Повышение надежности и эксплуатационного ресурса энергетического оборудования, работающего в двухфазных и многокомпонентных потоках тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.14, доктор технических наук Томаров, Григорий Валентинович

• Томаров, Григорий Валентинович
• доктор технических наук
• 2003

Оглавление диссертации доктор технических наук Томаров, Григорий Валентинович

Условные обозначения.

ВВЕДЕНИЕ.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ.

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ КОРРОЗИИ И ЭРОЗИИ МЕТАЛЛОВ В ВОДЕ И 14 ВЛАЖНОМ ПАРЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ.

1.1. Классификация механизмов эрозии металлов энергетического оборудования.

1.2.Анализ повреждаемости элементов рабочего контура энергоблоков.

1.3. Физико-химические процессы эрозии-коррозии металлов в одно- и двухфазном потоках.

1.4. Особенности воздействия многокомпонентных потоков на конструкционные металлы.

1.5. Проблемы взаимодействия тепломассообмена и водно-химического режима с эрозионно-коррозионными процессами в энергетическом оборудовании электростанций.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКИХ ПЛЕНОК В ДВУХФАЗНОМ ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ.

2.1. Определение критериев массопереноса в двухфазном потоке.

2.2. Исследования режимов течения жидких пленок при различных параметрах влажного пара.

2.3. Особенности течения жидких пленок при добавках поверхностно активных веществ.

2.4. Влияние вибраций твердой стенки на локальные характеристики течения жидкой пленки и гидравлическое сопротивление при расслоенном газожидкостном потоке.

2.5. Исследования вибрационного воздействия на волновую структуру и осредненные характеристики течения жидкой пленки в двухфазном дисперсном потоке.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ЭРОЗИИ-КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ В ДВУХФАЗНЫХ И МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ПОТОКАХ.

3.1. Основные критерии подобия и приближенное моделирование эрозии-коррозии металлов в двухфазных потоках.

3.2. Влияние температурного фактора на процессы эрозии-коррозии металлов.

3.3. Зависимость эрозии-коррозии металлов от режимов течения влажного пара и воды.

3.4. Эрозионно-коррозионная стойкость конструкционных металлов при различных водно-химических режимах.

3.5. Влияние легирования сталей на интенсивность эрозии-коррозии.

3.6. Роль геометрического фактора и шероховатости поверхности металлов в эрозионно-коррозионных процессах.

3.7. Натурные исследования эрозионно-коррозионной стойкости металлов оборудования энергетических объектов.

ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЭРОЗИИ-КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ В ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКАХ.

4.1.Физико-химическая модель эрозии-коррозии металлов в двухфазных потоках.

4.2. Методология определения значения рН жидкой фазы при кондиционировании двухфазных потоков аминами.

4.3. Математическая модель эрозии-коррозии металлов в двухфазном потоке. 218 Ф 4.4. Расчетные исследования влияния основных факторов на эрозию-коррозию металлов.

ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЭРОЗИИ -КОРРОЗИИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ.

5.1. Межфазовое распределение железа и примесей при сепарации влаги и фазовых превращениях в двухфазных потоках.

5.2. Определение эрозионно-коррозионного ресурса теплоэнергетического оборудования электростанций.

5.3. Оптимизация выбора металлов энергетического оборудования работающего в двухфазных потоках.

5.4. Баланс и межфазовое распределение железосодержащих продуктов эрозии-коррозии и примесей в пароводяном контуре энергоблоков.

ГЛАВА 6. ПОВЫШЕНИЕ ЭРОЗИОННО-КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

6.1. Основные принципы и методы управления процессами эрозии-коррозии металлов в двухфазных потоках.

6.2. Ингибирование эрозии-коррозии металлов в двухфазных потоках.

6.3. Эффективность применения октадециламина для защиты от стояночной коррозии металлов энергетического оборудования.

6.4. Рекомендации по выбору металлов энергетического оборудования, работающего в многокомпонентных средах.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение надежности и эксплуатационного ресурса энергетического оборудования, работающего в двухфазных и многокомпонентных потоках»

Надежность и эффективность современных отечественных и зарубежных электростанций в значительной степени зависит от эрозионно-коррозионной стойкости энергетического оборудования, работающего в однофазных (конденсатно-питательный тракт) и двухфазных (влажнопаровой тракт) потоках. Наряду с экономическими потерями коррозионные и эрозионные повреждения металла энергетического оборудования способны приводить к аварийным ситуациям, и влиять на безопасность эксплуатации электростанций. Так, например, ежегодный ущерб в энергетике США из-за эрозии и коррозии металла составляет несколько десятков миллионов долларов на один энергоблок или недовыработка мощности в размере 3-5% [210].

Актуальность рассматриваемой проблемы, особенно в связи со значительной наработкой отечественных энергоблоков растет, что обусловлено необходимостью решения важных народно-хозяйственных задач:

- продление срока эксплуатации путем повышения эрозионно-коррозионной стойкости нового, стареющего и уже исчерпавшего расчетный ресурс энергетического оборудования ТЭС, ГеоЭС и АЭС; повышение безопасности и бесперебойности работы мощных энергоблоков, характеризующихся повышенными тепломеханическими и гидродинамическими нагрузками, вызывающими интенсивную эрозию-коррозию металлов; снижение стоимости энергетического оборудования на стадии проектирования и реконструкции путем оптимизации режимов эксплуатации и выбора конструкционных сталей, обеспечивающих его эрозионно-коррозионную стойкость в течение всего расчетного периода эксплуатации; оптимизация и повышение эффективности диагностических и профилактических регламентов, методов контроля эрозионно-коррозионного состояния и предупреждения аварийных ситуаций и вынужденных остановов по причине повреждения металлов рабочего тракта электростанций;

Отечественная наука и техника в области изучения эрозии металлов успешно развивалась уже в 60-70 гг. В первую очередь следует отметить комплексные исследования каплеударной эрозии и газодинамики двухфазных сред, проведенные в семидесятые годы в МЭИ под руководством Г.А.Филиппова и О.А.Поварова, в рамках которых были созданы уникальные экспериментальные стенды. В начале 80-х годов отечественная и зарубежная энергетика столкнулась с новой серьезной проблемой "размыва" деталей проточных частей турбин и элементов влажнопарового тракта электростанций, для которой были характерны протечки в стыках диафрагм, обойм и фланцевых разъемов корпуса турбин, работающих во влажном паре. Известны случаи, когда на ряде отечественных турбин были размыты диафрагмы и корпуса уже через три года эксплуатации. Отмечались случаи размыва регулирующих клапанов и паропроводов, повышенный износ межлопаточных тел сопловых решеток и других элементов, находящихся под воздействием влажнопарового потока. В это время МЭИ и ВНИИАМ начали активно заниматься изучением явления эрозии-коррозии и проводить исследования.

Автором под руководством Поварова О.А. в 1980 году были начаты систематические работы по исследованию проблем размыва металлов во влажном паре. Вскоре эти исследования позволили определить размыв,' как физико-химический процесс эрозии-коррозии (ЭК) обусловленный, с одной стороны образованием защитного оксидного слоя на металле, а с другой растворением металла и выносом продуктов эрозии-коррозии в поток. Автором основное внимание было обращено к изучению ЭК металла в двухфазном потоке.

Во ВНИИАМ под руководством Филиппова Г.А. в подразделениях и лабораториях Шалобасова И.А., Кукушкина А.Н. и Васильченко Е.Г. велись многолетние исследования эрозионных процессов в водных потоках. Нигматулин Б.И., Бараненко В.Н. и другие российские ученые выполнили комплекс экспериментальных и теоретических работ по изучению ЭК в воде. Широко известны также работы по коррозии и ВХР в энергетическом оборудовании Акользина П.А., Мартыновой О.И. и других замечательных российских ученых.

К середине 90-х годов фактически в России сложилась школа в области проблем эрозии и коррозии на базе МЭИ, ВНИИАМ, ВНИИАЭС, МГОУ и других отечественных организаций. Результаты российских исследований в ряде случаев опережают мировой опыт в области изучения эрозии-коррозии металлов.

После серьезной аварии с человеческим жертвами на АЭС "Сарри-2" (США) 9 декабря 1986 года, причиной которой был разрыв трубопровода питательной воды вследствие эрозионно-коррозионного износа металла, во многих индустриальных странах (Германия, США, Франция и другие) были инициированы национальные программы и активно ведутся по сей день работы по изучению данной проблемы.

Эрозионно-коррозионные процессы в двухфазных потоках (реализуемые во влажнопаровом тракте - турбины насыщенного пара, регенеративные отборы и подогреватели со стороны греющего влажного пара, конденсатор и др.) более сложные и менее изученные, чем ЭК в однофазной среде, вносят значительный вклад в загрязнение рабочего тела железосодержащими соединениями и являются причиной высокой повреждаемости оборудования электростанций. Принципиальным отличием ЭК в двухфазном потоке является то, что непосредственно в контакте с металлом (в качестве барьера между металлом и основным парокапельным потоком) находится движущаяся жидкая пленка, локальные процессы массопереноса, коррозионные свойства и водно-химические параметры которой определяют интенсивность и особенности протекания ЭК. ЭК металлов в двухфазном потоке - сложное многофакторное явление, физико-химические процессы которого определяются законами различных научных дисциплин, таких как электрохимическая коррозия, гидрогазодинамика двухфазных потоков, водная химия, термодинамика, металловедение и др.

Для решения практических задач прогнозирования и предотвращения образования отложений в парогенераторе и турбине требуется расчетное определение баланса эрозионно-коррозионного выноса железосодержащих соединений в рабочий контур электростанций. Вопросы оптимизации водно-химического режима и поиска технических решений с целью снижения ЭК металлов в двухфазных потоках ТЭС, АЭС и ГеоЭС нуждаются в дальнейшем развитии.

Основными элементами данной работы являются разработка научно-теоретических и методологических основ, экспериментальное исследование закономерностей, создание физико-химической и математической моделей, принципов и методов управления процессами ЭК металлов в двухфазных потоках по прогнозированию, диагностики, повышению эрозионно-коррозионной стойкости металлов и продлению ресурса работы энергетического оборудования электростанций.

Научные достижения последних лет и полученные новые результаты исследований позволили развить ранее введенный в теплоэнергетике (Стыриковичем М.А., Мартыновой О.Н., Поваровым О.А. и др.) глобальный подход рассмотрения проблемы эрозии и коррозии в тесной связи с теплофизическими процессами, протекающими в рабочем контуре электростанций. Это дало возможность выявить ряд принципиальных особенностей двухстороннего эрозионно-коррозионного взаимодействия одно- и двухфазного потоков с металлом, которые легли в основу создания программного комплекса РАМЭК-2 для расчетов баланса железосодержащих продуктов ЭК и примесей (хлоридов, кремневой кислоты и т.д.) в контурах электростанций с учетом процессов эрозии-коррозии и образования отложений.

Данная работа выполнялась на кафедре "Теплоэнергетические установки" Московского государственного открытого университета, где автор работает с 1986 года по сей день в должности доцента. Многие результаты диссертации получены автором или при его участии в рамках научно-исследовательских работ по Программам ГКНТ (СССР) и Миннауки России, РАО "ЕЭС России", программ Минэнергетики и Минатома России, а также по заказу ряда отечественных научно-исследовательских институтов, заводов и электростанций.

При решении поставленных в этой работе задач под руководством и при участии автора были созданы на базе МЭИ экспериментальные теплофизические стенды высокого (ТФ-1) и низкого (ТФ-2) давления, гидрогазодинамические экспериментальные проточные части для исследования течения жидких пленок (газо-водяной канал с вибрирующей стенкой и пароводяной канал, установленный на выхлопе экспериментальной турбины ЭТИ2), а также специальные эрозионно-коррозионные тест-модули. В диссертации не приводится информация о методах исследований и экспериментальных стендах, поскольку подробное их описание дано в ряде публикаций [244-246,249,251,8,9,66,67,108,117,152,174,178].

На основе экспериментальных данных, полученных автором по влиянию степени влажности на удельную сорбцию октадециламина (ОДА) в двухфазном потоке, проведено обоснование (получены авторские свидетельства) и при участии автора внедрена на Конаковской ГРЭС, Черепетской ГРЭС, ТЭЦ "Нови Сад" (Сербия), Верхне-Мутновской ГеоЭС и других электростанциях технология защиты от коррозии металлов турбоустановок "на ходу" с использованием поверхностно-активного вещества ОДА. Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований эрозионно-коррозионных процессов внедрены на Балаковской и Нововоронежской АЭС, Верхне-Мутновской ГеоЭС ГеоЭС, Мутновской ГеоЭС и других электростанциях, где эрозионно-коррозионные тест-модули использовались и работают по сей день (например, на Верхне-Мутновской ГеоЭС) обеспечивая мониторинг эрозионно-коррозионного состояния энергетического оборудования.

По разработанным рекомендациям проведен выбор металлов для изготовления турбоустановок на ОАО "Калужский турбинный завод", сепараторов на ОАО "ПМЗ" и другого энергетического оборудования для Верхне-Мутновской ГеоЭС и Мутновской ГеоЭС, обеспечивающих эрозионно-коррозионную стойкость в условиях коррозионно-агрессивного многокомпонентного геотермального теплоносителя.

Работа выполнена под общим руководством д.т.н., профессора Поварова О.А., которому автор благодарен за оказанную помощь и поддержку.

Ряд теоретических и экспериментальных исследований были выполнены в соавторстве и при участии Агапова Ю.А., Васильченко Е.Г., Величко Е.В., Гонтаренко А.Ф., Кукушкина А.Н., Михайлова В.А., Рабенко B.C., Саха С., Семенова В.Н., Чертушкина В.Ф., Шалобасова А.А., Шипкова А.А., которым автор выражает свою признательность.

Автор благодарен коллективу кафедры "Теплоэнергетические установки" МГОУ и особенно зав. кафедры д.т.н., профессору Ибрагимову М.Х.-Г. за постоянную поддержку и полезные советы при подготовке диссертационной работы.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

Разработка положений и основ физико-химических процессов коррозии металлов под воздействием двухфазных потоков - "эрозии-коррозии".

Разработка и создание экспериментальных стендов для исследования течения жидких пленок и эрозии-коррозии металлов в лабораторных условиях и на натурных энергетических объектах.

Исследование течения жидких пленок в двухфазном потоке при высоких плотности и степени влажности пара и на вибрирующей металлической поверхности.

Экспериментальные исследования закономерностей эрозии-коррозии металлов во влажном паре.

Построение физико-химической модели эрозии-коррозии металлов в движущихся двухфазных средах.

Расчетно-теоретические исследования эрозии-коррозии металлов и создание математической модели расчета эрозионно-коррозионной стойкости энергетического оборудования и выноса железосодержащих продуктов эрозии-коррозии в элементах ТЭС, АЭС и ГеоЭС.

Исследование эрозионно-коррозионной стойкости металлов энергетического оборудования и разработка рекомендаций по их выбору на стадии проектирования и эксплуатации электростанций.

Разработка и внедрение методов повышения эрозионно-коррозионной стойкости металлов энергетического оборудования. Л

Заключение диссертации по теме «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты», Томаров, Григорий Валентинович

Результаты исследования течения жидких пленок (см. Главу 2) и ингибирующих свойств ОДА (п. 6.2) позволяют предположить, что в основном два эффекта объясняют максимальную сорбцию ОДА в диапазоне значений степени влажности пара 5%>у>1,5%. С одной стороны, как показывают экспериментальные и расчетные исследования (п. 3.3 и п. 4.4), с увеличением степени влажности пара от 1,0 % до 3% резко возрастает активность процессов массопереноса (т.е. доставки) к границе раздела жидкая пленка - оксидная пленка - оксидный слой (металл), с другой стороны, при значениях у>3-4% происходит замедление роста коэффициента массопереноса и одновременное уменьшение концентрации ОДА в жидкой пленке за счет ее разбавления. В этих опытах формирование дисперсной влаги осуществлялось искусственным методом посредством блока специальных форсунок.

С целью исследования адсорбционного пика при у=1-3% в условиях естественного формирования влаги при участии автора совместно с Величко Е.Н. были проведены исследования на осаждение ОДА в проточной части турбины ЭТ-12 "на ходу" [31].

Результаты этих исследований хорошо согласуются с зависимостями, полученными на статическом стенде ТФ-3. После дозирования ОДА в пар в течении 10 часов (концентрация в паре перед турбиной 10-40 мг/л и степень влажности на входе в исследуемую турбинную ступень 0,2%) на сопловых и рабочих лопатках, бандаже и диске наблюдалась удельная сорбция ОДА 15-20 мкг/см2(см. рис. 6.3.3,6).

Аналогичные опыты, проведенные при степени влажности 10%, дали значительно меньшие значения удельной сорбции 1,0-2,0 мкг/см2. При этом в обоих случаях отмечалась повышенная удельная сорбция на корпусе турбины (до 150-200 мкг/см2), что можно объяснить значительной загрязненностью поверхности металла. Диаграмма изменения значений удельной сорбции ОДА во влажном паре, сформированным естественным образом при расширении в турбинной ступени, имеет такой же характер, как в опытах на стенде ТФ-3 при искусственном форсуночном увлажнении пара. л t =20°С у=0,2% у=10% q, мкг/см2

Зона qniai 2 q, мкг/см

6,0>у>1,0)

Ст20 V

Опыт^| на ЭТ-12

Эрозионно-кор роз ионная камера металлов

Рис. 6.3,3. Экспериментальные исследования удельной сорбции ОДА в условиях двухфазного (влажный пар) и парового (перегретый нар) потоков: а) опыты на ТФ-3 при искусственном (форсуночном) формировании двухфазного потока; б) опыты на ЭТ-12 при естественном (расширение пара) образовании влажнопарового потока. А-сопловые лопатки; В рабочие лопатки; С - диафрагма; D диск.

Удельная сорбция ОДА на поверхностях профилей сопловой и рабочей решеток, полученные при степени влажности у0=0,2%, свидетельствуют о заметной роли массопереноса в процессе осаждения ОДА (см. рис. 6.3.3а). Значение сорбции ОДА возрастает в зонах интенсивного массопереноса, например, на выпуклой части профилей вблизи выхода пара из каналов решеток.

Результаты экспериментальных исследований, позволивших получить данные о зоне максимальной сорбции ОДА при движении двухфазного потока при степенях влажности пара у=1,5-4,0%, имеют важное практическое значение, поскольку легли в основу разработанной технологии защиты от стояночной коррозии турбоустановок "на ходу".

В результате промышленных экспериментов в том числе на ТЭЦ "Нови Сад" (Югославия) была определена в h-s диаграмме оптимальная зона расширения пара в турбине Т-100-130 в период консервации (см. рис 6.3.4,а), в рамках которой обеспечивается формирование устойчивого защитного слоя ОДА.

Совместно с заводом-изготовителем под руководством д.т.н., профессора Поварова О.А. и при участии автора была разработана технология защиты от коррозии, включая режим работы и изменения рабочих параметров турбины Т-100-130 в процессе консервации (см. рис. 6.3.4.,б) [3, 7, 60, 115, 116].

Результаты вышеизложенных исследований сорбции свойств ОДА в различных носителях (перегретый и влажный пар, вода) при стационарных (или малых) скоростях движения среды и динамических (двухфазный поток) условиях использованы в изобретениях, связанных с технологиями защиты энергетического оборудования от стояночной коррозии [139,140] и в многочисленных работах по их внедрению на отечественных (в том числе на Конаковской ГРЭС, Черепетской ГРЭС и др.) и зарубежных (например, ТЭЦ "Нови Сад" - Югославия) энергоблоках. Исследования и результаты внедрения этих технологий подробно представлены в [60, 115, 116].

Так, например, технология защиты от стояночной коррозии предусматривающая заливку консервантом (который представляет собой смесь конденсата с ОДА) парового пространства турбины вместе с конденсатором применялась при консервации турбоустановки мощностью 300 МВт на Конаковской ГРЭС. В 1998 году была разработана схема для проведения консервации водной эмульсией ОДА турбоустановки со вспомогательным оборудованием.

Рис. 6.3.4. Диапазоны изменения состояния пара (а) и режимных параметров (б) турбоустановки Т-100-130 в период консервации "на ходу" (первый опыт внедрения на ТЭЦ г. Нови-Сад, 1990 г.).

Часть поверхностей турбоустановки обрабатывалась водной эмульсией ОДА. Сопловые аппараты и внутренние поверхности корпусов, расположенные выше уровня эмульсии, обрабатывались паровой эмульсией ОДА. После проведения консервации через два месяца турбина была вскрыта для осмотра. Во время осмотра была произведена оценка гидрофобности поверхностей и выполнены контрольные смывы для определения удельной сорбции ОДА. На всех осматриваемых поверхностях отмечалось отсутствие признаков коррозии. Поверхности сопловых и рабочих лопаток ЦВД, ЦСД и ЦНД имели темный матовый цвет, характерный для металла, обработанного ОДА.

Все обследованные поверхности (входные и выхлопные патрубки, корпуса, сопловые и рабочие лопатки, бандажи, диски, уплотнения и ротора всех цилиндров турбины) оказались гидрофобными.

Контрольные смывы с отдельных элементов проточной части и их анализ позволили определить удельную сорбцию ОДА на этих элементах (рис. 6.3.5).

Видно, что удельная сорбция ОДА существенно выше минимального допустимого значения {q » 0,3 мкгУсм2), достаточного для формирования защитного слоя, что свидетельствует о надежной защите металла от стояночной коррозии. Максимальная удельная сорбция ОДА отмечалась на поверхности корпуса ЦВД (верхняя часть), который обрабатывался парами эмульсии ОДА, о; сс со

Рис. 6.3.5. Удельная сорбции ОДА ни рабочих лопатках турбины К-300-240 после консервации (опыт внедрения на Черепетской ГРЭС), 1997г.).

Анализ многолетних исследований [115] позволяет заключить, что применение ОДА позволяет решать не только задачи по повышению эрозионно-коррозионной стойкости металлов, но и ряд других важных проблем эксплуатации паровых турбоустановок (см, таблицу № 6.3.1).

Заключение

Повышение эрозионно-коррозионной стойкости элементов пароводяного контура является крупной научно-технической проблемой, решение которой существенно улучшает показатели надежности, безопасности, эффективности и долговечности эксплуатации электростанций. Предупреждение локальных ЭК повреждений позволяет предотвращать аварийно-опасные разрывы и разгерметизацию рабочего контура, т.е. снижать убытки, связанные с вынужденными простоями и затраты на ремонт оборудования. Уменьшение общей ЭК повышает надежность и эффективность работы парогенератора и турбины за счет минимизации образования отложений, а также снижает затраты на мероприятия по очистке рабочего тела.

Разработанные научные положения и физико-химические основы ЭК, критерии моделирования и методики эрозионно-коррозионных испытаний, установленные экспериментальные зависимости ЭК и созданная на их базе математическая модель РАМЭК-2 позволили определить научно-практические принципы и методы по контролю, управлению, прогнозированию ЭК металлов в двухфазных и многокомпонентных потоках, разработать рекомендации по увеличению срока эксплуатации проектируемого оборудования, внедрить методы эрозионно-коррозионного мониторинга и рекомендовать мероприятия по продлению эксплуатационного ресурса энергетического оборудования, работающего в двухфазных и многокомпонентных потоках.

1. Созданные под руководством и при участии автора экспериментальные стенды и установки в МЭИ, на Верхне-Мутновской ГеоЭС и Черепетской ГРЭС, на парогидротермах о. Кунашир (Курильские острова) Балаковской и Нововоронежской АЭС, других энергетических объектах позволили выполнить многолетние комплексные исследования ЭК металлов в лабораториях и натурных условиях.

2. На основе экспериментальных и теоретических исследований разработаны научные положения эрозии-коррозии как физико-химического процесса взаимодействия рабочего тела (влажного пара) с металлом.

3. Экспериментально доказано существование жидкой пленки (на поверхности обтекания) и возможность реализации механизма ЭК металлов энергетического оборудования в высокоскоростных двухфазных потоках, исследованы особенности течения жидких пленок в двухфазном пограничном слое при вибрационном воздействии и дозировании поверхностно-активного амина.

4. Разработана и экспериментально обоснована физико-химическая математическая модель ЭК металлов в двухфазных потоках, позволяющая рассчитывать интенсивность ЭК отдельных элементов влажнопарового тракта, определять пути и оптимизировать методы повышения эрозионно-коррозионной стойкости энергетического оборудования.

5. Установлено, что определяющую роль в развитии эрозии-коррозии при движении влажного пара в элементах энергетического оборудования играют процессы массопереноса в жидкой пленке, ее взаимодействие со спутным паровым потоком и локальные физико-химические параметры (pHf, эе, [Fe], [Нг], [01], [Si] и др).

6. Установлено, что с ростом температуры влажного пара интенсивность ЭК возрастает и достигает максимума в зоне 165-175 °С, что обусловлено тенденциями к росту скорости химической реакции коррозии Kcr и коэффициента массопереноса - К при высокой растворимости магнетита. Дальнейшее повышение температуры ведет к снижению ЭК вследствие уменьшения растворимости магнетита и повышения его защитных свойств.

7. Экспериментально показано, что в перегретом паре отсутствует ЭК, в зоне пограничной кривой (х * 1,0) начинает проявляться механизм ЭК и интенсифицируется с ростом степени влажности пара достигая максимума при у=100% (вода). Исследования показали, что в процессе разрушения поверхностного слоя металлов под воздействием двухфазного потока превалирует механизм эрозии-коррозии (в отдельных случаях в сочетании с каплеударной эрозией), а кавитационная эрозия не вносит существенного вклада в разрушение металла.

8. Показано, что значение pHf жидкой пленки существенно влияет на ЭК металлов. При этом с ростом pHf жидкой пленки от 8,0 до 9,5 интенсивность ЭК углеродистых сталей падает более чем на порядок, а характер этой зависимости не зависит от вида подщелачивающего амина (аммиак, гидразин и т.д.). Для полного предотвращения ЭК элементов влажнопарового тракта необходимо обеспечить значение pHf жидкой пленки более 9,5.

9. Исследования показали, что повышение эрозионно-коррозионной стойкости элементов энергетического оборудования, работающего во влажном паре, можно достичь уровня 0,01 мм/год путем использования сталей легированных Сг и Мо до и более 1,5-2,5%. Установлено, что прочностные свойства практически не влияют на эрозионно-коррозионную стойкость металлов в двухфазных потоках.

10. Разработанная методика расчета значения pHf жидкой пленки в элементах влажнопарового тракта энергоблоков с учетом исходной концентрации в питательной воде и межфазового распределения амина, температуры и степени влажности пара и построенная на ее основе диаграмма (рН1Сшр!Г/) позволяют проводить анализ ингибирующих свойств аминов в двухфазных потоках.

11. Расчетно-теоретические и экспериментальные исследования позволили установить, что рабочие поверхности паропроводов и других элементов влажнопарового тракта, подверженных ЭК в условиях эксплуатации приобретают шероховатость, соответствующую конкретным параметрам и критериям ЭК.

12. Расчетные исследования (на основе созданного программного комплекса РАМЭК-2) баланса железа в рабочем тракте (на примере турбоустановки К-10000-60/1500-2) показали, что около 90% растворенного и до 70-80% от всего железа на входе в турбину может поступать с жидкой фазой через регенеративные отборы в КПТ на доходя до БОУ.

13. Расчетные и экспериментальные исследования показали перспективность применения октадециламина (ОДА) для снижения ЭК металлов во влажном паре. Установлено, что до 50-60% от общего ингибирующего эффекта при дозировании ОДА достигается за счет увеличения рН жидкой пленки, а дополнительное снижение интенсивности ЭК на 40-50% обусловлено образованием молекулярного защитного слоя ОДА на поверхности металла, а также снижением гидравлических потерь и стабилизацией течения жидкой пленки.

14. Показано, что наибольшая эффективность ингибирования металлов во влажно-паровом тракте достигается при использовании морфолина, гидразина и октадециламина и в меньшей степени за счет аммиака, пиперидина и циклогексиламина (при заданном значении pHlJ° питательной воды равное 6,5 и прочих равных условиях).

15. Разработанные рекомендации по выбору металлов при изготовлении турбин, сепараторов и другого оборудования Верхне-Мутновской ГеоЭС и Мутновской ГеоЭС, позволили обеспечить их эрозионно-коррозионную стойкость в условиях многокомпонентного геотермального теплоносителя.

16 . Получены данные о сорбционных и ингибирующих свойствах ОДА в двухфазных потоках, на основе которых разработана и внедрена в России и за рубежом (в том числе на Конаковской ГРЭС, Черепетской ГРЭС, ТЭС "Сенте" (Сербия), Верхне-Мутновской ГеоЭС, Мутновской ГеоЭС и других электростанциях) технология защиты от коррозии элементов паровых турбоустановок с использованием ОДА,

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Томаров, Григорий Валентинович, 2003 год

1. А.с. 6205. Геотермальная электростанция с комбинированным циклом / О.В. Бритвин, О.А. Поваров, Е.Ф. Клочков и др. // 1996.

2. А.с. 5621. Геотермальная энергетическая установка / О.А. Поваров, А.И. Никольский, Ю.П. Алексеев и др. // 1996.

3. А.с. 7409. Тепловая электростанция / О.А. Поваров, О.В. Бритвин, И.Г. Межиковский и др. // 1997.

4. А.с. 7410. Тепловая электростанция / О.А. Поваров, О.В. Бритвин, А.П. Берсенев и др.// 1997.

5. А.с. 8362. Тепловая электростанция / О.А. Поваров, О.В. Бритвин, А.П. Берсенев // 1998.

6. А.с. 7448. Геотермальная электростанция / О. А. Поваров, В.Н. Семенов, Г.В. Томаров // 1997.

7. А.с. 018013. Энергоблок тепловой электростанции / О.А. Поваров, Ю.П. Алексеев, О.В. Бритвин и др. № 97117047/20 // 1998.

8. Агапов Ю.Е., ДеркачА.И., Томаров Г.В. Экспериментальный стенд высокого давления для исследования течения двухфазных потоков // V городская конф. молодых ученых и специалистов: Тез. докл. М., 1983. - С. 41.

9. Агапов Ю.Е., Томаров Г.В. Экспериментальный стенд для исследований течений влажного пара до 4,0 МПа // М.: НИИЭипформэнергомаш, 1983. Сер.: Энергетическое машиностроение. - 16 с.

10. Акользин А.П. Контроль коррозии. М.: Энегоатомиздат, 1994. — 240 с.

11. Акользин А.П. Противокоррозионная защита стали пленкообразовантелями. М.: Металлургия, 1989. - 192 с.

12. Акользин П.А. Коррозия и защита металла теплоэнергетического оборудования. — М.: Энергоиздат, 1982. 304 с.

13. Акользин П.А. Проблема коррозии и защиты металла энергооборудования ТЭС // Теплоэнергетика. 1981. - № 8. - С. 31-34.

14. Акользин П.А., Деева З.В., Дробот Г.К. Регулирование состава питательной воды блока 300 МВт с помощью пиперидина // Теплоэнергетика. 1971. - № 2. - С. 6669.

15. Акользин П.А., Королев Н.А. Применение пленкообразующих аминов для защиты от коррозии теплового оборудования. М.: БТИ ОРГРЭС, 1961. - 195 с.

16. Активные и пассивные методы повышения эрозионно-коррозионной стойкости элементов паровых турбоустановок / О.А. Поваров, Г.В. Томаров, А.Ф. Гонтаренко,

17. B.Н. Дмитриев // Технология энергоносителей: Сб. науч. тр. М.: 1989. - №2081. C. 25-34.

18. Алейников Г.И., Липатов Н.Н. Исследование эффективности очистки воды от продуктов коррозии методом центрифугирования // Энергомашиностроение. -1960.-№10.-С. 10-13.

19. Ананьев Е.П., Кружилин Г.Н. Физические основы нейтрально-кислородного водного режима // Атомная энергия. 1980. - Т. 49, вып. 1. - С. 7-11.

20. Антиньев В.Н., Фишер В.А. Гидравличские сопротивления расслоенных газожидостных потоков // Изв. АН СССР. 1981. - № 5. - С. 160-165.

21. Аэродинамические и вибрационные исследования отсека низкого давления турбины с отборами пара / Т.М. Зильбер, Ю.Ф. Косяк, В.Н. Галацан и др. // Теплоэнергетика. 1987. - № 8. - С. 14-18.

22. Бакиров М.Б. Разработка и применение методов и средств контроля состояния материалов на АЭС: Автореф. дис. д-ра техн. наук. М., 2002. - с. 67.22,23,24,25,26,27,28,2930,31,32,33,34,35,36,37,38,39,

23. Белянин B.C., Григорьева Т.В., Иванникова Н.А. Константы и коэффициенты распределения компонентов водного теплоносителя АЭС при температурах 25-325 °С // Теплоэнергетика. 1991. - № 11. - С. 61-65.

24. Бесфамильный П.В., Циклаури Г.В. Исследование трения при горизонтальном течении жидкой пленки в спутном газовом потоке // Теплофизика высоких температур. 1986. - Т. 24, №6. - С. 1143-1148.

25. Богачев А.Ф. Анализ данных повреждаемости подогревателей высокого давления блоков с.к.д. водяной стороны // Теплоэнергетика. 1991. — № 7. — С. 14-18. Бояджиев X., Бешков В. Массоперенос в движущихся пленках жидкости. - М.: Мир, 1988.- 122 с.

26. Буевич Ю.А., Липкииа Э.Х. О разрыве тонких жидких пленок // Коллоидный журнал. 1978. - Т. XL, № 2. - С. 201-206.

27. Буке Д., Вайсе Ф. Обработка поверхности и надежность материалов. М.: Мир, 1984.-192 с.

28. Бураков В.Н. Тепломассоперенос при взаимодействии двухфазных потоков с материалами. Томск, 1999. - 280 с.

29. Василенко Г.В., Сутоцкий Г.П., Евтушенко В.М. Влияние водного режима на эрозионно-коррозионный износ лопаток турбин // Энергомашиностроение. — 1981.- № 8. С. 10-12.

30. Васильков А.П., Мурзинов И.Н. Двухфазное течение Куэтта // Механика жидкости и газа. 1976. - № з. - С. 42-46.

31. Величко Е.В. Исследование антикоррозионных свойств ОДА и разработка метода защиты турбоустановок от стояночной коррозии: Автореф. дис. канд. техн. наук.- М., 1991.-18 с.

32. Влияние поверхностно-активного вещества ОДА на щелевую эрозию металла / О.А. Поваров, Е.Г. Васильченко, Б.Я. Ивницкий и др. // Теплоэнергетика. 1982. -№ 11.-С. 48-49.