Файл: Субботина, Н. П. Водный режим и химический контроль на тепловых электростанциях.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 110

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

зуют диполи в результате ионизации атома кислорода электроном металла. Ионный скачок потенциала, имевшийся ранее на металле (рис. 1-14,й), заменяется адсорбционно-ионным скачком (рис. 1-14,6). Общий электродный потенциал металла при этом сдвигается к более положительным значениям. С увеличением количества ато­ мов кислорода, адсорбированных поверхностью металла, уменьша­ ется количество ионов металла, переходящих в раствор, т. е. уменьшается растворение металла.

Сочетание пленочной и адсорбционной теорий пас­ сивности позволяет найти объяснение всем эксперимен­ тально наблюдаемым проявлениям пассивности метал­ лов.

Экспериментальные исследования показывают, что повышение устойчивости железа и нержавеющих хро­ мистых сталей с увеличением окислительных свойств растворов имеет свой предел. В растворах очень сильных окислителей опять наступает усиленная коррозия. По­ добное явление нарушения пассивного состояния метал­ ла в сильноокислительных средах получило название п е р е п а с с и в а ц и и и л и т р а н с п а с с и в а ц и и. По существующим представлениям перепассивация нержа­ веющих сталей происходит в результате разрушения за­ щитных пленок в связи с превращением окислов трехва­ лентного хрома в окислы шестивалентного хрома, хорошо растворимые в воде, кислотах и щелочах.

Г лав а вторая

К О Р Р О З И Я ПАРОВОДЯНОГО ТРАКТА ТЭС

ИЕЕ П Р Е Д У П Р Е Ж Д Е Н И Е В УСЛОВИЯХ

НЕ П Р Е Р Ы В Н О Й РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ

2-1. ГАЗОВАЯ КОРРОЗИЯ

Химическую коррозию, протекающую в газовых сре­ дах при высоких температурах, называют обычно газовой

коррозией. В пароводяном цикле ТЭС газовой

средой,

не содержащей

жидкой фазы,

является

перегретый пар.

В

теплоэнергетике

процесс

газовой

коррозии

сталей

в

среде перегретого

водяного

пара называют также п а-

р о в о д я н о й

к о р р о з и е й ,

подчеркивая протекание

коррозии в газообразной фазе не какого-либо,

а имен­

но водяного пара. Этим же термином пользуются для обозначения коррозии сталей в воде или пароводяной смеси в Условиях больших тепловых нагрузок.

60


. С перегретым паром при стационарной работе обо­ рудования соприкасаются поверхности парового тракта ТЭС, к которому относятся пароперегреватели пароге­ нераторов, главные паропроводы, проточная часть 1 тур­ бин, а также трубопроводы отборного пара. Поскольку

FeO

ф Fe

@ Fe

« О

Рис. 2-1. Кристаллические решетки окислов железа.

качество пара, поступающего в турбины, строго норми­ руется, присутствие посторонних примесей в перегретом паре обычно ничтожно. Примесями этими являются ам­ миак, углекислота, водород, соли натрия, кремнекисло-

1 Проточная часть, омываемая влажным паром, а также вл'ажвые о'тбъ'р'ы низких параметров сюда не Ь'тнЪ£ятс'я. (Прим.

61

та. В перегретом паре высоких, сверхвысоких и сверхкри­ тических параметров все эти вещества находятся в со­ стоянии парового раствора.

Газовая коррозия сталей в перегретом паре протека­ ет как химическая гетерогенная реакция окисления же­ леза водяным паром; ее продуктами являются газооб­

разный

водород и закись-окись железа Fe304 ( м а г н е ­

т и т ) :

 

 

 

3Fe + 4H 2 0 — *Fe 3 0 4 +H 2 .

(2-1)

На

рис. 2-1 показана кристаллическая решетка

магнетита. По

сравнению с а-железом (рис. 1-1.а) решетка магнетита выглядит зна­

чительно сложнее. Окисел Fe^Oi черного цвета, ферромагнитен, устойчив в широком диапазоне температур.

На скорость протекания реакции (2-1) существенное

влияние

оказывают

температура

и

состав

 

металла.

В интервале температур до

450°С скорость

окисления

4Si

 

 

паром

углеродистых

сталей неве­

 

i

лика;

при

возрастании

 

темпера­

 

 

 

 

 

if

туры свыше 450°С она ускоряет­

31,0

 

i

ся (рис. 2-2).

 

 

 

 

 

 

t

При выборе сталей для паро­

 

 

 

 

ii

перегревателей

и

паропроводов

 

J

i

перегретого пара всегда

учитыва­

15,5

i

ется устойчивость металла к га­

 

 

зовой коррозии, которую в прак­

 

 

тике

 

называют

ж а р о с т о й ­

¥26

Ш 537 S93 °C

к о с т ь ю

или

о к а л и н о с т о й -

Рис. 2-2. Влияние темпе­

к о с т ь ю .

Эта характеристика не

однозначна

показателю

ж а р о ­

ратуры на

скорость па­

п р о ч н о с т и ,

под

которым

по­

роводяной

коррозии

углеродистой стали.

нимают

способность металла

со­

 

 

 

хранять

механическую

прочность

при повышении температуры. На ТЭС допускается

при­

менять для трубопроводов перегретого пара с темпера­

турой до 250 °С углеродистую

сталь

марки 10, при тем­

пературах

от 250 до 450 °С углеродистую сталь марки 20.

При температурах

450—585 °С

применяются

более жа­

ростойкие

и

жаропрочные

хромомолибденовые

стали

перлитного

класса:

12Х1МФ,

12Х2МФСР,

12Х2МФБ1

1 В .марках легированных сталей

буквы

обозначают: X — хром;

М — молибден;

Ф—ванадий;

Н — никель;

Т — титан;

Р — бор;

В —вольфрам;

Б—ниобий; Ю — алюминий; С—кремний

(если его

больше, чем обычно).

62


марок 34ХН1М, 40Н, 40Х, 36ХН1МФА, 35ХН1М2Ф, 34ХНЗМ, 38НЗМФА.

2-2. КОРРОЗИЯ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ

Исследованиями последних

лет установлено,

что во­

да при температурах свыше

230°С окисляет'

железо

с образованием защитной пленки магнетита по суммар­ ной реакции (2-1)

3Fe+ 4 Н 2 0 — ^ F e 3 0 4 + 4 H 2 .

Согласно ионно-электронной теории процесс роста пленки магне­ тита рассматривается как результат действия своеобразного элемента, у которого поверхность металла на границе с пленкой является анодом, а поверхность пленки на границе с водой является като­ дом. Пленка окисла, обладая смешанной электронно-ионной прово­ димостью, выполняет роль как внутренней, так и внешней цепп

Окисел Вода

г н а 3 с * н 2

Н +

Н—

Н

г

 

 

 

Нpamff*-H адс

4

z

t

 

Н + е * - н

 

 

 

 

 

7Fe + B0HVF8j0 +2H 0+ H

 

Рис. 2-5. Схема окисления железа водой высокой температуры.

замкнутой ячейки. Диффузия в окисной пленке осуществляется как за счет градиента концентрации, так и благодаря направленному движению 'ионов в электрическом поле, которое создается разностью потенциалов на внешней и внутренней поверхностях окисла.

Схема процесса окисления железа водой высокой температуры представлена на рис. 2-5.

Из металла атомы железа, активированные температурой, диф­

фундируют к поверхности раздела

металл — окисел. На этой границе

протекает анодный процесс:

 

 

 

 

Fe° = Fe2 ++2e-

 

(2-2)

Образовавшиеся ионы железа диффундируют через незанятые

узлы кристаллической

решетки окисла к

поверхности раздела окч-

сел — вода. На этой

поверхности

ионы

железа

взаимодействуют

с ионами гидроксила,

имеющимися в воде, по уравнению

3 F e 2 + + 6 0 Н - — » - F e 3 0 4 -f 2H s O+H 2 .

(2-3)

5—229

 

 

 

65


•Переместившиеся к

границе раздела окисел —вода электроны

вызывают разряд лонов

водорода, находящихся

в воде:

 

Н+ + е-—*-Н.

.(2-4)

В результате образуется атомарный водород. Последний диф­ фундирует через окисел к металлу, .частично подвергаясь рекомби­ нации с образованием молекулярного водорода:

Н+Н—>-Н2 .

(2-5)

На границе раздела окисел — металл устанавливается

равнове­

сие между водородом, растворенным в металле, и водородом, адсор­ бированным в окисной пленке.

Так как диффузия в образующейся пленке магнети­ та затруднена, то с течением времени скорость окисле­ ния железа водой и, следовательно, скорость роста плен­ ки уменьшаются. В условиях, когда на всей поверхности металла образуется и сохраняется магнетитовая плен­ ка, коррозионное воздействие воды высокой температу­ ры на углеродистую сталь практически прекращается. Таким образом, с п л о ш н а я ( о б щ а я ) к о р р о з и я стали под воздействием воды высокой температуры про­ текает без значительных потерь металла и без перехода окислов железа в рабочую среду. В результате общей коррозии в рабочую среду поступает водород, удаляю­ щийся из парогенератора вместе с паром.

Количество выделяющегося водорода характеризу­ ет устойчивость защитных пленок магнетита на поверх­ ностях парогенератора, омываемых водой. Повреждения

и разрушения пленок

магнетита создают условия для

протекания м е с т н о й

( л о к а л ь н о й ) коррозии котель­

ного металла. К распространенным видам такой корро­ зии относятся подшламовая; коррозия под действием окислителей; межкристаллитная, а также коррозионное растрескивание. Такое разнообразие видов местной кор­ розии металла парогенераторов объясняется различным сочетанием внешних факторов, в частности температуры, состава и концентрации примесей котловой воды, терми­ ческих и механических напряжений и др.

Названием п о д ш л а м о в а я к о р р о з и я объединя­ ются несколько разновидностей коррозии в электроли­ тах, которые связаны с накоплением на теплопередающей поверхности слоя рыхлых и пористых отложений. Механизм протекания и внешнее проявление подшламовой коррозии зависят от химического состава отло­

жений и концентрации

примесей котловой воды. В

местах

скопления отложений

в связи с затруднением

подвода

66