3.2. ОСОБЕННОСТИ КОРРОЗИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА
КОТЛОВ НА СУДНЕ
Различные соли, попадающие с питательной водой в котел, имеют
неодинаковую растворимость. Растворимостью называется величина,
характеризующая способность вещества образовывать с другим веществом
однородную систему, выражается в процентах.
Загрязнения поверхностей нагрева в виде накипи образуют в основном
катионы жесткости Са2+ и Mg2+, соединения которых CaS04, СаС03, MgC03,
CaSi03, MgSi03, Са(ОН)2 и Mg(OH)2 труднорастворимы.
При пересыщении раствора соли начинают откладываться на отдельных
участках металла в виде первичных зародышевых кристаллов, которые затем
разрастаются и укрупняются. Многочисленные бугорки шероховатостей
металлической стенки являются центрами кристаллизации. Если
кристаллизация солей происходит непосредственно на поверхности нагрева,
такое явление называют первичным процессом накипеобразования.
Котельный шлам возникает в толще пересыщенного раствора кальциевых и
магниевых солей, которые сами по себе представляют многочисленные центры
кристаллизации или зародыши твердой фазы. Вторичный процесс
накипеобразования заключается в осаждении взвешенных частиц и
образовании плотно сцепленных с поверхностью нагрева вторичных
отложений.
Из пересыщенных растворов в твердую фазу выделяются в первую очередь
соли, имеющие отрицательные коэффициенты растворимости. При поддержании
в котле безнакипного режима загрязнение поверхностей нагрева происходит
окислами железа и меди. Эти отложения скапливаются в зонах наибольших
тепловых нагрузок (экранные трубки и при-топочные пучки труб), как
правило, не по всей окружности внутренних поверхностей труб, а со
стороны топочного факела. Неравномерность отложений отмечается и по
высоте труб. Во многих типах паровых котлов наблюдаются смешанные
отложения, состоящие из обычной накипи и железомедных окислов.
Накипные загрязнения, пропитанные маслом, являются особо опасными
отложениями, так как имеют более низкий коэффициент теплопроводности
(табл. 3.3), что вызывает перегрев металла поверхностей нагрева и
усиление коррозии. На рис. 3.1 приведены зависимости, характеризующие
влияние толщины 5 и теплопроводности X накипи на температуру стенки труб
парового котла. При слое накипи толщиной 0,2 мм в случае ее низкой
теплопроводности температура стенки труб может превысить предельно
допустимую для сталей марок Сталь 10 и Сталь 20. Коэффициенты
теплопроводности железо- и медно-окисных накипей значительно выше
обычных. Под слоем таких накипей, как правило, развивается интенсивный
процесс подшламовой коррозии.
Котловая вода — своего рода электролит, поэтому коррозия металла
поверхностей нагрева котла имеет электрохимический характер. В котловой
воде всегда присутствуют вещества деполяризаторы, способные удалять
избыточные электроны с поверхности металла и разрушать защитные слои.
Наиболее сильным деполяризатором в присутствии диссоциированных молекул
воды является кислород, который превращает водород, образовавшийся в
виде слоя на катоде, в воду:
2Н2 + 02 =2Н20.
Кислород способствует также анодной деполяризации, окисляя первичный
окисел Fe(OH)2 в гидрат окиси железа Fe(OH)3, который, обладая меньшей
растворимостью, выпадает из раствора в осадок. При этом концентрация
железа в растворе у анода снижается, что облегчает дальнейшее
растворение железа. Поступающие в котловую воду ионы СГ и газ С02
разрушают защитную пленку окислов, образующихся на поверхности стали.
Кислая реакция котловой воды, при которой в воде содержится много
катионов Н*, снимающих с катода электроны и поддерживающих электрический
ток в микроэлементе, также способ-ствует коррозии. Кроме того, щелочная
Кроме того, щелочная реакция воды, способствующая
избытку
кипи 5 при различной ее теплопро- анионов ОН и уменьшению концентра-ции
катионов Н ослабляет коррозию, т. е. щелочи являются наиболее
эффективным средством борьбы с коррозией. Поэтому в котлах, где активно
протекают процессы коррозии на различных участках поверхностей нагрева
(колокольчики в районах развальцовки водогрейных труб, верхняя сфера
коробчатых топок и т. д.), необходимо концентрацию водородных ионов pH
поддерживать около 10.
Кислород поступает в котел с питательной водой, поэтому более полное
удаление кислорода из воды является важнейшим условием снижения
интенсивности коррозионных процессов. Электрохимическую коррозию с
кислородной деполяризацией называют также кислородной коррозией, при
которой наблюдается характерное язвенное разрушение металла. В закрытых
системах, где нет условий для отвода кислорода, скорость коррозии
увеличивается с повышением температуры.
Виды коррозии, встречающиеся в судовых паровых котлах, показаны на рис.
3.2. Коррозию принято подразделять на сплошную (общую) и местную.
Местная коррозия намного опаснее сплошной, несмотря на то что количество
образовавшихся окислов при этом меньше. При местной коррозии образуются
свищи, язвины, растрескивание металла, вследствие чего пораженные
участки часто служат причиной аварии. Качественную оценку скорости
(темпа) коррозионных процессов в паровых котлах можно производить по
данным табл. 3.4.
В напряженных водотрубных котлах наиболее распространенным видом
коррозии является так называемая подшламовая, протекающая под слоем
отложений из железных и медных окислов, поступающих в котел с
питательной водой. Основное количество окисного шлама прилипает в
наиболее теплонапряженных участках экранных и притопочных пучков труб.
Под прикипевшими окислами из-за разрушения защитной пленки при работе
котла образуются активные анодные участки. Окислы железа и меди играют
роль деполяризаторов коррозионного процесса. Подшламовая коррозия имеет
вид раковин с диаметром, достигающим иногда нескольких сантиметров
(ракушечная коррозия). Скорость подшламовой
коррозии колеблется от долей миллиметра до 1 мм и более в год. Для
предупреждения подшламовой коррозии следует не допускать поступления в
котлы окислов железа и меди.
Особенность межкристаллитной коррозии заключается в том, что в районе ее
развития деформация металла отсутствует, межкристаллит-ные трещины
долгое время развиваются незаметно, при обычном осмотре их обнаружить
невозможно. Металл в пораженных участках становится хрупким, в
результате чего разрушение может произойти внезапно. Условия
возникновения межкристаллитной коррозии следующие: наличие в котловой
воде веществ, обусловливающих ее агрессивность к металлу, например
щелочей; неплотности в заклепочных или вальцовочных соединениях (в этих
местах резко увеличивается концентрация щелочей за счет упаривания
воды); высокие растягивающие напряжения в металле, близкие к пределу
текучести.
Источниками местных напряжений служит резкая перемена нагрузки
(форсированная растопка, охлаждение и другие нарушения режима
эксплуатации котлов). В районах упаривания воды концентрация щелочей
достигает 6 % и выше. При одновременном действии высоких местных
напряжений и концентраций щелочей на границах зерен структуры металла
возникают поверхностные микротрещины. По мере развития межкристал-литных
трещин нарастает концентрация напряжений в неповрежденном металле, что
приводит к образованию транскристаллитных трещин, проходящих через зерна
структуры металла. В цельносварных котлах меж-кристаллитная коррозия
встречается реже. Предотвращению ее способствует также широкое
применение фосфатно-нитратного режима внутри-котловой водообработки.
Водный режим парового котла определяют показатели качества питательной
воды, которые регламентируются определенными нормами, зависящими от типа
котла и параметров пара (табл. 3.5).