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
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 |
|
|