Исследование процессов коррозии энергетического оборудования электростанций изготовленного из нержавеющей стали и выбор способа защиты его от коррозии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.14, кандидат технических наук Верховский, Андрей Евгеньевич

• Верховский, Андрей Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Верховский, Андрей Евгеньевич

Введение

Глава 1 Факторы, влияющие на коррозию сталей подогревателей сетевой воды и способы защиты их от коррозии

1.1 Проблемы надежности и эффективности работы подогревателей сетевой воды

1.2 Факторы, влияющие на коррозию аустенитных сталей

1.3 Способы защиты нержавеющих сталей от коррозии

1.4 Постановка задачи исследования

Глава 2 Изучение состояния трубок подогревателей сетевой воды

2.1. Изучение морфологии коррозионных разрушений трубок ПСГ-1 и ПСГ

2.2. Изучение состава примесей в греющем паре, поступающем на ПСГ-1 и ПСГ

Глава 3 Описание экспериментальной установки и методика проведения опытов

3.1. Обоснование выбора октадециламина для защиты металла подогревателей сетевой воды от коррозии

3.2. Метод оценки процессов коррозии

3.3 Схема экспериментальной установки и методика проведения опытов

3.4 Контроль за химическими параметрами рабочей среды

3.5 Определение погрешности и статистическая обработка измеряемых и вычисляемых величин

Глава 4 Результаты экспериментального исследования по изучению влияния хлоридов на общую коррозию нержавеющей стали 12Х18Н10Т

4.1. Влияние концентрации хлоридов в воде на общую коррозию и вынос продуктов коррозии в воду

4.2. Влияние концентрации хлоридов на общую коррозию и вынос продуктов коррозии в воду с поверхности образцов, обработанных

Глава 5 Изучение устойчивости пленки ОДА на поверхности металла

Глава 6 Анализ результатов экспериментальных исследований

6.1 Влияние хлоридов на формы существования железа в воде

6.2 Влияние ОДА на формирование защитной пленки на поверхности нержавеющей стали

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование процессов коррозии энергетического оборудования электростанций изготовленного из нержавеющей стали и выбор способа защиты его от коррозии»

Надежная и экономичная эксплуатация ТЭС во многом зависит от коррозионной стойкости конструкционных материалов оборудования, которая в значительной мере определяется осуществляемым водно-химическим режимом. Одной из главных задач, которую приходится решать при организации водно-химического режима, является сведение к минимуму процессов коррозии, эрозии-коррозии всех элементов оборудования пароводяного тракта, изготовленных из различных конструкционных материалов, а также снижение образования отложений на теплопередающих поверхностях в котле, в регенеративных подогревателях питательной воды, в подогревателях сетевой воды и в проточной части турбины. Эта проблема может решаться в основном двумя способами;

- первый способ, предусматривает оптимизацию водно-химического режима, т. е. поддержание таких физико-химических параметров водного теплоносителя, при которых снижается интенсивность коррозионных процессов в конденсатно-питательном тракте энергоблока, а также замедляется переход в воду и пар образовавшихся продуктов коррозии; второй способ состоит в использовании коррозионно-стойких конструкционных материалов.

В последнее время на ряде уже действующих и вновь строящихся энергоблоках с отборами пара на подогрев сетевой воды проводится замена медьсодержащих сплавов в подогревателях сетевой воды на наиболее коррозионно-стойкую нержавеющую сталь. Но этот процесс требует больших материальных и трудовых затрат, а также связан с выводом энергетических установок из эксплуатации на длительный срок и недополучением тепловой и электрической энергии. Поэтому до сих пор эксплуатируется довольно большое количество электростанций, на которых в теплообменном оборудовании, используемом для подогрева сетевой, технической и т. д. воды используются различные конструкционные материалы: углеродистые, нержавеющие стали и медьсодержащие сплавы. Следовательно, весьма актуальной проблемой является выбор водного режима, удовлетворяющего оптимальным условиям коррозионной устойчивости как углеродистых и нержавеющих сталей, так и медьсодержащих сплавов.

В настоящее время на ряде отечественных ТЭЦ выявлены случаи повреждения трубок горизонтальных подогревателей сетевой воды (ПСГ-1 и ПСГ-2). Массовые разрушения стальных трубок, выполненных из аустенитной нержавеющей стали 12X18Н9Т проработавших более 20 тыс. часов, обнаружены в ПСГ-1 и ПСГ-2, что определяет возрастающую долю присосов сетевой воды в конденсатный тракт энергоблоков, а также приводит к частому отключению ПСГ-1 и ПСГ-2 из работы и выводу их в ремонт. Частые пуски и остановы ПСГ-2 обуславливают снижение экономичности работы турбины, приводят к перерасходу топлива и, как следствие, к снижению экономичности энергоблока в целом.

Литературные данные о характере и периодичности разрушений трубных пучков ПСГ-1 и ПСГ-2 имеются в ограниченном количестве. Можно предположить, что основными факторами, определяющими работоспособность ПСГ-1 и ПСГ-2, являются: а) тип конструкционного материала; б) качество среды контактирующей с этим материалом; в) конструкция подогревателей; г) режим работы. С учетом того, что объем химического контроля за качеством воды и пара на ТЭС достаточно велик, увеличение как числа контролируемых показателей, так и количества пробоотборных точек по водопаровому тракту ТЭС не может повысить эффективности и оперативности химического контроля, т. к. большая часть измерений контролируемых параметров осуществляется «ручными» методами анализа. Для решения этой проблемы необходимо выделить, в первую очередь, те показатели, которые могли бы наиболее полно охарактеризовать качество рабочей среды, а также процессы, протекающие при взаимодействии этой среды с конструкционными материалами.

Данная работа посвящена определению причин возникновения повреждений трубок ПСГ-1 и ПСГ-2, связанных с качеством рабочей среды, выработке рекомендаций по защите от коррозионного разрушения трубных пучков ПСГ-1 и ПСГ-2 и увеличению срока службы металла, выбору контролируемых показателей для оценки и предупреждения коррозионных процессов, протекающих при контакте конструкционных материалов с греющим паром.

Заключение диссертации по теме «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты», Верховский, Андрей Евгеньевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенных промышленных и лабораторных испытаний, обобщения и теоретического анализа полученных экспериментальных результатов можно сделать следующие выводы:

1. Установлено, что коррозия металла трубок подогревателей сетевой воды, изготовленных из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, начинается со стороны греющего пара; основной вид - межкристаллитное растрескивание, обусловленное наличием хлоридов в среде, контактирующим с металлом.

2. Результаты промышленных исследований показали, что в паре, поступающем на ПСГ-1 и ПСГ-2, может находиться влага с повышенным содержанием коррозионно-активных примесей.

3. Установлено, что содержание хлоридов и сульфатов в каплях влаги зависит от разности температур греющего пара поступающего на ПСГ -1 и ПСГ -2 и температурой насыщения пара при соответствующем давлении пара.

4. Изучено влияние хлоридов на коррозию стали 12Х18Н10Т в воде при температуре « 100 °С. Установлено, что скорость коррозии и вынос продуктов коррозии с поверхности металла повышались с повышением концентрации хлоридов.

5. Получено, что октадециламин снижает скорость коррозии стали 12Х18Н10Т в воде при температуре # 100 °С и наличии в среде хлоридов. Снижается также вынос продуктов коррозии железа с поверхности металла в воду.

6. Установлено, что пленка ОДА сохраняется на поверхности образцов после их многократной промывки водой с температурой 100 °С. Наличие пленки ОДА было зафиксировано на поверхностях нагрева водогрейного котла, обработанного ОДА после окончания отопительного сезона.

7. Лабораторные и промышленные испытания подтвердили ранее полученные результаты об изменении состава примесей по высоте слоя отложений при обработке поверхности металла ОДА.

8. Сопоставление теоретических данных и результатов лабораторных исследований позволяет предположить, что потенциал металла может быть использован в качестве одного из параметров для оценки протекания коррозионных процессов.

9. Предложен способ защиты стальных трубок ПСГ от коррозии с помощью октадециламина не только на время простоев, но и в процессе работы энергетического оборудования низких параметров.

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ПСГ - подогреватель сетевой воды горизонтальный

ПСГ-1 - подогреватель сетевой воды горизонтальный первой ступени

ПСГ-2 - подогреватель сетевой воды горизонтальный второй ступени

ХР - хлоридное растрескивание

СКД - блок сверхкритического давления

ОДА - октадециламин

ПМ - потенциал металла

ОВП - окислительно-восстановительный потенциал среды Н.В.Э. - нормальный водородный электрод

Ст.№ - станционный номер

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

К - коэффициент разложения ОДА % q - удельная сорбция ОДА на поверхности мкг/см О

С - концентрация вещества в растворе мг/дм VKOp - скорость коррозии мг/см * час тд0 - масса образца до эксперимента г. Шпосле - масса образца после эксперимента г. F - площадь образца см2 т - продолжительность эксперимента час

А - вынос продуктов коррозии железа с поверхности стали мг/см *час л

Сд0 - концентрация железа до образца мкг/дм Спосле - концентрация железа после образца мкг/дм о

G - расход дм /час

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Верховский, Андрей Евгеньевич, 2006 год

1. Сутоцкий Г. П. Повреждения энергетического оборудования, связанные с водно-химическим режимом. Санкт-Петербург. 1992 г.256 с.

2. О хрупких повреждениях труб в ПСГ./ Сутоцкий Г. П., Верич В.Ф.// Энергетика и электрификация, 1988, №2. С 21-26.

3. Опыт работы и некоторые особенности турбины Т-250/300-240./ Водичев В. И, Осипенко В. Н., Бузин Д. П. // Теплоэнергетика, 1978, №6, С. 14-19.

4. О хрупких разрушениях металла труб ПВД./ Сутоцкий Г. П., Верич В. Ф., Василенко Г. В. и др. // Теплоэнергетика. 1993, №7 С. 11-13.

5. Некоторые проблемы при использовании на блоках СКД кислородных водных режимов./ Мартынова О.И., Вайман А.Б. //Теплоэнергетика. 1994. №7. С.2-9.

6. О проблемах коррозионных и коррозионно-механических повреждений металла пароводяного тракта блоков СКД /Вайман А.Б., Яцкевич СВ., Мухопад Г.В. и др. // Энергетика и электрификация. 1995. №4. С. 1-10.

7. Физико-химические аспекты надежности теплообменных труб из аустенитных хромоникелевых сталей./ Рассохин Н.Г., Горбатых В.П., и др. // Теплоэнергетика. 1988 г. №12 С. 19-24.

8. Образование растворов агрессивных сред в проточной части ЦНД турбины К-300-240./ Мартынова О. И., Поваров О. А. и др// Теплоэнергетика, № 1, 1988, С. 45 -49.

9. Early Condensatein stem turbines. Jnt. Conf. on Interaction of iron Based Materials with water and steam. Sooboda R., Sandmann H., Romanelli S., Badmer M. Heidelberg./D E June 1992/

10. Ю.Толстая M. А. Гальванические элементы и электрохимическая коррозия. Москва. МЭИ. 1955 г. с 24.

11. Розенфельд И. Л., Максимчюк В. П. Тезисы докладов на VI Всесоюзном съезде Всесоюзного химического общества им. Менделеева. 1958 г.

12. Томашев Н. Д. Теория коррозии металлов. М. Металлургиздат. 1952 г.

13. Колотыркин Я.М., Флорианович Г.М. Аномальное растворение металлов. Защита металлов. 1984 г. Т. 20. №1 С. 14-24.

14. Акользин П. А. Коррозия металла паровых котлов. М. Госэнергоиздат, 1958г.

15. Коррозионные повреждения лопаточного аппарата и дисков паровых турбин./ Комаров Н.Ф., Юрков Э.В. // Теплоэнергетика. 1991 г. №2 С. 10-14.

16. Герасимов В.В. Коррозия сталей в нейтральных водных средах. -М. Металлургия, 1981. 191 с.

17. Герасимов В.В. Прогнозирование коррозии металлов. М.: Металлургия. 1989 г. 243 с.

18. Томашев Н. Д. Коррозия металлов с кислородной деполяризацией. М. АН СССР, 1947 г.

19. Методика микроэлектрохимического исследования коррозии металла под напряжением./ Рябчиков А. В. и др. // Сб. «Коррозия и защита металла в машиностроении» М. Машгиз, 1959.

20. Nikitin V. I. The effekt of Oxyden Dissolved in Water on Corrosion Resistence of Steels. Proc. Of an Int. Conf. «Interaction of Iron-Based Materials With Water and Steam» June 3-5. 1992. Germany, p. 17.1-17.11.

21. Герасимов В. В., Касперович А. И., Мартынова О. И. Водный режим атомных электростанций., Москва. Атомиздат. 1976 г. с. 256

22. Экспериментальные испытания на коррозионное растрескивание аутенитной хромоникелевой стали./ Середа Е.В., Рассохин А.Н., Бергман Г.Е. // Теплоэнергетика. 1990 г. №10 С. 29-31.

23. Прогнозирование долговечности теплообменного пучка парогенератора АЭС с ВВЭР по условиям коррозии под напряжением./ Середа Е. В., Горбатых В.П. // Теплоэнергетика. 1984 г. №4 С. 69.1.l

24. Park J.R.//Corrosion. 1985. - V.41,1 11. - P.665.

25. Розенфельд И. JT. Коррозия и защита металлов. М.: Металлургия. 1969. -448 с.

26. Исследование механизма коррозионного растрескивания стали 1Х18Н9Т./ Герасимов В.В., Попова К.А. // сб. «Коррозия реакторных материалов» М. Атомиздат 1960 г. С. 102-108.

27. Герасимов В.В., Монахов А.С. Материалы ядерной техники. 2-е изд. М.: Энергоиздат, 1982. -288 с.

28. Романов В.В. Коррозионное растрескивание металлов. М.: Машгиз, -1960.- 180 с.

29. Преет Р.К.// Коррозионное растрескивание и хрупкость: Пер. с англ./Под ред. С.Б.Фельгиной.-М.: Машгиз, 1961.-С. 81.

30. Регель В.Р., Слуцкер А.И.//Кинетическая природа прочности. Физика сегодня и завтра. М.: Наука, 1973. С.90.

31. Богоявлинский В.Л. Коррозия сталей на АЭС с водным теплоносителем. -М.: Энергоиздат, 1984. 167 с.

32. Herbled G.// Wertstoff und Korrosion. 1984. - V.35,1 6. - S. 254.

33. Иванова B.C., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов. М.: Металлургия, 1975.-455 с.

34. Пленочно-дислокационный подход к описанию механизма коррозионного растрескивания./ Горбатых В.П., Середа Е.В. // Тр. Уральского политехнического института. 1984 г. Вып. 39 с. 30-35.

35. Смирнов Б.И. Дислокационная структура и упрочнение металлов. Л.: Наука, 1978.-235 с.

36. Ван Флек Л. Теоретическое и прикладное материаловедение: Пер. с англ. -М.: Атомиздат, 1975. 472 с.

37. Олейник И.В., Скляр С.П. Ускоренные испытания на усталость. Киев: Наукова думка, 1985. - 281 с.

38. Рябченкова А.В. Коррозионно-усталостная прочночть стали. М.: Машгиз, - 1953.- 179 с.

39. Романов В.В. Влияние коррозионной среды на циклическую прочность металлов. М.: Наука, - 1969. - 219 с.

40. Василенко И.И., Мелехов Р.К. Коррозионное растрескивание сталей. Киев: Наукова думка, 1977. - 264 с.

41. Тимонин В.А., Васильев В.Ю.//Защита металлов. 1974. - Т. 10, № 3. С. 250.

42. Mankowski J.//Corros. Sci. 1975. -V. 15,1 8. - P. 493.

43. Акользин П.А., Гуляев В.Н.// Коррозионное растрескивание аустенитных сталей. -М.: Госэнергоиздат, 1963. 271 с.

44. Лабораторное исследование потенциалов и гальваностатических поляризационных кривых железа и стали в обессоленной воде при комнатных температурах./ Сирота A.M., Латунин В.И., Донников В.Е., и др. // Теплоэнергетика. 1986 г. №2 С. 57-61.

45. Экспериментальное исследование коррозии сталей 20 и 12Х1МФ в обессоленной воде весовым и электрохимическим методами./ Сирота A.M., Латунин В.И. // Теплоэнергетика. 1992 г. №4 С. 51-57.

46. Экспериментальное исследование электрохимической коррозии сталей в потоке обессоленной воды./ Сирота A.M., Латунин В.И. // Теплоэнергетика. 1990 г. №7 С. 14-18.

47. Образование коррозионно-активных сред в зоне фазового перехода в паровых турбинах./ Петрова Т. И., Мартынова О. И., Поваров О. А., Семенов В. Н., Троцкий А. Н., Петров А. Ю., Дули Р. Б.// Теплоэнергетика, 1998 г. № 7. С. 37-42.

48. Влияние растворенных в паре примесей на образование коррозионно-активной жидкой фазы в проточных частях турбин./ Мартынова О.И., Поваров О.А., Рабенко B.C. // Теплоэнергетика. 1984 г. №4 С. 19-22.

49. Маргулова Т. X.// Применение комплексонов в энергетике. М. Энергоатомиздат. 1986. 280 с.

50. Некоторые аспекты термолиза аминосодержащего соединения С А I в энергетической установке. / Дубровский И. Я., Баталина JI.H., Игнатьев В.В. и др. // Изв. ВУЗов, Энергетика, 1989, № 2 с. 23-25.

51. Влияние дозирования поверхностно активного вещества октадециламина на содержание примесей в первичном конденсате. / Петрова Т. И., Поваров О. А., Рыженков В. А. И др. // Вестник МЭИ №3 1995 г. с 12-18.

52. ПТЭ Минэнерго, изд. 14-е, 1989, ост 108.030.47-81. Котлы водогрейные. Качество сетевой и подпиточной воды.

53. Россихин JI. Я. Качество пара и надежность работы блоков СКД на ТЭС с высокой минерализацией водоснабжения. Дисс. на соискание степени к.т.н.спец. 051414. Тепловые электрические станции и тепловые сети. УДК 621.1656202962834. Москва 1988, МЭИ.

54. Кострикин Ю. М. Инструкция по анализу воды, пара и отложений в теплосиловом хозяйстве. М. Энегргия, 1979.

55. Ионных хроматограф Dionex 400i. Инструкция по эксплуатации. Martek Instruments. Inc. USA. Ca. 1998.

56. Low-Level Sodium Monitor. Model 1811 EL. Instruction Manual Orion Research. 1993.

57. Стырикович M.A, Мартынова О.И., Миропольский 3.JI Процессы генерации пара на электростанциях. М. Энергия. 1969. С.312.

58. Методические указания по консервации теплоэнергетического оборудования. РД 34.20.591-97. М. СПО ОРГРЭС, 1997. 48 с.

59. Методические указания по консервации тепломеханического оборудования с применением пленкообразующих аминов. РД 34.20.596-97. М. СПО ОРГРЭС, 1997. 27 с.

60. Влияние температуры и концентрации растворов перекиси водорода на редокс-потенциал./ Самойлов Ю. Ф. Петрова Т. И. Харитонова Н. JI. // Тр. МЭИ // Моск. энерг. ин-т, 1979 вып 405, С. 116 118.

61. Использование редокс-потенциала для оценки качества теплоносителя./ Мартынова О. И., Петрова Т. И., Мамет В. А., Самойлов Ю. Ф. // Теплоэнергетика, 1976, №3, С. 41 47

62. Измерение электропроводности и потенциала металла при повышенных температурах./ Самойлов Ю. Ф., Петрова Т. И., Зонов А. А. // Отчет по НИР (закл., 2), тема 77/84, №. Г. Р. 0,840053133. М., МЭИ, 1985, 57 с.

63. Способ прогнозирования долговечности оборудования по условиям коррозии под напряжением при использовании образцов-свидетелей./ Баканов А.А., Рассохин Н.Г., Середа Е.В. //Теплоэнергетика. 1992. №6. С. 5356.

64. Анализатор растворенного кислорода МАРК-301Т. Руководство по эксплуатации ВР11.00.000РЭ. г. Нижний Новгород. 1999.70. рН-метр-милливольтметр МАРК-901. Руководство по эксплуатации ВР24.00.000РЭ. г. Нижний Новгород. 2002.

65. Mark 18. Ultra pure Water Quality Monitoring System Operation Manual Martex Instrument. Inc. 1993.

66. Ячейка для измерения е'И и рН в конденсатно-питательном тракте ТЭС. Проспект ВДНХ СССР. 1982.

67. Измерение величины окислительного потенциала водных растворов./ Петрова Т.И., Самойлов Ю.Ф., Мамет В.А., и др.//Труды МЭИ 1975. Выпуск 238.

68. Руководство по эксплуатации атомно-адсорбционного спектроанализатора ASS. ГДР. 1981.

69. Паспорт ионного жидкостного хроматографа. США. 1996.

70. Руководство по эксплуатации. Весы лабораторные электронные Adventure OHAUS\ Switzerland. 2002.

71. Новицкий П. В., Зограф И. А.// Оценка погрешностей результатов измерений. 2-е изд., Л. Энергоатомиздат 1991 г. 304 с.

72. Справочник химика. Второе издание. Химическое равновесие и кинетика свойств растворов, электродные процессы. Химия. Москва. 1964 г. Ленинград.

73. Herbsleb G., Pfeiffer B.//Werkst. und Korros. 1984. - V.35,1 6. - P. 254 - 265.

74. Гаррелис, Крибс.//Растворы, минералы, равновесия. Химия. Москва. 1967 г. 658 с.

75. К. McGlone. Anti-Corros. Methods Mater., 34 (1987), 6 P.

76. M. Malaiyandi, G. H. Thomas, M. E. Meek. J. Environ. Sci. Health A. 14 (1979) p. 609

77. P.F. Pelosi, C. J. Cappabianca. Chem. Eng/ 92 (1985), p. 61.

78. Hohg Huago, Guo - Ding Zhou, Qiang - Qiamg Ziao, A stady of anti -corrosion behavior of octadecylamine - treated iron samples. Applied Surface Science. 156 (2000) p. 39 - 46.

79. D. Rahner. Soliad State Jonics. 865 (1996) p. 86 88.