Обобщение опыта защиты от атмосферной коррозии электрооборудования АЭС и ТЭС путем его консервации по ОDАСОN-технологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обобщение опыта защиты от атмосферной коррозии электрооборудования АЭС и ТЭС путем его консервации по ОDАСОN- технологии

Кукушкин А.Н., ОАО «ВНИИАМ»;

Омельчук В.В., Кольская АЭС;

Чемпик Э., REICON GmbH, Германия;

Генчева С., ТЕЦ «Варна», Болгария;

Захариев Х. , «ХЗ-Консулт», Болгария

Актуальной для электроэнергетики остается проблема борьбы с коррозией внутренних поверхностей оборудования и трубопроводов пароводяного тракта атомных и тепловых электрических станций, происходящей как под воздействием рабочей среды в условиях эксплуатации, так и во время простоя оборудования под воздействием атмосферных условий.

Стояночная атмосферная коррозия протекает при наличии влаги, кислорода, углекислоты и других коррозионно-агрессивных веществ. Ущерб, связанный с атмосферной коррозией, представляет наибольшую опасность для энергетического оборудования и трубопроводов из-за образования местных повреждений металла: язв, трещин на поверхностях, испытывающих максимальные нагрузки. Средняя весовая скорость атмосферной коррозии аустенитной стали во влажной среде и при свободном доступе кислорода к поверхности конструкций оборудования составляет примерно 0,05 (г/м2·ч) при нормативе для энергетического оборудования электростанций ~0,03 г/(м2·ч), что соответствует уменьшению толщины металла в среднем на ~0,057 мм/год.

Одним из перспективных методов борьбы с атмосферной коррозией, нашедшим широкое применение в различных отраслях промышленности, является метод, связанный с применением контактных ингибиторов. Наиболее эффективными ингибиторами являются пленкообразующие амины, в частности октадециламин ODA - С18Н37NН2, коррозионно- защитное действие которых основано на создании на поверхности металла оборудования устойчивого адсорбционного слоя молекул ODA, предохраняющего его от воздействия кислорода, углекислого газа и других агрессивных веществ [1,2,3,4].

Технология консервации, основанная на использовании ODA, длительное время разрабатывалась ведущими научными коллективами России (МЭИ, ФГУП «ВНИИАМ», ОАО «НПО ЦКТИ», ГНЦ «ЦНИИТМАШ») и Германии (фирма «REICON», Институт энергетики - Центр по рациональному использованию энергии, Институт изотопов, Институт материаловедения) в рамках межгосударственной научно-технической программы [1]. Проделанная авторским коллективом специалистов России работа отмечена Премией Совета Министров СССР и Премией Правительства России.

Предлагаемый метод консервации энергетического оборудования характеризуется:

? надежной защитой внутренних поверхностей конструкционных материалов от протекания стояночной коррозии (коэффициент защиты достигает 70-90 %) в течение длительного промежутка времени (не менее 5-6 лет);

? возможностью проведения поузловой консервации оборудования энергетических блоков (котел, турбина, паропроводы, трубопроводы конденсатно-питательного тракта) или энергоблока в целом;

? сохранением коррозионно-защитного эффекта контактной поверхности при вскрытии оборудования, его опорожнении и под слоем воды;

? обеспечением частичного удаления отложений и продуктов коррозии с защищаемых поверхностей;

? отсутствием необходимости в специальной подготовке оборудования к пусковым операциям;

? осуществлением консервации оборудования энергетических блоков без существенных временных и трудозатрат, а также расходов тепла и воды;

? экологической безопасностью применяемого реагента.

коррозия электростанция оборудование консервация

Консервации оборудования атомных электрических станций

Наиболее длительная консервация энергетического оборудования с использованием ODA-технологии была проведена на Армянской АЭС, где период простоя после экстренного останова энергоблока № 2 в связи с землетрясением составил более 5 лет, и четырех энергоблоков АЭС «Норд» (Германия), период простоя которых составляет уже более 20 лет.

Энергоблок № 2 Армянской АЭС после положительного заключения международной экспертизы был запущен в эксплуатацию и выведен на номинальную мощность в кратчайший срок [2].

Анализ состояния поверхности оборудования второго контура четырех энергоблоков АЭС «Норд» через 20 лет после вывода из эксплуатации свидетельствует о высоких (на уровне 70-80 %) коррозионно-защитных свойствах адсорбционной пленки ODA. В качестве примера на рис. 1 представлены фотографии поверхности трубопровода питательной воды энергоблока № 2 АЭС «Hopд» через 20 лет после закрытия АЭС (перед закрытием была проведена консервация оборудования и трубопроводов второго контура с использованием ОDА-технологии).

Консервация оборудования энергетических блоков по ОDА- технологии проводилась также на Кольской, Балаковской, Нововоронежской АЭС (Россия), АЭС «Пакш» (Венгрия), АЭС «Козлодуй» (Болгария), Запорожской АЭС (Украина).__

Рис. 1. Состояние поверхности трубопровода питательной воды энергоблока №2 АЭС «Норд»: а - ярко выраженная гидрофобность поверхности; б - полностью отсутствуют следы стояночной коррозии

Уместно отметить, что ОDА-технология чувствительна к качеству при меняемого реагента.

В качестве реагента должен использоваться материал высокой степени очистки. Осуществить проверку качества реагента возможно только силами специализированных организаций, обладающих современными средствами оценки качества поставляемого материала.

Ошибка в выборе реагента и отсутствие входного контроля его качества привели, в частности, к негативным результатам при проведении консервации оборудования 2-го контура энергоблока № 1 Кольской АЭС и приостановке работ в данном направлении до устранения выявленных недостатков.

Фундаментальные исследования, проведенные специалистами России и Германии (ФГУП «ВНИИАМ», Кольская АЭС, Россия; фирма «REICON», «LEIMOS Wasserchemie GmbH», Германия) позволили усовершенствовать ранее разработанные технологии повышения надежности, экономичности и ресурса энергетического оборудования на основе использования пленкообразующих аминов (ОDА).

В первую очередь это относится к разработке и внедрению технологии получения высококачественного технического реагента ODACON (ОDА кондиционный) высокой степени очистки, содержание первичных аминов в котором составляет не менее 99,90 % при минимальном количестве примесей (йодное число - менее 0,5).

Свидетельством высокого качества технического реагента ODACON является практически полное совпадение его характеристик с суперчистым аналитическим ОDА, что зафиксировано результатами инфракрасной спектроскопии (рис. 2), выполненной доктором Монике Аккерман (Университет г. Лейпциг, Германия).

Рис. 2. Результаты инфракрасной спектроскопии 1 - технический реагент ODACON; 2 - аналитический реагент ODA

Значительным научно-техническим достижением является разработка технологий и промышленное внедрение установок по производству устойчивых водных эмульсий ODACON (при этом дозирование реагента осуществляется при комнатной температуре) и приборов контроля его концентрации, что предельно упрощает процесс дозирования и расширяет области применения ODACON-технологий.

Консервация энергетического оборудования тепловых электрических станций

В качестве примера использования усовершенствованной ОDАСОN-технологии рассмотрим результаты консервации пароводяного контура энергоблока № 3 ТЭС «Варна» (Болгария). Эти данные представляют несомненный интерес, поскольку результаты работы были подвергнуты анализу несколькими независимыми экспертными организациями Болгарии.

На ТЭС установлены шесть энергоблоков мощностью по 210 МВт.Каждый из энергоблоков включает котел ТП-100А и паровую турбину К-210/12,8-1 (оборудование российского производства). Энергоблоки эксплуатируются в условиях гидразинно-аммиачного водно-химического режима. При этом аммиак дозируется в конденсат после конденсатного насоса и перед подогревателем низкого давления ПНД-1; гидразин подается на всас питательных электронасосов. В барабан котла дозируется тринатрийфосфат. Блочная обессоливающая установка (БОУ) энергоблока № 3 включает в себя механический фильтр (загружен катионитом), катионитный и анионитный фильтры. При номинальной нагрузке энергоблока БОУ очищает 30 % конденсата. Конденсатор охлаждается морской водой. Удельная загрязненность внутренних поверхностей нагрева котла перед его консервацией находилась в пределах от 70 до 400 г/м2.

Непосредственно перед началом консервации в деаэраторе были установлены образцы-свидетели (сталь 20). Поверхность образцов- свидетелей была подвергнута шлифовке.

Дозирующая система, используемая для консервации, состояла из армированного полиэтиленового бака емкостью 1 м3, содержащего 10 %-й раствор эмульсии ODACON, и насоса-дозатора. Насос-дозатор имел плавную регулировку по производительности подачи приготовленной эмульсии до уровня 30 л/ч, давление на напорной линии до 3,0 МПа. Ввод ODACON в контур осуществлялся в общий всасывающий коллектор питательных электронасосов.

Перед началом консервации энергоблока была прекращена подача гидразина, аммиака и фосфатов в тракт котла, БОУ была выведена из работы с целью исключения потери ODACON за счет его адсорбции на катионите и анионите. Дозирование ODACON продолжалось примерно 100 ч. Необходимая концентрация реагента в контуре на каждом этапе консервации достигалась регулированием производительности насоса-дозатора.

Весь период консервации энергоблок работал стабильно:

электрическая мощность составляла 210 МВт, давление пара перед ЦВД турбины составляло 12,8 МПа, температура пара перед ЦВД турбины составляла 535-540оС.

Поскольку дозирование ODACON осуществлялось во всасывающий коллектор питательных электронасосов ПЭН № 1-3, максимальная концентрация реагента на различных этапах консервации составляла в питательной воде 300-2200 мкг/кг. В котловой воде концентрация ODACON составляла 200-500 мкг/кг (чистый отсек барабана) и 100-250 мкг/кг (правый и левый солевые отсеки). В турбинном конденсате концентрация ODACON составляла ~200 мкг/кг.

В начальный период консервации (в течение первых 40 ч) в котловой воде отмечалось повышение содержания железа и меди (железа - до 100 мкг/кг в чистом отсеке и до 600 мкг/кг в солевых отсеках, меди - до 200 мкг/кг), что связано с отмывочным эффектом поверхностей нагрева от рыхлых отложений. В этот же период в чистом отсеке было отмечено некоторое увеличение концентрации кремниевой кислоты. Весь остальной период консервации концентрация кремниевой кислоты по солевым отсекам находилась на одном уровне и составляла 400-450 мкг/кг. В насыщенном паре, вследствие высокой летучести ODACON, его концентрация составляла 800-1800 мкг/кг. При этом произошло некоторое увеличение рН (в среднем на 0,5) и электропроводимости.

Увеличение концентрации железа и меди в насыщенном паре совпало по времени с ростом концентрации железа и меди в котловой воде.

В турбинном конденсате в период проведения консервации отмечался значительный рост электропроводимости (до 7,0-8,0 мкСм/см). При этом рН турбинного конденсата практически не изменялось и находилось в пределах 8,0-8,5. Содержание железа в турбинном конденсате также увеличил ось в начальный период дозирования.

Перед отключением питательных насосов дозирование ODACON было прекращено, котел был переведен в режим естественного расхолаживания. Отключение турбоустановки было произведено ранее. После расхолаживания котел и оборудование конденсатно-питательного тракта были опорожнены.

При консервации энергетического оборудования энергоблока № 3 ТЭС «Варна» общий расход 10%-й водной эмульсии ODACON составил 977 л.

Непосредственно после завершения консервации был проведен визуальный осмотр следующего оборудования энергоблока: деаэраторы 3А и 3Б, дренажный бак, конденсатор № 2 по паровой части. Осмотр оборудования после консервации показал, что внутренние поверхности деаэратора, конденсатора и выхлопного патрубка ЦНД турбины гидрофобны. Следы коррозионного повреждения их поверхностей не были обнаружены.

Были произведены вырезки образцов труб из котла и конденсатора для определения удельной сорбции ODACON и проведения электрохимических исследований.

Результаты определения удельной сорбции ODACON на поверхности вырезанных после консервации образцов: Место вырезки образца Удельная сорбция ODACON, мкг/см2

Труба заднего экрана 1,480

Труба водяного экономайзера 5,714

Труба водяного экономайзера 1,515

Труба пароперегревателя 1,700

Труба конденсатора 0,664

Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что удельная сорбция на исследованных образцах превышает минимально необходимую величину (0,3 мкг/см2). При этом обеспечивается коррозионная защита поверхности металла в стояночном режиме на уровне 70-90 %.

Эффективность защитного действия ODACON также можно оценить посредством электрохимических измерений. Указанные опыты проводились фирмой «ХЗ-Консулт» (София, Болгария), выполнявшей функцию независимого эксперта.

Данные для образцов, установленных в деаэраторе, представлены в табл. 1, а результаты коррозионных испытаний для образцов труб, вырезанных из котла и конденсатора до и после консервации, - в табл. 2.

Таблица 1. Результаты хронопотенциометрических и потенциодинамических исследований образцов-свидетелей, установленных в деаэраторе до и после консервации оборудования блока № 3 ТЭС «Варна»

В табл. 1-2 представлены значения статического потенциала Ест, плотности тока iкор, расчетной скорости коррозии К, коэффициента защитного действия консервации оборудования Z. Скорость коррозии вычислялась по формуле:

К = iA / Fn,

где i - плотность тока, А/см2; А - атомный вес металла, г; F - число

Фарадея; n - валентность катиона.

Коэффициент Z вычислялся по формуле:

Z = (Kбез кон - Kкон) / Kбез кон ,

где Кбез кон и Ккон - соответственно скорость коррозии образцов, не подверженных консервации и прошедших консервацию.

Приведенные результаты свидетельствуют о том, что обработанные по ODACON-технологии поверхности оборудования имеют большое значение стационарного потенциала, что свидетельствует об облагораживании этих поверхностей. Достигнутые значения коэффициентов защитного действия оказались высокими.

Анализ образцов труб котла, вырезанных из различных его участков до и после консервации, позволил сделать заключение о частичной отмывке поверхностей труб от отложений (табл. 3). Приведенные результаты по консервации оборудования блока № 3 ТЭС «Варна» свидетельствуют о высокой эффективности применения ОDАСОN- технологии, удобстве ее реализации.

Работы [3, 4] обобщили положительный опыт применения технологии консервации теплоэнергетического оборудования с использованием ODACON на атомных и тепловых электростанциях России.

В указанных работах особо подчеркнуто, что использование несертифицированного реагента и упрощенных способов его ввода в пароводяной контур энергетических блоков атомных и тепловых электростанций, а также проведение работ организациями, не имеющими соответствующего опыта работ в указанной области, абсолютно недопустимо.

Заключение

Анализ проведенных в течение 15-ти лет работ по защите от атмосферной коррозии внутренних поверхностей энергетического оборудования и трубопроводов пароводяного тракта энергоблоков АЭС и ТЭС в период остановов подтверждает высокую эффективность и перспективы применения ODA (ОDАСОN)-технологии. В 2010 г. консервация энергетического оборудования АЭС и ТЭС по ODA-технологии составила 18,5 % общего объема консерваций.

Литература

1. Консервация теплоэнергетического оборудования с использованием реагентов на основе пленкообразующих аминов / Г.А. Филиппов, А.Н. Кукушкин, Г.А. Салтанов и др. «Теплоэнергетика», 1999, № 9.

2. Опыт ввода в эксплуатацию после консервации оборудования и трубопроводов второго контура блока Армянской АЭС / Г.А. Филиппов, А.Н. Кукушкин, Г.А. Салтанов и др. «Тяжелое машиностроение», 1997, № 8.

3. Методические указания по консервации теплоэнергетического оборудования с применением пленкообразующих аминов. Дополнение к РД 34.20.591-97. М.: 000 «Планти-ПРИНТ», 1998.

4. Типовой технологический регламент РД ЭО 0408-02 «Консервация оборудования и трубопроводов вторых контуров АЭС с ВВЭР с использованием пленкообразующих аминов». М.: ООО «Телер», 2002.

Размещено на Allbest.ru