Коррозия металлов в котельных установках

В судовых силовых установках в качестве материалов используются как сплавы на основе железа, так и не содержащие железо. Все эти металлы при контакте с водой медленно корродируют, если вода не подвергается надлежащей обработке. Высокая температура и давление увеличивают скорость коррозии. Целью любой комплексной программы обработки воды является защита от коррозии всего оборудования котельной установки (до котла, самого котла и после котла) как во время работы, так и выведенного из эксплуатации.

ХАРАКТЕРИСТИКИ И ТИПЫ КОРРОЗИИ

Коррозия определяется как разрушение металла или сплава, или ухудшение его характеристик, вызванное взаимодействием с окружающей средой. Ниже приводятся характеристики повреждений, вызываемых коррозией:

  • Питтинг – отдельные местные разрушения металла, характеризующиеся образованием круглых глубоких раковин на его поверхности. Питтинг считается одной из самых серьезных форм коррозии и часто рассматривается совместно с кислородной коррозией.
  • Общая коррозия – утонение или потеря металла, при котором толщина металла заметно уменьшается на значительной площади поверхности.
  • Подшламовая коррозия – быстро протекающая коррозия, которая имеет место под слоем накипи или шлама. Быстрое протекание подшламовой коррозии объясняется чрезвычайно высокой концентрацией щелочи под слоем накипи или шлама.
  • Щелочное растрескивание – местная форма коррозии или физического разрушения, при которой происходит изменение фактуры металла, заключающиеся в образовании трещин на границах зерен.
  • Охрупчивание – изменение в результате коррозии физических свойств металла, его кристаллической и межкристаллической структуры, вызывающие потерю металлом его прочностных свойств, в результате чего он становится хрупким.
  • Избирательная коррозия – вымывание из сплава одного из металлов.

РЕАКЦИИ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ КОРРОЗИЮ И МЕРЫ, НАПРАВЛЕННЫЕ НА ЕЕ ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ

Коррозия представляет собой результат химического или электролитического воздействия воды или воздуха на металл. На скорость коррозии оказывают влияние примеси различных веществ, содержащиеся в металле и воде. Обработанные должным образом чистые вода и металл уменьшают скорость коррозии. Если вода не обработана должным образом, в ней коррозируют все металлы.

В котельных установках причиной коррозии чаще всего являются растворенные газы, неправильный уровень рН, ионы хлора, и механические причины. Ниже рассмотрены основные химические реакции коррозии.

ГАЗОВАЯ КОРРОЗИЯ

В программах водообработки в первую очередь принимаются во внимание три газа:

  1. кислород,
  2. двуокись углерода,
  3. аммиак.

Кислород является одним из наиболее нежелательных газов, которые поступают в систему (до котла, непосредственно в котел и после котла). Кислород растворяется в воде и вызывает коррозию, протекающую с высокой скоростью. Скорость кислородной коррозии зависит от концентрации растворенного кислорода, величины рН, и температуры воды.

Кислород вступает в реакцию с железом на поверхности металла с образованием окисла железа красного цвета (Fe3O4). В связи с тем, что этот окисел (ржавчина) является рыхлым и не защищает поверхность металла, процесс коррозии продолжается. Если не будут приняты защитные меры, то в конечном итоге вся металлическая конструкция будет преобразована в окисел.

Часто коррозия носит локальный характер, выражающийся в питтинге. До тех пор, пока поверхность металла не будет тщательно очищена химическим или механическим способом, реакция коррозии будет протекать под слоем рыхлого окисла и может носить проникающий характер.

Двуокись углерода: большая часть двуокиси углерода в водяных системах судовых энергетических установок образуется в испарителях. При нагревании морской воды растворенные в ней карбонаты (СО3) и бикарбонаты (НСО3) разлагаются с образованием двуокиси углерода (СО2).

Углекислый газ вместе с паром выходит из испарительной части и растворяется в дистиллате. Углекислый газ вступает в реакцию с водой с образованием угольной кислоты, которая уменьшает рН воды, ускоряет процессы общей коррозии в питательной воде и в конечном итоге во всей системе пар-конденсат.

Угольная кислота (Н2СО3) – это слабая кислота, которая вступает во взаимодействие со сталью в питательной и конденсатной системах с образованием бикарбоната железа (Fe(HCO3)2). Бикарбонат железа представляет собой хорошо растворимое вещество, не обладающее защитными или пассивирующими свойствами.

Угольная кислота вызывает общую коррозию, для которой характерны образование продольных канавок в нижней части труб, общее утонение труб и, в частности потери металла в напряженных частях, таких как изгибы труб и участках, имеющих резьбу.

Аммиак: в присутствии кислорода аммиак вступает во взаимодействие с металлами на основе меди. К коррозии приводит только совместное действие этих газов. Коррозионная активность аммиака может быть минимизирована исключением содержания кислорода в воде.

Аммиак образуется в результате декомпозиции органических веществ, а также в результате разложения избыточного гидразина.

Механическое удаление газов: воздух, растворенный в добавочной воде, протечки из других систем и продукты разложения других веществ вносят в систему кислород, углекислый газ и аммиак.

Воздух может поступать в систему через любое отверстие, с подводом добавочного питания, теплый ящик, и компоненты системы, находящиеся под вакуумом, такие как уплотнения турбин и конденсаторы. Для решения этой проблемы судовые паровые системы оборудуются эжекторами для удаления воздуха, теплыми ящиками, и иногда деаэрирующми подогревателями. Для предотвращения поступления в систему большого количества неконденсирующихся газов очень важно эффективно использовать это оборудование.

Ниже приводится перечень основных позиций, которые необходимо контролировать при работе установки, чтобы уменьшить поступление в систему вызывающих коррозию газов – кислорода (О2) и углекислого газа (СО2):

  • проверьте все точки возможного поступления воздуха в части установки, предназначенные для конденсации и находящиеся под вакуумом (то есть поврежденные фланцы, прокладки, сальниковые уплотнения клапанов, открытые дренажные клапаны на линиях возврата конденсата, недостаточное давление пара в системе укупорки, неудовлетворительная работа конденсато-отводчиков и так далее);
  • проверьте температуру воды в танках, работающих при атмосферном давлении. В связи с тем, что О2 и СО2 в газообразном виде хорошо растворяются в холодной воде, воду в танках под атмосферном давлении следует подогреть до максимально высокой температуры, возможной без опасности образования паровых пробок во всасывающих линиях насосов.

Примечание: на теплоходах, где не предусматривается деаэрирующее оборудование, температуру воды в теплом ящике следует поддерживать максимально высокой (90°) в соответствии с рекомендациями изготовителя котла, чтобы удалить максимальное количество растворенного кислорода. Закрытые танки должны быть снабжены воздушными трубами для удаления газов. Во многих системах питательные насосы работают непрерывно с рециркуляцией излишней питательной воды в питательный танк. В связи с тем, что возвращаемая вода просто сбрасывается в танк, любые летучие вещества, которые добавляются к питательной воде до рециркуляции, могут быть выведены из системы.

Чтобы уменьшить эти потери препараты часто вводят с помощью дозирующего насоса непосредственно в трубопровод подвода питательной воды в котел:

  • избегайте подвода дренажей с высокой концентрацией кислорода в танки или любые другие точки, откуда они могут быть использованы в качестве добавочной воды;
  • проверьте работу деаэрирующего подогревателя. Один термометр должен быть установлен в паровом пространстве, а другой – в водяном пространстве деаэратора. При правильной работе установки значения температур в водяном и паровом пространствах должны отличаться не более, чем на один или два градуса С. Если это условие не выполняется, произведите поверку термометров и при необходимости замените их. Если и после проверки разность температур сохранится, установка при первой возможности должна быть вскрыта и осмотрена для установления причины. (См. “Таблицу давление/температура для проверки деаэратора”).
  • обеспечьте удаление газов из деаэрирующего подогревателя в атмосферу.

    Газоотводная труба должна быть открыта. Если в ней установлена дроссельная шайба, ее сечение должно быть достаточно для удаления неконденсирующихся газов. Если газоотводная труба подводится к вытяжному вентилятору системы укупорки, то вентилятор должен работать постоянно, как во время стоянки судна, так и на ходу. В случае неисправности вентилятора, на деаэраторе должно быть открыто вспомогательное газоотводное устройство в атмосферу до тех пор, пока вентилятор снова не будет введен в работу;

  • проверьте, что распыливающие сопла в деаэраторе не забиты, не изношены и не сломаны, что пружины исправны. Плохой распыл приводит к плохой деаэрации независимо от температуры.
  • при вводе в систему добавочной воды:
    1. Вводите добавочную воду как можно медленнее. При слишком быстром вводе добавочной воды деаэратор может быть перегружен, что приведет к невозможности минимизации концентрации О2 и СО2.
    2. Более высокая температура в танке добавочной питательной воды, уменьшает содержание О2 и СО2.

Для максимальной защиты от остаточного содержания О2 и СО2 используйте средства химической обработки воды. В то время, как механическая деаэрация питательной воды является основным средством уменьшения концентрации растворенных кислорода и других газов, вызывающих коррозию, таких как аммиак и двуокись углерода, необходима химическая обработка воды.