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

Коррозия под действием каменноугольной золы

Места преимущественной коррозии

Коррозия пол действием каменноугольной золы является высокотемпера­турным процессом, протекающим в жидкой фазе, она происходит на метал­лах, температура поверхности которых находится в интервале от 1050 до 1350"Ф (566-732°С). В котлах действие коррозии данного вида обычно ог­раничивается секциями пароперегревателя и промежуточного паропере­гревателя.

Общие сведения

.Коррозия под действием угольной золы может происходить при изменени­ях в топливоснабжении или при переходе на другой вид топлива, при сго­рании которого образуется агрессивная зола.

При сжигании угля содержащиеся в нем минеральные вещества подвер­гаются действию высоких температур с выделением летучих щелочных со­единений и оксидов серы. Коррозия происходит, когда летучая зола отла­гается на металлических поверхностях, находящихся при температуря 1050- 1350°Ф (566-732°С). С течением времени происходит конденсация летучих Щелочных соединения и соединений серы на летучей золе и реакция между ними с образованием на границе раздела металла и отложений сложных Щелочных сульфатов, в частности K, Fe(S04)3 и Na, Fe(SOj),. Расплавлен­
ный шлак плавит защитный слой оксида железа, покрывающий трубу, что приводит к ускоренному окислению металла.

С уменьшением толщины стенки трубы под действием механизма кор­розии происходит значительное увеличение напряжений в утонченной стенке. Высокие напряжения совместно с высокими температурами метал ла могут привести к окончательному разрушению металла в результате раз рыва под напряжением.

Важнейшие условия, благоприятствующие коррозии

Важнейшие условия, приводящие к коррозии под действием угольной зо­лы. это использование угля, при сжигании которого образуется агрессии ная зола, и условия, при которых происходит повышение температуры ме­талла до 1050-1350°Ф (566-732°С).

Идентификация коррозии под действием каменноугольной золы

Коррозию под действием угольной золы можно определить по накоплении шлака на стенке трубы и связанным с ним разрушением металла. Поверх ность груб из аустенитной нержавеющей стали может приобретеги рябо! вид. На трубах из низколегированной стали обычно появляется пара шюс ких участков разрушенного металла, которые расположены с обеих сторон трубы под углом от 30° до 45°. Повреждения на корродировавшей повер? ности имеют вид канавок или шероховатостей (Рис. 10.1).

Обычно, если коррозия произошла, она будет наибольшей в трубах наиболее высокой температурой пара. С наивысшей скоростью корро и > i протекает главным образом в выходных трубах радиационного napoiiepi :ревателя или на плитах промежуточного пароперегревателя.

Скорость коррозии определяется как нелинейная функция температур) которая достигает максимума при температурах в интервале от 1250 до 1350 1 ' (677-732°С). При более высоких температурах скорость коррозии быстро cm жается из-за термического разложения коррозионных веществ (Рис. 10.2).

/М

I Коррозия почти всегда связана со спекшимися или шлакообразнымн от­ложениями, которые прочно сношены с поверхностью металла. Эти отло­жения состоят из грех отчетливо видных слоев (Рис. 10.3). Внешний массив­ный слой состоит из пористой летучей золы; промежуточный слой состоит из белесоватых водорастворимых щелочных сульфатов, которые в основ - | ном и вызываю т коррозионное разрушение. Третий слой обычно имеет тол­щину от 1/32 до 1/4 дюйма (0,8-6,35 мм); этот внут] с о сос, оит из блестящих черных оксидов железа и сульфидов, покрывающих поверхность металла. Толщина этого слоя редко превышает 1/8 дюйма (3,2 мм). | Ультразвуковые измерения толщины, проведенные под углом от 30° до j 45° на обеих сторонах трубы, должны показать, насколько серьезны разру­шения металла.

I Коррозия под действием угольной золы может происходить при мсполь - J зованин любого битуминозного угля, но наиболее вероятна она для углей, содержащих более 3,5% серы и 0,25% хлора.

И и отложений золы. Может оказаться полезным также определение температур плавления золы.

Если известно, что коррозия неизбежна, может оказаться полезным и уль­тразвуковое исследование толщины стенок, чтобы определить масштабы и серьезност ь возможной коррозии. Если коррозия не очень велика, экономи­чески эффективными могут стать периодические замены труб, выбор труб с более толстыми стенками, применение распыляемых теплоизоляционных покрытий или наплавленпе сварного слоя. Продлевает срок службы труб и применение защитных экранов из нержавеющей стали в зонах, которые под­вергаются действию коррозии.

Для зашиты от жестокой коррозии может потребова ться плакировка труб коррозионностойкнми сплавами. Добавки к топливу в борьбе с коррозией

С учетом важнейших факторов, которые способствуют данному виду коррозии, может быть полезным использование смеси разных сортов угля для уменьшения содержания в них агрессивных компонентов, а также сни­жение температуры металла. Для снижения температуры металла можно осуществлять снижение температуры пара, периодическую очистку секций пароперегревателя н водонат-реватсля после слива остатков воды для пре­дотвращения образования внутренней накипи, а также изменение конст­рукции повреждаемых участков, что поможет умепыи

ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ 10.1___________________

Местоположение образца: Выход из вторичного пароперегревателя

Ориентация образца: Вертикальная

Срок службы, годы: 21

Программа водоочистки: Очистка от летучих примесей всех видов

Давление в барабане: 2500 фунт/кв. дюйм (17,2 МПа)

Температура пора: 1050°Ф (566°С)

Характеристики трубы: Наружный диаметр 2 1/8 дюйма (54 мм);

Аустенитная нержавеющая сталь (SS321)

Топливо: Восточный уголь, зольность 10%, серы 7%

Подвески на выходе из вторичного пароперегревателя котла, с которого были сняты трубы, показанные па Рис. 10.4 и 10.5, хронически подвергались коррозии, В течение трех лет произошло десять отдельных разрушений. Котел работал иепре-

Труба. подвергнутая анализу, не была разрушена, однако на наружной поверх­ности вдоль одной из сторон находился участок жестокой коррозии в виде полосы ширинок I дюйм (25 мм). Измерения показали уменьшение толщины стенки на 0.085 дюйма (2,2 мм).

Микроструктуриые исследования позволили обнаружить шлак из затвердевшей эвтектики, накопившийся на наружной поверхности корродировавшего участка Химический анализ вещества, покрывающего зону коррозии, показал высокое со держание железа, серы и калия, а также компонентов летучей золы.

Визуальный, микроструктурный и химический анализы позволили установим разрушение металла, вызванного коррозией под действием угольной золы в резуль тате образования на металлической поверхности комплексных соединений сульфя