Практическое руководство компании НАЛКО по анализу причин повреждения котлов Nalco Chemical Company

Коррозия при низких значениях рН в процессе кислотной очистки

Места, наиболее часто подвергающиеся коррозии

Коррозия внутренних поверхностей котла, которая является результатом влияния низких рН, может происходить в процессе кислотной очистки, ес­ли правила процедуры очистки не были соблюдены. В первую очередь кор­розия происходит на концах труб внутри грязесборников и паросборни­ков. Местом ее действия могут также стать крышки люков для рук, люки - лазы и сварные швы на корпусе. Серьезному воздействию могут подвер­гаться теплопередающие поверхности (Рис. 7.1) и сварные соединения (Рис. 7.2). Изолированные места внутри трещин, за подкладными кольцами и под оставшимися отложениями могут помешать полной нейтрализации кислоты, применявшейся для очистки, После того как котел будет введен в экскплуатацшо, это приведет к серьезной локальной коррозии металла. Как правило, коррозия может происходить на любой поверхности, которая подвергалась контакту с кислотой (Рис. 7.3).

Общие сведения

Коррозия сильной кислотой любой металлической поверхности котла Обычно определяется безошибочно. На поверхности в зависимости от се­рьезности коррозии появляются шероховатости или зазубрины (Рис. 7.1 и 7-4). Более тщательное исследование может выяви ть отдельные раковины, часто с подрезами, В трубах котла раковины часто оказываются ориенти­рованными вдоль стенки грубы (Рис. 7.1).

Динамической нестабильности стали в данных условиях. Сталь будет кор­родировать самопроизвольно в большей части кислот. В ходе коррозион­ной реакции железо вытесняет водород из раствора. Это значит, что желе­зо окисляется, и ионы железа переходят в раствор. Происходит реакция восстановления ионов водорода, и на поверхности металла образуются пу­зырьки водорода.

Fe + 2Н+ + СГ Н2Т+ Fe2+ + СГ

Для подавления коррозионного процесса в растворы кислоты, исполь­зуемые для очистки котлов, добавляют ингибиторы коррозии.

Важнейшие условия, способствущие кислотной коррозии

Неуправляемая кислотная коррозия во время очистки котла обычно проис­ходит в результате непредвиденных и непреднамеренных отклонений от стандартных условий ми стандартной практики. Существует возможность отклонений различного вида, в том числе такие события, как термическое разложение ингибитора, неправильный выбор средства для очистки или его концентрации, длительный контакт с ним, слишком высокие темпера­туры при контакте, а также неполная нейтрализация.

Идентификация кислотной коррозии

Простого визуального осмотра обычно вполне достаточно, чтобы опреде­лить наличие кислотной коррозии. Последствия коррозии можно наблюдать в первую очередь на концах труб в грязесборниках и паросборниках, на кром­ках тонких или толстых стальных листов, на концах болтов. Не все зоны кот­ла могут подвергаться разрушению кислотой в одинаковой степени. Металл под напряжением, сварные соединения, трещины и другие скрытые зоны мо­гут пост радать сильнее. Оценка повреждений в недоступных для визуально­го обследования местах может потребовать применения методов неразруша - гощих испытаний (например ультразвукового) или удаления части трубы.

Предупреждение кислотной коррозии

Борьба с коррозией котельного оборудования, вызванной низкими значе­ниями рН в процессе кислотной очистки, требует тщательного регулиро­вания всей процедуры очистки. Ниже приводятся примеры различных ра­бочих параметров, которые подлежат контролю и оценке при выполнении процедуры.

Определение массы отложения. Выбор нескольких труб для измере­ния массы отложений поможет определить нужную концентрацию кисло­ты, длительность обработки и общее количество кислоты, необходимое дня

Анализ отложения. Анализы отложений помогут определить соответст­вующие средства очистки и последовательность, в которой эти средства следует использовать.

Температура очищающего раствора. И температура раствора, и тем­пература металла должны быть значительно ниже точки термического раз­ложения ингибитора.

Контроль. Через периодические интервалы времени необходим контроль над содержанием железа и меди, а также над крепостью очищающего рас­твора во все время очистки котла. После кислотной обработки котла не­обходим контроль над химическими свойствами нейтрализатора.

Визуальный осмотр. После проведения очистки необходима проверка труб, грязесборников и паросборников.

Меры предосторожности

За коррозию под действием сильной кислоты можно принять питтииг (сильную кислородную точечную коррозию) и навигационные поврежде­ния. В общем случае правильно определить различия между ними можно, проверив, все ли поверхности пострадали от действия сильной кислоты. Кислородная коррозия имеет тенденцию воздействовать на специфические зоны, например на экономайзер, возвратные колена в пароперегревателе или, возможно, на границу уровня воды в паросборнике. Повреждения от кавитации также имеют тенденцию проявляться в определенных местах, причем чаще всего на крыльчатке насосов. Кислотную коррозию могут на­поминать определенные виды хслатной коррозии. но и в данном случае они характерны для внутренних деталей паросборника.

Сопутствующие проблемы

См. также Главу 5 («Хслатная коррозия»); Главу 8 («Кислородная корро­зия») и Главу 18 («Кавитация»),

Местоположение образца: Ориентация образца:

Давление в бараба> Характеристики труб Очищающий раствор

После кислотной очистки котла были обнаружены повреждения, показанные на Рис. 7.5 и 7.6. Тщательный визуальный осмотр этих труб выявил очень тонкие непре­рывные трещины, проходящие вдоль их внутренней поверхности. Трещины, кото­рые, казалось, совпадали с рядом слабых следов от оправки, были глубже на том конце труб, который входил в паросборник. Показанная на Рис. 7.6 труба также имела глубокую поперечную трещину в том месте, где она входит в сборник. Иссле­дование поперечных сечений поверхности трубы показало на них неровное™, под­резы и отсутствие обычно присутствующих оксидов железа.

Коррозия под действием сильной минеральной кислоты приводит к формирова­нию и углублению следов от оправки, проходящих по окружности трубы, а также к развитию глубоких трещин вблизи конца труб, где они развальцованы для входа в паросборник Формирование и углубление следов от оправки связано также с оста­точными напряжениями в металле в этих местах как следствие процесса изготовле­ния труб. Наличие глубоких трещин различной ориентации на концах, входящих в паросборник, связано с остаточными напряжениями, возникшими в результате тру­бопрокатного процесса. Для сильной минеральной кислоты характерна более ин­тенсивная коррозия на участках металла с остаточным напряжением, чем в зонах без напряжений; что вызвано высоким содержанием энергии остаточных напряжений, сохраненной в металле.

ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ 7.3

Промышленность: Установка для производства энергосредств Местоположение образца: Экранная труба

Ориентация образца: Вертикальная

Срок службы, годы: 30

Программа водоочистки: Разносторонний контроль

Давление в барабане: 1500 фунт/кв. дюйм (10,3 МПа)

Характеристики труб: Внутренний диаметр 3 дюйма (76 мм)

Очищающий раствор: Минеральная кислота

На Рис. 7.2 и 7.8 показана картина коррозии внутренних поверхностей экранных труб, расположенных напротив наружных кольцевых сварных швов. Профили попе­речного сечсння внутренней поверхности корродировавших участков помогают об­наружить подрезы и зазубренности. Остаточные напряжения в результате сварочных работ способствуют преимущественной коррозии именно этих участков при контак­тах с сильной кислотой:

>а энергосредств

Разносторонний контроль 1500 фунт/кв. дюйм (10,3 МПа) Внутренний диаметр 3 дюйма (76 mi

Ряд довольно глубоких перекрывающих друг друга раковин был обнаружен в коль­цевой части внутренней поверхности напротив кольцевых сварных швов, располо­женных на наружной поверхности труб (Рис. 7.9). Другие корродировавшие участки были замечены и в rex местах, где сварных швов не было (Рис. 7.10). Коррозия на данных участках была наиболее явной вдоль трубного шва.

Отложения, покрывавшие поврежденные участки, показали, что коррозия про­изошла в прошлом - возможно, во время последней кислотной очистки котла.

Преимущественно коррозию у сварных швов можно объяснить остаточными на­пряжениями, связанными с этими швами, или порами и трещинами, существующими >В зоне сварного шва. Преимущественную коррозию трубного шва можно объяснить

Трубного шва.

Промышленность: Местоположение образца: Ориентация образца: Срок службы, годы: Программа водоочистки: Давление в барабане: Очищающий раствор:

Целлюлозно-бумажная

Горизонтальная 16

Полимерная

600 фунт/кв, дюйм (4,13 МПа) Минеральная кислота

Визуальный осмотр поверхностей нижней платы выявил мелкие пятна неравномер­ного разрушения металла на Bcpxiuix и нижних поверхностях. Места разрушения ^металла в основном были расположены параллельными рядами. Па Рис. 7.11 приве­ден внешний вид участков с разрушенным металлом, причем острые края скрыты

На данном примере можно видеть, как важны дополнительные наблюдения при определении коррозии при низком рН в качестве причины разрушения металла. На Рис. 7.11 отсутствует классический зазубренный профиль поверхности с п< с коррозией под действт

Ные наблюдения:

■ Расположение участков ь

В направлении прокатки стали, из которой плита была и:;

■ Преимущественная коррозия сварных швов и концов труб в паросборнике.

■ Зазубренные, с подрезами поперечные нрофил обнаруженные при металлографическом исследовании.

Ориентированными

Действием корршии сильной ьникмоп (>ичичч

ПроМ1

Е образ! Ориентация образца: Срок службы, годы: Программа водоочистк> Давление в барабане: Характеристики трубы: Очищающий раствор:

Целлюлозно-бумажная Экранная труба Вертикальная 13

Координированная фосфатная 1250 фунт/ко. дюйм (8,6 МПа) Наружный диаметр 2,25 дюйма Минеральная кислота

Комбинация дефектов кольцевых сварных швов и коррозии в зоне сварки сильной минеральной кислотой при проведении ряда операций кислотной очистки (более пя­ти за 13 лет) привела к образованию в грубах сквозных отверстий. Эти отверстия в местах сварки вызвали вторичные разрушения в соседних трубах в результате эро­зии выбросами пара, происходившими с высокой скоростью.

Более тщательное исследование внутренних поверхностей сварных швов позво­лило обнаружить чрезвычайно локализованные зоны коррозии, которая снособст-

Для коррозии сильной минеральной кислотой (Рис. 7.12).

Открытые трещины, поры и раковины в зонах сварки - это как раз те места, в которых кислота может сохраниться при проведении операций нейтрализации, сле­дующей за кислотной очисткой. Кислотная коррозия может расширить и углубить

В стенке. трубы в том месте, где расположен сварной шов.

Промышленность: Местоположение образца: Ориентация образца: Программа водоочистки: Давление в барабане: Характеристики трубы: Очищающий раствор:

■Гидроиспытание. последовавшее за кислотной очисткой котла, позволило обнару­жить несколько протекающих труб. При обследовании одиой из труб было найдено множество участков точечной коррозии (Рис. 7.13 и 7.14). Наружные поверхности были покрыты пленкой коричневых оксидов железа.

Точечная коррозия могла частично произойти в результате чрезвычайно высо­ких уровней содержания кислорода в котловой воде во время перерывов в работе котла, однако основной их причиной были недостаточные меры контроля над кон­тактами с сильной минеральной кислотой в процессе кислотной очистки. Обраша - - ет на себя внимание большое число участков точечной коррозии, общее разрушение и внешний вид тонких продольных трещин, характерных для коррозии сильной кислотой (Рис. 7.13).