19. Коррозия поверхностей нагрева

19.1. Высокотемпературная коррозия поверхностей нагрева

В результате химического и элек­трохимического воздействия внешней среды на металл элементов котла возникают коррозионные про­цессы.

В зависимости от места возник­новения различают коррозию внутренних поверхностей котла и наружную коррозию поверхностей нагрева, омываемых потоком продук­тов сгорания топлива, содержащих O₂, H₂O, SO₂ и SO₃, которая рассматрива­ется далее.

Различают низкотемпературную кислородную и сернокислотную кор­розию, которая может возникать при использовании всех видов топлива, и высокотемпературную, в том числе ванадиевую коррозию, которая имеет место при сжигании мазута.

Механизм низкотемпературной коррозии рассмотрен в разделе 4.

В результате воздействия продук­тов сгорания высокой температуры на поверхности металла образуется оксидная пленка. При высокой температуре металла процесс образования окалины усиливается. Наиболее интен­сивная высокотемпературная корро­зия имеет место при наличии серни­стых соединений в продуктах сгора­ния. В области высоких температур газов при соприкосновении газов с го­рячими поверхностями нагрева имеет место образование SO₃ из SO₂. В част­ности, нагретый до высокой темпера­туры металл пароперегревателя слу­жит катализатором окисления SO₂ до SO₃, при этом наибольшую катали­тическую активность имеет пленка окалины Fe₂O₃. Каталитическое воздействие на образование SO₃ оказы­вает также слой золы при температуре примерно 600°С. При наличии оксидов серы в газах происходит соединение их со щелочными компонентами золы и образование сульфидов.

Трубки выходных ступеней пароперегревателей наиболее подвержены газовой коррозии. Повреждение трубок пароперегревателей вызывается окислением SO₂ до SO₃ и образованием при этом сульфидных оксидов железа на поверхности труб, разрушающе действующих на защитную пленку окалины.

Наличие в золе топлива оксида ва­надия V₂O₅, в частности в минераль­ных примесях мазута, также усиливает газовую высокотемператур­ную коррозию вследствие растворяю­щего ее действия на защитные пленки окалины. Обычно ванадиевая высоко­температурная коррозия наблюдается на трубках пароперегревателя пароге­нераторов высокого и сверхвысокого давления и на поверхности стальных неохлаждаемых деталей, находящихся в области высоких температур газов. Опасность ванадиевой коррозии мо­жет быть снижена путем увеличения скорости газового потока и мероприя­тиями по уменьшению отложения зо­лы, а также защитой трубок, напри­мер, графитовыми покрытиями.

19.2. Коррозия металла внутренних поверхностей элементов котла

В результате физико-химических процессов, возникающих при взаимо­действии металла с омывающей его средой, может возникать процесс раз­рушения металла, который и назы­вают коррозией. Если коррозионный процесс сопровождается протеканием электрического тока, его называют электрохимической коррозией. Неоднородность поверхности металла, имеющего кристаллическую структуру и неравномерный состав образующихся на поверхности нагрева отложений и коррозионных образований, является причиной образования электрических микропар. Водный раствор служит электролитом. На аноде микропары накапливаются молекулы металла, а на катоде – гидроксильные группы ОН^- . Там, где в толще раствора встречаются продукты анодной и катодной реакции, образуется гидрооксид железа Fe(OH)₂, который осаждается на стенках. Так как микропары расположены не сплошь по поверхности, продукты коррозии обычно образуют рыхлую пленку, неспособную предохранять поверхность нагрева от дальнейшей коррозии.

Если процесс корро­зии подчиняется законам химических гетерогенных реакций, и при этом не возникает электрический ток, его называют химической коррозией. При повышенных температурах металлической стенки определяющее зна­чение имеет химическая коррозия, при которой происходят диффузион­ные процессы в металлической стенке – в результате на ее поверхности образуется защитная пленка.

Химическая коррозия возникает при взаимодействии с металлом агрессивных газов О₂ и СО₂, а также пара при высоких температурах стенки. Соответственно различают кислород­ную и пароводяную коррозии.

При температуре металла выше 250 °С на его поверхности образуется оксидная пленка в виде плотного слоя, состоящего в основном из Fe₃O₄, препятствующая дальней­шему развитию коррозии. Образова­нию плотной пленки Fe₃O₄ способст­вует повышенное значение рН воды. Наличие растворенной в воде СО₂ увеличивает коррозию, поскольку повышается кислотность среды, пони­жается рН и уменьшается прочность защитной пленки из продуктов корро­зии. Для кислородной коррозии характерно появление местных изъяз­влений, в том числе в местах соедине­ния отдельных деталей.

Взаимодействие водяного пара с металлом происходит при температу­рах выше 500 °С путем диффузии

3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂ .

Образующаяся в результате процесса пленка защитных окислов при температуре ниже 570 ^○С преимущественно состоит из Fe₃O₄.

В испарительных поверхностях нагрева в результате взаимодействия металла с едким натром NaOH при высокой его концентрации в воде (более 3 %) возникает щелочная коррозия. Разновидностью щелочной коррозии является межкристаллическая коррозия ­­­– каустическая хрупкость металла, которая возникает в вальцовочных соединениях под влиянием высоких механических напряжений при наличии высокой щелочности во­ды. Предотвращение щелочной кор­розии достигается уменьшением агрессивных свойств воды путем поддер­жания в ней в определенном соотно­шении концентраций гидратной ще­лочи и других ионов.