Консервация и защита теплоэнергетического оборудования от внутренней коррозии без деаэрации воды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Консервация и защита теплоэнергетического оборудования от внутренней коррозии без деаэрации воды

К.т.н. С.А. Потапов, директор, ООО «ИТЦ ОРГХИМ», г. Казань

А.Ю. Ежов, директор, МУП «Теплосервис», г. Семенов Нижегородской обл.

В.А. Наумов, главный инженер, ОАО «Бугульминское ПТС», г. Бугульма

А.М. Меламед, главный инженер, ОАО «Зеленодольское ПТС», г. Зеленодольск

Согласно Правилам технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ (ПТЭ) при выводе оборудования в резерв или ремонт должны быть приняты меры по его консервации. Надежная защита от стояночной коррозии обеспечивает сохранность оборудования, сокращает затраты на ремонт и восстановление, поддержание технико-экономических показателей работы оборудования и сокращение издержек производства, поэтому вопрос надежной консервации в отопительных котельных приобретает особую актуальность.

Для защиты конструкционных металлов оборудования от коррозии в мировой практике разработаны различные методы (технологии), а выбор их зависит от сроков простоя (от нескольких дней до года и более) и вида останова (в резерв, в ремонт).

Как показывает анализ данных по консервации теплоэнергетического оборудования, в основном получили распространение технологии, основанные на: образовании защитной пленки на поверхности металла с использованием реагентов (гидразина, аммиака, трилона Б, силиката натрия и др.); в значительно меньшей степени - пленкообразующих аминов; и в единичных случаях -контактных и летучих ингибиторов;

создании внутри пароводяного тракта среды, коррозионная способность которой к металлу ничтожна (использование азота, подогретого или осушенного воздуха, сохранение протока рабочей среды, сухой останов); сочетании защитных эффектов, при совместном использовании указанных технологий.

Однако все способы характеризуются наличием тех или иных существенных недостатков, которые в значительной мере ограничивают их широкое применение. Указанные технологии консервации (за исключением консервации пленкообразующими аминами и контактными ингибиторами) не эффективны при длительных простоях, т.к. рассчитаны на ограниченный срок простоя агрегата (до 3-4-х месяцев), поэтому требуется дополнительная переконсервация теплоэнергетического оборудования и связанные с этим дополнительный перерасход реагентов и трудозатрат. Токсичность (за исключением силиката натрия) применяемых реагентов и необходимость предварительной очистки защищаемых поверхностей от отложений и продуктов коррозии требуют проведения специальных мероприятий по обеспечению экологической безопасности.

В этой связи становится актуальным поиск и внедрение перспективных методов и средств консервации теплотехнического оборудования. Основным отличием отопительных котельных является чередование режимов работы и длительного холодного простоя в течение 5-6 месяцев. С учетом специфических особенностей работы предприятий теплоэнергетики (изношенность оборудования, ограниченность средств и т.д.) метод консервации должен отвечать следующим требованиям: удовлетворять действующим нормативным документам; быть экономически доступным; обеспечивать надежную защиту оборудования в течение 5-6 месяцев; разрушать имеющиеся отложения; должен быть экологически безопасным при расконсервации оборудования.

В 1994 г. на основе цинкового комплекса ОЭДФ и синергетических добавок неорганических и органических веществ был создан ингибитор накипеобразования и коррозии «Композиция ККФ» (далее композиция), предназначенный для систем холодного, горячего и оборотного водоснабжения, открытых и закрытых систем тепло- и пароснабжения. Применение композиции для стабилизации жесткой недеаэрированной подпиточной и сетевой воды систем теплоснабжения согласовано РАО «ЕЭС России» (№ 02-3к/07-763 от 27.06.03 г.).

Композиция является ингибитором коррозии смешанного действия, т.е. одновременно тормозит анодную и катодную реакции за счет адсорбции и комплексообразования в поверхностном слое, формируя на поверхности металла защитную цинк-железофосфонатную пленку сложного химического состава полимолекулярной толщины. Цвет защитной пленки в зависимости от конкретных условий работы системы теплоснабжения меняется от светло-кирпичного до черного с матовым или стальным отливом.

Исследования эффективности ингибирования коррозии композицией в действующих системах теплоснабжения, подпитываемых недеаэрированной водой, проводятся с 1999 г. Контроль коррозионного процесса осуществлялся в соответствии с РД 153-34.1-17.465-00 гравиметрическим методом по потере массы контрольных образцов (индикаторов). Результаты исследований коррозионных процессов в различных системах теплоснабжения и ГВС представлены на рис. 1 и 2.

Как следует из рисунков, во всех системах теплоснабжения, несмотря на их существенные отличия, по величине скорости коррозии выделяются три характерных участка: до теплогенератора, после теплогенератора и обратный сетевой трубопровод до точки врезки подпиточной воды. Минимальная скорость коррозии получена для участка с максимальной температурой нагрева воды, т.е. после теплогенератора. Максимальная скорость коррозии наблюдается в обратном сетевом трубопроводе, а участок с максимальной концентрацией реагента, т.е. до теплогенератора, по значению скорости коррозии занимает промежуточное положение.

Необходимо отметить, что у композиции механизм ингибирования коррозии в артезианской и речной воде имеет существенные отличия.

В артезианской воде процесс формирования защитной пленки на очищенной до чистого металла поверхности контрольных образцов завершается в основном через 1000-1500 ч от начала испытания, дальнейшее снижение скорости коррозии и ее стабилизация происходит за счет уплотнения и упрочнения защитной пленки.

Закономерность изменения скорости коррозии образцов от времени индикации в недеаэрированной воде поверхностного источника иная. Скорость коррозии на всех участках системы отопления значительно меньше, чем в рассмотренных выше системах, но на протяжении 2160 ч имеет тенденцию не к снижению, а к росту. Причем минимальное значение скорости коррозии получено для чистой отшлифованной поверхности индикаторов (продолжительность экспозиции 720 ч), что не согласуется с общеизвестными закономерностями изменения скорости коррозии металла.

Визуальная оценка поверхности индикаторов показала, что на их поверхности образуется защитная пленка черного цвета с матовым отливом. Строение пленки во времени постепенно изменяется от мазеобразного налета до плотной, прочно сцепленной с поверхностью металла структуры. Одновременно изменяется химический состав пленки: массовое содержание цинка снижается, а фосфора увеличивается.

Анализ параллельно протекающих процессов потери массы образцов с одной стороны и формирования защитной пленки с другой позволяет предположить, что в рассматриваемых условиях на поверхности образцов протекает химическая реакция компонентов композиции с металлом и включением продуктов реакции в состав защитной пленки. При этом происходит уплотнение и упрочнение пленки, что делает ее малопроницаемой для коррозионно-активных агентов.

Это предположение подтверждается результатами, полученными в последующие отопительные сезоны, а именно: при увеличении продолжительности экспозиции образцов до 3600 ч кривая изменения скорости коррозии претерпевает излом с последующим резким снижением до 0,003 мм/год. По мере отмывки системы от имеющихся отложений за счет более интенсивного формирования защитной пленки скорость коррозии образцов еще более снижается, и при продолжительности экспозиции 4224 ч составила 0,0001 мм/год.

Для всех без исключения систем скорость коррозии на выходе из котла, т.е. в области максимальных температур нагрева значительно ниже, чем на других участках системы. Вероятно, под воздействием высоких температур, происходит ускоренное формирование защитной пленки.

Очень важно, что, несмотря на значительное отличие исследованных систем и различия в механизме формирования защитной пленки, скорость коррозии в недеаэрированной воде устанавливается на уровне, соответствующем ее практическому отсутствию, т.е. не более 0,018 мм/год. Причем низкое значение pH отрабатываемой воды и присутствие в ней агрессивных депассиваторов (сульфатов и хлоридов) не оказывают заметного влияния на эффективность ингибирования коррозии.

На рис. 3 и 4 показан внешний вид контрольных образцов после удаления защитной пленки. Характерно, что все образцы сохранили совершенно чистую поверхность без каких-либо следов язвенных поражений.

оборудование резерв коррозия теплотехнический

Гравиметрический метод считается одним из наиболее достоверных по получаемой информации, однако коррозия контрольных образцов протекает на поверхности, предварительно очищенной до чистого металла, а коррозия трубопроводов - при наличии на поверхности оксидных пленок и сформировавшихся отложений. В эксплуатационных условиях трубопровод подвергается совместному воздействию коррозионной среды и механических напряжений, разрушающих защитные оксидные пленки. По месту разрушений начинает протекать локальная коррозия. Для контроля фактического состояния трубопроводов в них вваривались контрольные участки из новой трубы. На рис. 5 показана вырезка из контрольного участка трубопровода (условия рис. 1). Внутренняя поверхность трубопровода покрыта сплошной равномерной защитной пленкой. Под слоем пленки на поверхности металла, как и в случае контрольных образцов, отсутствуют следы локальной коррозии.

Учитывая способность композиции формировать на поверхности различных металлов защитную пленку и способность эффективно разрушать все виды имеющихся в системе отложений, уместно было предположить, что она окажется эффективным ингибитором стояночной коррозии.

Испытание композиции в качестве ингибитора стояночной коррозии проводилось в межотопительный период 2006 г. с мая по сентябрь на котлах ДКВР-10, переведенных на водогрейный режим, и ПТВМ-30 (ОАО «Бугульминское ПТС»), а также на котлах ТВГ-8 (ОАО «Зеленодольское ПТС»).

В связи с тем, что котлы выводились в резерв на срок свыше 5 месяцев, для консервации было разработано специальное техническое решение с учетом конкретных условий (тип котла, имеющееся оборудование для консервации, загрязненность внутренних поверхностей нагрева и т.д.). Для приготовления раствора реагента использовалась умягченная недеаэрированная вода с суммарным содержанием хлоридов и сульфатов 80 мг/л в г. Бугульме и 410 мг/л в г. Зеленодольске.

До консервации в барабанах котлов ДКВР-10 имелись преимущественно бугристые отложения продуктов коррозии, а в трубах конвективного пучка смешанные отложения. По окончании консервации внутренние поверхности котла были полностью очищены от отложений, в том числе от продуктов коррозии, покрывающих полость язвенных углублений, а поверхность металла покрыта равномерной ровной пленкой черного цвета.

Для измерения скорости коррозии в котлах ТВГ-8 были установлены контрольные образцы. Результаты измерения скорости коррозии приведены в таблице.

Как следует из таблицы скорость коррозии законсервированных на 5 месяцев поверхностей нагрева на всех котлах, несмотря на высокое содержание в консервирующем растворе агрессивных ионов (хлориды - 10 мг/л и сульфаты - 400 мг/л), соответствует повышенной устойчивости металла (3 балла) по 10-балльной шкале оценки коррозионной устойчивости металлов и коррозионной активности сред.

На рис. 6 показан внешний вид контрольных образцов. Визуальная оценка состояния индикаторов показала, что их поверхность покрыта защитной пленкой темно-бурого цвета, подслоем пленки язвенное разрушение металла не выявлено.

Таким образом, можно уверенно сказать, что композиция является эффективным ингибитором стояночной коррозии.

Наряду с высокой эффективностью защиты от коррозии этот способ консервации имеет ряд сопутствующих положительных свойств:

в процессе консервации и расконсервации происходит удаление с защищаемых поверхностей всех видов отложений и, что весьма важно, пассивации язв за счет удаления продуктов коррозии, покрывающих полость язвенных углублений, а по мере формирования защитной пленки- к прекращению дальнейшего их развития;

удаление бугристых отложений с внутренней поверхности трубопроводов приводит к снижению гидравлического сопротивления и, как следствие, к экономии затрат электроэнергии на транспорт теплоносителя; отсутствует необходимость проведения перед консервацией химической очистки подлежащих защите поверхностей; расконсервация не требует выполнения специальных экологических мероприятий и происходит попутно с пуском оборудования. При этом резко сокращается время достижения нормативных значений примесей в сетевой воде (так называемое время восстановления водно-химического режима); узел приготовления и дозирования водного раствора реагента прост в изготовлении и доступен любому предприятию.

В заключение хотелось бы остановиться на некоторых аспектах практического применения водно-химических методов предотвращения накипеобразования и внутренней коррозии, т.е. стабилизации воды, а также для консервации оборудования.

При первом ознакомлении с технологиями стабилизационной обработки воды и консервации оборудования реагентами все представляется предельно простым: добавил в воду препарат и получил значительный экономический эффект при предельном упрощении схемы водоподготовки, однако это далеко не так. Следует отметить, что как ингибирование накипеобразования и коррозии, так и разрушение отложений - во многом схожие, но довольно сложные многостадийные гетерогенные процессы. Учесть влияние разнонаправленных факторов и выбрать оптимальные технологические параметры в каждом конкретном случае можно лишь по результатам специальных лабораторно-стендовых испытаний, которые должны выполняться строго индивидуально организацией, имеющей стендовое оборудование и опыт проведения наладочных работ.

Выводы

Успешно применяемый более 10 лет рассмотренный реагент представляет собой перспективную экономически эффективную и экологически безопасную альтернативу традиционным водно-химическим режимам, применяемым в теплоэнергетике. Преимуществом данного реагента является его универсальность как для стабилизации жесткой недеаэрированной подпиточной и сетевой воды, так и для консервации всех элементов оборудования тепловой схемы котельной, включая котел, вспомогательное оборудование и трубопроводы.

Метод имеет большое будущее, т.к. одновременно с консервацией происходит удаление отложений и не требуется дополнительных методов очистки оборудования.

Размещено на Allbest.ur