Види корозії
Види корозії.В процесі роботи елементи парового котла піддаються впливу агресивних середовищ – води, пари та димових газів. Розрізняють корозію хімічну та електрохімічну.
Хімічна корозія, викликана парою або водою, руйнує метал рівномірно по всій поверхні. Швидкість такої корозії у сучасних суднових казанах низька. Більш небезпечна місцева хімічна корозія, що викликається агресивними хімічними сполуками, що містяться у відкладеннях золи (сірки, оксидів ванадію тощо).
Найбільш поширеною і небезпечною єелектрохімічна корозія,протікає у водних розчинах електролітів при виникненні електричного струму, викликаного різницею потенціалів між окремими ділянками металу, що відрізняються хімічною неоднорідністю, температурою або якістю обробки. Роль електроліту виконують вода (при внутрішній корозії) або пари води, що сконденсувалися, у відкладеннях (при зовнішній корозії).
Виникнення таких мікрогальванічних пар на поверхні труб призводить до того, що іон-атоми металу переходять у воду у вигляді позитивно заряджених іонів, а поверхня труби в цьому місці набуває негативного заряду. Якщо різниця в потенціалах таких мікрогальванічних пар незначна, то на межі метал-вода поступово створюється подвійний електричний шар, який гальмує подальший перебіг процесу. Однак у більшості випадків потенціали окремих ділянок різні, що зумовлює виникнення ЕРС, спрямованої від більшого потенціалу (аноду) до меншого (катоду). При цьому з анода у воду переходять іон-атоми металу, а на катоді накопичуються надлишкові електрони. В результаті ЕРС і, отже, інтенсивність процесу руйнування металу різко знижуються. Це явище називаєтьсяполяризацією. Якщо потенціал анода зменшується в результаті утворення захисної оксидної плівки або зростання концентрації іонів металу в районі анода, а потенціал катода практично не змінюється, то поляризація має назвуанодної.
Прикатодноїполяризації в розчині у катода різко знижується концентрація іонів і молекул, здатних видаляти надлишкові електрони з поверхні металу. З цього випливає, що основним моментом боротьби з електрохімічною корозією є створення таких умов, коли будуть підтримуватись обидва види поляризації. Практично досягти цього неможливо, тому що в котловій воді завжди єдеполяризатори–речовини, що викликають порушення процесів поляризації.
До деполяризаторів відносяться молекули О2 і СО2, іони Н + , Сl - і SO - 4, а також оксиди заліза та міді. Розчинені у воді СО2, Cl- та SO-4 гальмують утворення на аноді щільної захисної оксидної плівки і тим самим сприяють інтенсивному протіканню анодних процесів. Іони водню Н+ знижують негативний заряд катода.
Вплив кисню на швидкість корозії став проявлятися у двох протилежних напрямках. З одного боку, кисень збільшує швидкість корозійного процесу, оскільки є сильним деполяризатором катодних ділянок, з іншого надає пасивну дію на поверхню. Зазвичай деталі котла, виготовлені зі сталі, мають досить міцну початкову оксидну плівку, яка захищає матеріал від дії кисню доти, доки не буде зруйнована під дією хімічних або механічних факторів.
Швидкість гетерогенних реакцій (до яких і корозія) регулюється інтенсивністю наступних процесів: підведенням до поверхні матеріалу реагентів (насамперед деполяризаторів);руйнуванням захисної оксидної плівки; видалення продуктів реакції від місця її протікання. Інтенсивність цих процесів багато в чому визначається гидродинамическими, механічними і тепловими чинниками. Тому заходи щодо зниження концентрації агресивних хімічних реагентів за високої інтенсивності двох інших процесів, як показує досвід експлуатації котлів, зазвичай малоефективні. Звідси випливає, що вирішення проблеми запобігання корозійним ушкодженням має бути комплексним, коли враховуються всі фактори, що впливають на вихідні причини руйнування матеріалів.
Електрохімічна корозія.Залежно від місця перебігу речовин, що беруть участь у реакціях, розрізняють такі види електрохімічної корозії:
кисневу (і її різновид – стоянкову),
підшламову (іноді звану „черепашкової”),
міжкристалітну (лужна крихкість котельних сталей),
Швидкість кисневої корозії у головних котлах низька, що з ефективної роботою деаераторів і фосфатно-нитратным водним режимом. У допоміжних водотрубних котлах вона часто сягає 0,5 – 1 мм/год, хоча у середньому лежить не більше 0,05 – 0,2 мм/год. Характер ушкодження котелень – виразки невеликих розмірів.
Більш небезпечним різновидом кисневої корозії єстоянкова корозія,протікає в період бездіяльності котла. В силу специфіки роботи всі суднові котли (а особливо допоміжні) схильні до інтенсивної стоянкової корозії. Як правило, корозія стоянки не призводить до відмов котла, проте метал, що зазнав корозії під час зупинок, за інших рівних умов більш інтенсивно руйнується при роботі котла.
За наявності у воді хлоридів інтенсифікується рівномірна корозія металу, а якщо в ній міститься незначна кількість лугів (менше 100 мг/л), корозія локалізується. Щоб уникнути стоянкової корозії, при температурі 20 – 25 °С у воді повинно міститися до 200 мг/л NaOH.
Зовнішні ознаки корозії за участю кисню: локальні виразки невеликого розміру (рис. 1,а),заповнені продуктами корозії бурого кольору, які утворюють горбики над виразками.
Однак і при такому кисневмісті поживної води в експлуатації спостерігаються корозійні ушкодження елементів котла, що свідчить про переважний вплив процесів руйнування оксидної плівки і вимивання продуктів реакції з вогнищ корозії. Найбільш наочним прикладом, що ілюструє вплив цих процесів на корозійні ушкодження, є руйнування змійовиків утилізаційних котлів із примусовою циркуляцією.
Корозійні ушкодженняпри кисневій корозії зазвичай суворо локалізовані: на внутрішній поверхні вхідних ділянок (див. рис. 1, а), в районі згинів (рис. 1,б),на вихідних ділянках та в коліні змійовика (див. рис. 1, в), а також у пароводяних колекторах утилізаційних котлів (див. рис. 1, г). Саме на цих ділянках (2 –область пристінної кавітації) гідродинамічні особливості потоку створюють умови для руйнування оксидної плівки та інтенсивного вимивання продуктів корозії. Дійсно, будь-які деформації потоку води і пароводяної суміші супроводжуються виникненнямкавітації в пристінних шарахрозширюється потоку2,де утворюються і тута бульбашки пари, що схлопуються, обумовлюють руйнування оксидної плівки внаслідок енергії гідравлічних мікроударів. Цьому сприяють також знакозмінні напруги в плівці, викликані вібрацією змійовиків і коливаннями температури та тиску. Підвищена локальна турбулізація потоку цих ділянках викликає активне вимивання продуктів корозії.
0,1 мг/л) обумовлює інтенсивне руйнування металу, що призводить до появи нориць на вхідних ділянках змійовиків утилізаційних котлів типу Ла Монт через 2-4 роки експлуатації, але в інших ділянках – через 6-12 років.
Проте природа втоми окремих ділянках різна. Поява тріщини (а раніше – розтріскування оксидної плівки) в районі зварного шва (див. рис. 2, а) є наслідком знакозмінної напруги, обумовленої вібрацією пучка труб і конструктивною особливістю вузла з'єднання змійовиків з колектором (до вигнутого штуцера діаметром 22× змійовика діаметром 22×2). Руйнування ж оксидної плівки та утворення втомних тріщин на внутрішній поверхні прямих ділянок змійовиків, віддалених від входу на 700-1000 мм (див. рис. 2, б), обумовлені знакозмінними термічними напругами, що виникають у період введення котла в дію, коли на гарячу поверхню подається холодна вода. При цьому дія термічних напруг посилюється тим, що ребра змійовиків ускладнює вільне розширення металу труби, створюючи додаткові напруги в металі.
Підшламова корозіязазвичай спостерігається в головних водотрубних котлах на внутрішніх поверхнях екранних і пароутворюючих труб притопочних пучків, звернених до факелу. Характер підшламової корозії – виразки овальної форми з розміром великої осі (паралельної осі труби) до 30-100 мм. На виразках єщільний шар окисів у вигляді „черепашок”3(рис. 3). Підшламова корозія протікає у присутності твердих деполяризаторів – оксидів заліза та міді2,які осідають на найбільш теплонапружених ділянках труб у місцях активних центрів корозії, що виникають при руйнуванні оксидних плівок. Зверху утворюється пухкий шар накипу та продуктів корозії1. Утворені "черепашки" з продуктів корозії міцно зчеплені з основним металом і можуть бути видалені тільки механічним шляхом. Під „черепашками” погіршується теплообмін, що призводить до перегріву металу та появи випучин. Для допоміжних котлів цей вид корозії не характерний, але при високих теплових навантаженнях і відповідних режимах водообробки не виключена поява підшламової корозії і в цих котлах.