный характер.
V prítomnosti zariadení vyrobených z mosadze (nízkotlakové ohrievače, kondenzátory) obohacovanie vody zlúčeninami medi cestou parného kondenzátu prebieha za prítomnosti kyslíka a voľného amoniaku. K zvýšeniu rozpustnosti hydratovaného oxidu medi dochádza v dôsledku tvorby komplexov medi a amoniaku, ako je Сu(NH 3) 4 (OH) 2 . Tieto produkty korózie mosadzných rúrok nízkotlakových ohrievačov sa začínajú v úsekoch dráhy vysokotlakových regeneračných ohrievačov (p.h.p.) rozkladať za vzniku menej rozpustných oxidov medi, čiastočne usadených na povrchu pp rúr. e) Mednaté usadeniny na potrubiach a.e. prispievajú k ich korózii počas prevádzky a dlhodobého parkovania zariadení bez konzervácie.
Pri nedostatočne hlbokom tepelnom odvzdušnení napájacej vody dochádza k jamkovej korózii hlavne na vstupných častiach ekonomizérov, kde dochádza k uvoľňovaniu kyslíka v dôsledku citeľného zvýšenia teploty napájacej vody, ako aj v stojatých častiach napájacieho traktu.
Tepelne využívané zariadenia parných spotrebičov a potrubia, ktorými sa výrobný kondenzát vracia späť do CHPP, podliehajú korózii pôsobením kyslíka a kyseliny uhličitej v ňom obsiahnutej. Vzhľad kyslíka sa vysvetľuje kontaktom kondenzátu so vzduchom v otvorených nádržiach (s otvorenou schémou zberu kondenzátu) a nasávaním cez netesnosti v zariadení.
Hlavné opatrenia na zabránenie korózii zariadení umiestnených v prvej časti cesty napájacej vody (z úpravne vody do tepelného odvzdušňovača) sú:
1) používanie ochranných antikoróznych náterov na povrchoch zariadení na úpravu vody a nádrží, ktoré sa umývajú roztokmi kyslých činidiel alebo korozívnych vôd s použitím gumy, epoxidových živíc, lakov na báze perchlorovinylu, tekutého nayritu a silikónu;
2) používanie rúrok a tvaroviek odolných voči kyselinám vyrobených z polymérnych materiálov (polyetylén, polyizobutylén, polypropylén atď.) alebo oceľových rúr a tvaroviek lemovaných vo vnútri ochrannými nátermi nanášanými nástrekom plameňom;
3) použitie rúrok výmenníkov tepla vyrobených z kovov odolných voči korózii (červená meď, nehrdzavejúca oceľ);
4) odstránenie voľného oxidu uhličitého z dodatočne chemicky upravenej vody;
5) neustále odstraňovanie nekondenzovateľných plynov (kyslík a kyselina uhličitá) z parných komôr nízkotlakových regeneračných ohrievačov, chladičov a ohrievačov sieťovej vody a rýchle odstraňovanie v nich vytvoreného kondenzátu;
6) starostlivé utesnenie upchávok čerpadiel kondenzátu, armatúr a prírubových spojov prívodných potrubí vo vákuu;
7) zabezpečenie dostatočnej tesnosti turbínových kondenzátorov zo strany chladiacej vody a vzduchu a sledovanie nasávania vzduchu pomocou záznamových kyslíkomerov;
8) vybavenie kondenzátorov špeciálnymi odplyňovacími zariadeniami na odstránenie kyslíka z kondenzátu.
Na úspešný boj proti korózii zariadení a potrubí umiestnených v druhej časti cesty napájacej vody (od tepelných odvzdušňovačov po parogenerátory) sa prijímajú tieto opatrenia:
1) vybavenie tepelných elektrární tepelnými odvzdušňovačmi, ktoré za akýchkoľvek prevádzkových podmienok produkujú odvzdušnenú vodu so zvyškovým obsahom kyslíka a oxidu uhličitého, ktorý neprekračuje povolené normy;
2) maximálne odstránenie nekondenzovateľných plynov z parných komôr vysokotlakových regeneračných ohrievačov;
3) použitie kovov odolných voči korózii na výrobu prvkov napájacích čerpadiel v kontakte s vodou;
4) antikorózna ochrana živných a drenážnych nádrží nanášaním nekovových náterov odolných pri teplotách do 80–100 °C, napríklad asbovinyl (zmes lakového etinolu s azbestom) alebo farieb a lakov na báze epoxidu živice;
5) výber konštrukčných kovov odolných voči korózii vhodných na výrobu rúr pre vysokotlakové regeneračné ohrievače;
6) kontinuálna úprava napájacej vody alkalickými činidlami za účelom udržania stanovenej optimálnej hodnoty pH napájacej vody, pri ktorej je potlačená korózia oxidom uhličitým a je zabezpečená dostatočná pevnosť ochranného filmu;
7) kontinuálna úprava napájacej vody hydrazínom na viazanie zvyškového kyslíka po tepelných odvzdušňovačoch a vytvorenie inhibičného účinku inhibície prenosu zlúčenín železa z povrchu zariadenia do napájacej vody;
8) utesnenie nádrží na napájaciu vodu organizovaním takzvaného uzavretého systému, aby sa zabránilo vstupu kyslíka do ekonomizérov parných generátorov s napájacou vodou;
9) implementácia spoľahlivej konzervácie zariadenia napájacieho traktu počas jeho odstávky v rezerve.
Efektívnym spôsobom znižovania koncentrácie koróznych produktov v kondenzáte vrátenom do CHPP spotrebiteľmi pary je zavádzanie filmotvorných amínov - oktadecylamínu alebo jeho náhrad do selektívnej pary turbín odosielanej spotrebiteľom. Pri koncentrácii týchto látok v pare rovnajúcej sa 2–3 mg / dm 3 , je možné znížiť obsah oxidov železa vo výrobnom kondenzáte 10–15 krát. Dávkovanie vodnej emulzie polyamínov pomocou dávkovacieho čerpadla nezávisí od koncentrácie kyseliny uhličitej v kondenzáte, pretože ich pôsobenie nie je spojené s neutralizujúcimi vlastnosťami, ale je založené na schopnosti týchto amínov vytvárať nerozpustné a vo vode odolné filmy na povrchu ocele, mosadze a iných kovov.
Majitelia patentu RU 2503747:
OBLASŤ TECHNOLÓGIE
Vynález sa týka tepelnej energetiky a možno ho použiť na ochranu vykurovacích potrubí parných a teplovodných kotlov, výmenníkov tepla, kotolní, výparníkov, vykurovacích rozvodov, vykurovacích systémov obytných budov a priemyselných zariadení pred vodným kameňom pri bežnej prevádzke.
DOTERAJŠÍ STAV TECHNIKY
Prevádzka parných kotlov je spojená so súčasným pôsobením vysokých teplôt, tlaku, mechanického namáhania a agresívneho prostredia, ktorým je kotlová voda. Kotlová voda a kov vykurovacích plôch kotla sú oddelené fázy zložitého systému, ktorý vzniká pri ich kontakte. Výsledkom interakcie týchto fáz sú povrchové procesy, ktoré sa vyskytujú na rozhraní medzi nimi. V dôsledku toho dochádza v kove vykurovacích plôch ku korózii a tvorbe vodného kameňa, čo vedie k zmene štruktúry a mechanických vlastností kovu a prispieva k vzniku rôznych poškodení. Pretože tepelná vodivosť okovín je päťdesiatkrát nižšia ako tepelná vodivosť železa vykurovacích rúrok, dochádza k stratám tepelnej energie pri prenose tepla - pri hrúbke okovín 1 mm od 7 do 12% a pri 3 mm - 25 %. Silné vytváranie vodného kameňa v systéme kontinuálneho parného kotla často vedie k odstaveniu výroby na niekoľko dní v roku, aby sa odstránil vodný kameň.
Kvalita kŕmnej a tým aj kotlovej vody je daná prítomnosťou nečistôt, ktoré môžu spôsobiť rôzne druhy korózie kovu vnútorných vykurovacích plôch, tvorbu primárneho vodného kameňa na nich, ako aj kalov ako zdroja. tvorby sekundárneho vodného kameňa. Okrem toho kvalita kotlovej vody závisí aj od vlastností látok vznikajúcich v dôsledku povrchových javov pri preprave vody a kondenzátu potrubím v procesoch úpravy vody. Odstraňovanie nečistôt z napájacej vody je jedným zo spôsobov prevencie tvorby vodného kameňa a korózie a vykonáva sa metódami predbežnej (predbojárskej) úpravy vody, ktoré sú zamerané na maximálne odstránenie nečistôt prítomných v zdrojovej vode. Použité metódy však úplne neodstraňujú obsah nečistôt vo vode, čo je spojené nielen s technickými ťažkosťami, ale aj s ekonomickou realizovateľnosťou použitia metód úpravy vody pred kotlom. Navyše, keďže úprava vody je zložitý technický systém, je pre kotly malého a stredného výkonu zbytočná.
Známe spôsoby odstraňovania už vytvorených usadenín využívajú najmä mechanické a chemické spôsoby čistenia. Nevýhodou týchto metód je, že sa nedajú vykonávať počas prevádzky kotlov. Navyše, chemické metódy čistenia často vyžadujú použitie drahých chemikálií.
Sú známe aj spôsoby, ako zabrániť tvorbe vodného kameňa a korózii, ktoré sa vykonávajú počas prevádzky kotlov.
Patent US 1 877 389 navrhuje spôsob odstraňovania vodného kameňa a predchádzania jeho tvorbe v horúcovodných a parných kotloch. Pri tejto metóde je povrchom kotla katóda a anóda je umiestnená vo vnútri potrubia. Metóda spočíva v prechode jednosmerného alebo striedavého prúdu cez systém. Autori poznamenávajú, že mechanizmus metódy spočíva v tom, že pôsobením elektrického prúdu sa na povrchu kotla vytvárajú bubliny plynu, ktoré vedú k odlupovaniu existujúceho vodného kameňa a zabraňujú tvorbe nového. Nevýhodou tejto metódy je potreba neustáleho udržiavania toku elektrického prúdu v systéme.
Patent US 5 667 677 navrhuje spôsob úpravy kvapaliny, najmä vody, v potrubí, aby sa spomalila tvorba vodného kameňa. Táto metóda je založená na vytváraní elektromagnetického poľa v potrubí, ktoré odpudzuje ióny vápnika a horčíka rozpustené vo vode zo stien potrubí a zariadení, čím zabraňuje ich kryštalizácii vo forme vodného kameňa, čo umožňuje prevádzkovať kotly, kotly, teplo výmenníky a chladiace systémy na tvrdú vodu. Nevýhodou tejto metódy je vysoká cena a zložitosť použitého zariadenia.
WO 2004016833 navrhuje spôsob zníženia tvorby vodného kameňa na kovovom povrchu vystavenom presýtenému alkalickému vodnému roztoku, ktorý je schopný tvorby vodného kameňa po určitej dobe expozície, zahŕňajúci aplikáciu katódového potenciálu na uvedený povrch.
Tento spôsob je možné použiť v rôznych technologických procesoch, pri ktorých je kov v kontakte s vodným roztokom, najmä vo výmenníkoch tepla. Nevýhodou tejto metódy je, že po odstránení katódového potenciálu nechráni kovový povrch pred koróziou.
Preto v súčasnosti existuje potreba vyvinúť zlepšený spôsob zamedzenia tvorby vodného kameňa vo vykurovacích potrubiach, teplovodných a parných kotloch, ktorý by bol ekonomický a vysoko účinný a poskytoval antikoróznu ochranu povrchu na dlhú dobu po vystavenie.
V predloženom vynáleze je tento problém vyriešený použitím metódy, podľa ktorej sa na kovovom povrchu vytvorí elektrický potenciál s prúdom, ktorý je dostatočný na neutralizáciu elektrostatickej zložky adhéznej sily koloidných častíc a iónov na kovový povrch.
STRUČNÝ OPIS VYNÁLEZU
Cieľom tohto vynálezu je poskytnúť zlepšený spôsob na zabránenie usadzovaniu vodného kameňa na vykurovacích rúrach v teplovodných a parných kotloch.
Ďalším cieľom tohto vynálezu je poskytnúť možnosť eliminácie alebo výrazného zníženia potreby odstraňovania vodného kameňa počas prevádzky teplovodných a parných kotlov.
Ďalším cieľom tohto vynálezu je eliminovať potrebu použitia spotrebných činidiel, aby sa zabránilo tvorbe vodného kameňa a korózii vykurovacích potrubí teplovodných a parných kotlov.
Ďalším cieľom tohto vynálezu je umožniť začatie prác na zabránenie tvorby vodného kameňa a korózie vykurovacích rúrok horúceho vodného a parného kotla na kontaminovaných rúrach kotla.
Spôsob prevencie tvorby vodného kameňa a korózie na kovovom povrchu vyrobenom zo zliatiny obsahujúcej železo, ktorý je v kontakte s prostredím vodnej pary, z ktorého sa môže vytvárať vodný kameň. Uvedený spôsob spočíva v aplikácii elektrického potenciálu s prúdom na uvedený kovový povrch, ktorý je dostatočný na neutralizáciu elektrostatickej zložky sily adhézie koloidných častíc a iónov na kovový povrch.
Podľa niektorých konkrétnych uskutočnení nárokovaného spôsobu je prúdový potenciál nastavený v rozsahu 61-150 V. Podľa niektorých konkrétnych uskutočnení nárokovaného spôsobu je vyššie uvedenou zliatinou obsahujúcou železo oceľ. V niektorých uskutočneniach je kovovým povrchom vnútorný povrch vykurovacích rúrok teplovodného alebo parného kotla.
Spôsob uvedený v tomto opise má nasledujúce výhody. Jednou z výhod tohto spôsobu je zníženie tvorby vodného kameňa. Ďalšou výhodou tohto vynálezu je možnosť použitia raz zakúpeného funkčného elektrofyzikálneho prístroja bez potreby konzumovateľných syntetických činidiel. Ďalšou výhodou je možnosť začatia prác na znečistených kotlových rúrach.
Technickým výsledkom tohto vynálezu je teda zvýšenie účinnosti teplovodných a parných kotlov, zvýšenie produktivity, zvýšenie účinnosti prenosu tepla, zníženie spotreby paliva na vykurovanie kotla, úspora energie atď.
Medzi ďalšie technické výsledky a výhody tohto vynálezu patrí možnosť deštrukcie vrstvy po vrstve a odstraňovanie už vytvoreného vodného kameňa, ako aj zabránenie jeho novej tvorbe.
STRUČNÝ POPIS VÝKRESOV
Obrázok 1 znázorňuje rozloženie usadenín na vnútorných povrchoch kotla ako výsledok aplikácie spôsobu podľa tohto vynálezu.
PODROBNÝ OPIS VYNÁLEZU
Spôsob podľa tohto vynálezu spočíva v aplikácii vodivého elektrického potenciálu dostatočného na neutralizáciu elektrostatickej zložky adhéznej sily koloidných častíc a iónov tvoriacich vodný kameň na kovový povrch na kovový povrch, ktorý je vystavený tvorbe vodného kameňa.
Pojem "vodivý elektrický potenciál" v zmysle, v akom sa používa v tejto prihláške, znamená striedavý potenciál, ktorý neutralizuje elektrickú dvojitú vrstvu na rozhraní medzi kovom a vodnou parou, ktorá obsahuje soli, ktoré vedú k tvorbe vodného kameňa.
Ako je známe odborníkovi v odbore, nosiče elektrického náboja v kove, ktoré sú pomalé v porovnaní s hlavnými nosičmi náboja - elektrónmi, sú dislokácie jeho kryštálovej štruktúry, ktoré nesú elektrický náboj a tvoria dislokačné prúdy. Tieto prúdy prichádzajúce na povrch vykurovacích rúrok kotla sú súčasťou dvojitej elektrickej vrstvy pri tvorbe vodného kameňa. Prúdový, elektrický, pulzujúci (teda striedavý) potenciál iniciuje odstraňovanie elektrického náboja dislokácií z povrchu kovu na zem. V tomto smere ide o prúd nesúci dislokačný prúd. Pôsobením tohto prúdovodného elektrického potenciálu dochádza k deštrukcii elektrickej dvojvrstvy a k postupnému rozpadu vodného kameňa, ktorý prechádza do kotlovej vody vo forme kalu, ktorý sa pri periodických odluhoch odstraňuje z kotla.
Pojem "potenciál odstránenia prúdu" je teda pre odborníka v tejto oblasti techniky zrozumiteľný a okrem toho je známy zo stavu techniky (pozri napríklad patent RU 2128804 Cl).
Zariadenie opísané v RU 2100492 C1, ktoré obsahuje menič s frekvenčným meničom a regulátorom pulzujúceho potenciálu, ako aj regulátor tvaru impulzu, je možné použiť ako zariadenie na vytvorenie elektrického potenciálu s prúdom. Podrobný popis tohto zariadenia je uvedený v RU 2100492 C1. Je možné použiť aj akékoľvek iné podobné zariadenie, ako bude zrejmé odborníkovi v odbore.
Vodivý elektrický potenciál podľa tohto vynálezu môže byť aplikovaný na akúkoľvek časť kovového povrchu vzdialenú od základne kotla. Miesto aplikácie je určené vhodnosťou a/alebo účinnosťou aplikácie nárokovaného spôsobu. Odborník v odbore bude s použitím tu uvedených informácií a použitím štandardných testovacích postupov schopný určiť optimálne miesto na aplikáciu elektrického potenciálu rozptylujúceho prúd.
V niektorých uskutočneniach tohto vynálezu je vodivý elektrický potenciál premenlivý.
Vodivý elektrický potenciál podľa tohto vynálezu môže byť aplikovaný počas rôznych časových období. Potenciálny čas aplikácie je určený povahou a stupňom kontaminácie kovového povrchu, zložením použitej vody, teplotným režimom a vlastnosťami prevádzky tepelného zariadenia a ďalšími faktormi známymi odborníkom v tejto oblasti. technológie. Odborník v odbore bude pomocou informácií uvedených v tomto opise a použitím štandardných testovacích metód schopný určiť optimálny čas na aplikáciu elektrického potenciálu vodivého prúdu na základe cieľov, podmienok a stavu tepelného zariadenia. .
Hodnotu prúdového potenciálu potrebného na neutralizáciu elektrostatickej zložky adhéznej sily môže určiť odborník v oblasti koloidnej chémie na základe informácií známych zo stavu techniky, napríklad z knihy Deryagin B.V., Churaev N.V., Muller V.M. "Surface Forces", Moskva, "Nauka", 1985. Podľa niektorých uskutočnení je hodnota elektrického potenciálu s prúdom v rozsahu od 10 V do 200 V, výhodnejšie od 60 V do 150 V, ešte výhodnejšie od 61 V do 150 V. Hodnoty prúdového elektrického potenciálu v rozsahu od 61 V do 150 V vedú k vybitiu elektrickej dvojvrstvy, ktorá je základom elektrostatickej zložky adhéznych síl v vodného kameňa a v dôsledku toho k zničeniu vodného kameňa. Hodnoty potenciálu odvádzania prúdu pod 61 V sú nedostatočné na deštrukciu vodného kameňa a pri hodnotách potenciálu odvádzajúceho prúd nad 150 V pravdepodobne začne nežiaduca elektroerozívna deštrukcia kovu vykurovacích trubíc.
Kovový povrch, na ktorý je možné aplikovať spôsob podľa tohto vynálezu, môže byť súčasťou nasledujúcich tepelnotechnických zariadení: vykurovacie potrubia parných a teplovodných kotlov, výmenníky tepla, kotolne, výparníky, rozvody kúrenia, vykurovacie systémy pre obytné budovy a priemyselných zariadení počas súčasnej prevádzky. Tento zoznam je ilustratívny a neobmedzuje zoznam zariadení, na ktoré možno použiť spôsob podľa tohto vynálezu.
V niektorých uskutočneniach zliatina obsahujúca železo, z ktorej je možné použiť kovový povrch, na ktorý je možné aplikovať spôsob podľa tohto vynálezu, môže byť oceľ alebo iný materiál obsahujúci železo, ako je liatina, kovar, fechral, transformátorová oceľ, alsifer, magnico, alnico, chrómová oceľ, invar atď. Tento zoznam je ilustratívny a neobmedzuje zoznam zliatin železa, na ktoré možno použiť spôsob podľa tohto vynálezu. Odborník v odbore bude na základe znalostí známych z doterajšieho stavu techniky schopný vytvoriť také zliatiny obsahujúce železo, ktoré môžu byť použité podľa tohto vynálezu.
Vodným médiom, z ktorého sa môže tvoriť vodný kameň, je podľa niektorých uskutočnení tohto vynálezu voda z vodovodu. Vodným médiom môže byť tiež voda obsahujúca rozpustené zlúčeniny kovov. Rozpustené zlúčeniny kovov môžu byť zlúčeniny železa a/alebo kovov alkalických zemín. Vodným médiom môže byť tiež vodná suspenzia koloidných častíc železa a/alebo zlúčenín kovov alkalických zemín.
Spôsob podľa tohto vynálezu odstraňuje predtým vytvorené usadeniny a slúži ako prostriedok na čistenie vnútorných povrchov počas prevádzky zariadenia tepelnej techniky bez použitia činidla, čím sa ďalej zabezpečuje jeho prevádzka bez vodného kameňa. Zároveň veľkosť zóny, v rámci ktorej sa dosiahne zamedzenie tvorby vodného kameňa a korózie, výrazne presahuje veľkosť efektívnej zóny deštrukcie vodného kameňa.
Spôsob podľa tohto vynálezu má nasledujúce výhody:
Nevyžaduje použitie činidiel, t.j. priateľský k životnému prostrediu;
Jednoduchá implementácia, nevyžaduje špeciálne zariadenia;
Umožňuje zvýšiť koeficient prestupu tepla a zvýšiť účinnosť kotlov, čo výrazne ovplyvňuje ekonomický výkon jeho práce;
Môže sa použiť ako doplnok k aplikovaným metódam úpravy vody pred kotlom alebo samostatne;
Umožňuje opustiť procesy zmäkčovania a odvzdušňovania vody, čo výrazne zjednodušuje technologickú schému kotolní a umožňuje výrazne znížiť náklady pri výstavbe a prevádzke.
Možnými predmetmi metódy môžu byť teplovodné kotly, kotly na odpadové teplo, uzavreté systémy zásobovania teplom, zariadenia na tepelné odsoľovanie morskej vody, zariadenia na konverziu pary atď.
Absencia korózneho poškodenia, tvorby vodného kameňa na vnútorných povrchoch otvára možnosť pre vývoj zásadne nových konštrukčných a dispozičných riešení pre parné kotly malého a stredného výkonu. To umožní v dôsledku zintenzívnenia tepelných procesov dosiahnuť výrazné zníženie hmotnosti a rozmerov parných kotlov. Zabezpečiť stanovenú teplotnú úroveň vykurovacích plôch a následne znížiť spotrebu paliva, objem spalín a znížiť ich emisie do ovzdušia.
PRÍKLAD REALIZÁCIE
Spôsob nárokovaný v tomto vynáleze bol testovaný v kotolniach "Admiralty Shipyards" a "Red Chemist". Ukázalo sa, že spôsob podľa tohto vynálezu účinne čistí vnútorné povrchy kotlov od usadenín. V priebehu týchto prác bola dosiahnutá ekvivalentná úspora paliva 3-10%, pričom rozptyl hodnôt úspor je spojený s rôznym stupňom znečistenia vnútorných povrchov kotlov. Cieľom práce bolo zhodnotiť efektívnosť navrhovanej metódy na zabezpečenie bezreagenčnej prevádzky stredne veľkých parných kotlov bez vodného kameňa v podmienkach kvalitnej úpravy vody, dodržiavania vodno-chemického režimu a vysokej profesionálna úroveň obsluhy zariadenia.
Skúška spôsobu nárokovaného v tomto vynáleze sa uskutočnila na jednotke parného kotla č. 3 DKVr 20/13 4. kotolne Krasnoselskaja juhozápadnej pobočky štátneho jednotného podniku "TEK SPb". Prevádzka kotlovej jednotky bola vykonaná v prísnom súlade s požiadavkami regulačných dokumentov. Kotol je vybavený všetkými potrebnými prostriedkami na sledovanie parametrov jeho prevádzky (tlak a prietok generovanej pary, teplota a prietok napájacej vody, tlak dúchacieho vzduchu a paliva na horákoch, podtlak v hlavných sekciách plynu dráha kotlovej jednotky). Výkon pary kotla bol udržiavaný na 18 t/h, tlak pary v bubne kotla bol 8,1...8,3 kg/cm 2 . Ekonomizér pracoval v režime vykurovania. Zdrojovou vodou bol mestský vodovod, ktorý spĺňal požiadavky GOST 2874-82 „Pitná voda“. Je potrebné poznamenať, že množstvo zlúčenín železa na vstupe do uvedenej kotolne spravidla prekračuje regulačné požiadavky (0,3 mg/l) a pohybuje sa v rozmedzí 0,3 – 0,5 mg/l, čo vedie k intenzívnemu zarastaniu kotolne. vnútorné povrchy so železitými zlúčeninami.
Hodnotenie účinnosti metódy sa uskutočnilo podľa stavu vnútorných povrchov kotla.
Vyhodnotenie vplyvu spôsobu podľa vynálezu na stav vnútorných výhrevných plôch kotlovej jednotky.
Pred začatím skúšok bola vykonaná vnútorná kontrola kotlovej jednotky a zaznamenaný počiatočný stav vnútorných povrchov. Predbežná kontrola kotla bola vykonaná na začiatku vykurovacej sezóny, mesiac po jeho chemickom vyčistení. Výsledkom kontroly bolo zistenie: na povrchu bubnov sú pevné tmavohnedé usadeniny s paramagnetickými vlastnosťami a pravdepodobne pozostávajúce z oxidov železa. Hrúbka nánosov bola vizuálne do 0,4 mm. Vo viditeľnej časti rúr kotla, hlavne na strane privrátenej k peci, boli zistené nesúvislé pevné usadeniny (až päť škvŕn na 100 mm dĺžky rúry s veľkosťou 2 až 15 mm a hrúbkou do 0,5 mm vizuálne).
Zariadenie na vytvorenie potenciálu odvádzania prúdu, popísané v EN 2100492 C1, bolo pripevnené v bode (1) k poklopu (2) horného bubna zo zadnej strany kotla (pozri obr. 1). Prúdový elektrický potenciál bol rovný 100 V. Prúdový elektrický potenciál sa udržiaval nepretržite 1,5 mesiaca. Na konci tohto obdobia bola kotolňa otvorená. V dôsledku vnútornej kontroly kotla sa zistilo, že na povrchu (3) horného a spodného bubna v okruhu 2-2,5 metra (zóna (4) nie sú takmer žiadne usadeniny (pohľad nie viac ako 0,1 mm)). ) z poklopov bubnov (pripojovacie body zariadenia na vytvorenie potenciálu nesúceho prúd (1)). Vo vzdialenosti 2,5-3,0 m (zóna (5)) od poklopov sú usadeniny (6) zachované vo forme jednotlivých tuberkul (škvŕn) s hrúbkou do 0,3 mm (pozri obr. 1). Ďalej, ako sa pohybujete smerom dopredu (vo vzdialenosti 3,0-3,5 m od poklopov), vizuálne sa začnú kontinuálne usadeniny (7) až do 0,4 mm, t.j. v tejto vzdialenosti od miesta pripojenia zariadenia sa účinok spôsobu čistenia podľa predloženého vynálezu prakticky neprejavil. Prúdový elektrický potenciál bol rovný 100 V. Prúdový elektrický potenciál sa udržiaval nepretržite 1,5 mesiaca. Na konci tohto obdobia bola kotolňa otvorená. V dôsledku vnútornej kontroly kotla sa zistilo, že na povrchu horného a spodného bubna v okruhu 2-2,5 metra od poklopov bubnov neboli takmer žiadne usadeniny (viditeľne nie viac ako 0,1 mm) miesto pripojenia zariadenia na vytvorenie potenciálu vybíjania prúdu). Vo vzdialenosti 2,5-3,0 m od poklopov sa usadeniny zachovali vo forme jednotlivých tuberkul (škvŕn) s hrúbkou do 0,3 mm (pozri obr.1). Ďalej, keď sa pohybujete smerom dopredu (vo vzdialenosti 3,0-3,5 m od poklopov), vizuálne sa začnú kontinuálne usadeniny až do 0,4 mm, t.j. v tejto vzdialenosti od miesta pripojenia zariadenia sa účinok spôsobu čistenia podľa predloženého vynálezu prakticky neprejavil.
Vo viditeľnej časti rúr kotla, do 3,5-4,0 m od poklopov bubnov, bola takmer úplná absencia usadenín. Ďalej, keď sa pohybujeme smerom dopredu, boli nájdené nesúvislé pevné usadeniny (až päť škvŕn na 100 lineárnych mm s veľkosťou 2 až 15 mm a hrúbkou do 0,5 mm vizuálne).
V dôsledku tohto štádia testovania sa dospelo k záveru, že spôsob podľa tohto vynálezu, bez použitia akýchkoľvek činidiel, účinne ničí predtým vytvorené usadeniny a poskytuje prevádzku kotla bez vodného kameňa.
V ďalšej fáze testovania bolo v bode „B“ pripojené zariadenie na vytváranie prúdonosného potenciálu a testy pokračovali ďalších 30-45 dní.
Ďalšie otvorenie kotlovej jednotky sa uskutočnilo po 3,5 mesiacoch nepretržitej prevádzky zariadenia.
Kontrola kotlovej jednotky ukázala, že predtým zostávajúce usadeniny boli úplne zničené a len malé množstvo zostalo na spodných častiach kotlových potrubí.
To viedlo k nasledujúcim záverom:
Veľkosť zóny, v rámci ktorej je zabezpečená bezvámenná prevádzka kotlovej jednotky, výrazne prevyšuje veľkosť zóny efektívneho ničenia usadenín, čo umožňuje následné prenesenie prípojného miesta prúdovodného potenciálu na čistenie celého vnútorného priestoru. povrch kotlovej jednotky a ďalej udržiavať jej režim prevádzky bez vodného kameňa;
Zničenie predtým vytvorených usadenín a zabránenie vzniku nových je zabezpečené procesmi rôzneho charakteru.
Na základe výsledkov kontroly bolo rozhodnuté pokračovať v testovaní do konca vykurovacieho obdobia za účelom definitívneho vyčistenia bubnov a kotlových potrubí a stanovenia spoľahlivosti zabezpečenia prevádzky kotla bez vodného kameňa. Ďalšie otvorenie kotla sa uskutočnilo po 210 dňoch.
Výsledky vnútornej kontroly kotla ukázali, že proces čistenia vnútorných plôch kotla v rámci horného a dolného bubna a kotlového potrubia skončil takmer úplným odstránením usadenín. Na celom povrchu kovu sa vytvoril tenký hustý povlak, ktorý mal čiernu farbu s modrým nádychom, ktorého hrúbka ani vo vlhkom stave (takmer ihneď po otvorení kotla) vizuálne nepresahovala 0,1 mm.
Súčasne sa pri použití spôsobu podľa vynálezu potvrdila spoľahlivosť zabezpečenia prevádzky kotlovej jednotky bez vodného kameňa.
Ochranný účinok magnetitového filmu pretrvával až 2 mesiace po odpojení zariadenia, čo je dosť na zabezpečenie suchej konzervácie kotla pri prevoze do zálohy alebo na opravu.
Hoci tento vynález bol opísaný vo vzťahu k rôznym špecifickým príkladom a uskutočneniam vynálezu, malo by byť zrejmé, že tento vynález nie je na ne obmedzený a že ho možno realizovať v rámci rozsahu nasledujúcich nárokov.
1. Spôsob zamedzenia tvorby vodného kameňa na kovovom povrchu vyrobenom zo zliatiny obsahujúcej železo a v kontakte s médiom pary a vody, z ktorého sa môže vytvárať vodný kameň, vrátane aplikácie elektrického potenciálu s prúdom v rozsahu od 61 V na 150 V na špecifikovaný kovový povrch, aby sa neutralizovala elektrostatická zložka silovej adhézie medzi uvedeným kovovým povrchom a koloidnými časticami a iónmi tvoriacimi vodný kameň.
Vynález sa týka tepelnej energetiky a možno ho použiť na ochranu pred vodným kameňom a koróziou vykurovacích potrubí parných a teplovodných kotlov, výmenníkov tepla, kotolní, výparníkov, vykurovacích rozvodov, vykurovacích systémov obytných budov a priemyselných zariadení počas prevádzky. Spôsob prevencie tvorby vodného kameňa na kovovom povrchu vyrobenom zo zliatiny obsahujúcej železo a v kontakte s médiom pary a vody, z ktorého sa môže vodný kameň tvoriť, zahŕňa aplikáciu elektrického potenciálu s prúdom v rozsahu od 61 V do 150 V na špecifikovaný kovový povrch, aby sa neutralizovala elektrostatická zložka adhéznej sily medzi špecifikovaným kovovým povrchom a koloidnými časticami a iónmi tvoriacimi vodný kameň. ÚČINOK: zvýšená účinnosť a produktivita teplovodných a parných kotlov, zvýšená účinnosť prenosu tepla, deštrukcia vrstvy po vrstve a odstraňovanie vytvoreného vodného kameňa, ako aj prevencia jeho novej tvorby. 2 w.p. f-ly, 1 pr., 1 chor.
