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

Щелочная коррозия

Места коррозионных повреждений

Щелочная коррозия обычно происходит в следующих местах. I. Водоохлаж - даемыс трубы в зонах с большим расходом тепла. 2. Наклонные или гори­зонтальные трубы. 3. Места, расположенные под толстыми о тложениями. 4. Зоны теплопередачи вблизи подкладных колец в сварных швах или рядом с ними и другими устройствами, препятствующими нормальному потоку.

Общие сведения

Термины щелочное «выедание» и пластичное образование выемок относят­ся к коррозионному взаимодействию достаточно концентрированного рас­твора гидрокеида натрия с металлом, в результате которого происходит образование отчет ливых полусферических или эллиптических углублений. Эти углубления могут быть заполнены плотными продуктами коррозии, которые иногда содержат блестящие кристаллы магнетита. Иногда место коррозии бывает покрыто коркой твердых отложений и продуктов корро­зии, содержащей кристаллы магнетита. Поврежденные поверхности метал­ла имеют мягкую, закругленную форму.

Чувствительность стали к воздействию гидрокеида натрия основана на амфотерном характере оксидов железа, т. е. оксиды железа корродируют в условиях как низких, так и высоких значений рН (Рис. 4.1). Вещества с вы­соким значением рН, в частности гидроксид натрия, растворяют магнетит:

4NaOI-I + Fc304 -> 2NaFeO, + Na2FeO, + 2H,0

Когда магнетит удален, гидроксид натрия может реагировать непосред-

Fe + 2NaOH -> Na2Fe02 + Н2

Важнейшие условия, приводящие к коррозии

Для щелочной коррозии необходимы два важнейших условия. Первое - присутст вие гидроксида натрия илн солей, создающих щелочную среду (т. е. солей, раствор которых может образовать основание). Гидроксид натрня часто специально добавляют в котловую воду в количествах, не вызываю­щих коррозии. Он может также попадать в воду случайно, если в подпиточ - ную воду попадут химические реагенты из умягчитсля воды, восстанавли­ваемого путем добавки гидроксида натрия. Соли, создающие щелочную среду, могут также загрязнять конденсат в результате просачивания в кон­денсатор или попадания из технологических потоков. Плохо контролируе­мое или неисправно работающее оборудование для подачи химических ре­агентов также может стать причиной повышенной щелочности.

Второе условие - влияние механизма концен трирования. Поскольку ги­дроксид натрия и соли, создающие щелочную среду, редко присутствуют в количестве, достаточном для коррозии, должны существовать процессы, приводящие к их концентрированию. Существуют три основных механиз­ма такого концентрирования.

1. Кризис пузырькового кипения (КПК). Термин пузырьковое кипе­ние определяет условия, при которых на поверхности металла зарождаются

Испарение по краям уровня линии воды. Если уровень воды сущест­вует, при се испарении может происходит!, концентрирование агрессивных ве­ществ. что в результате приводит к коррозии металла по краям уровня воды.

В горизонтальных или наклонных трубах может происходить образование па­ры параллельных продольных канавок (Рис. 4.4). Если труба почти заполнена водой, параллельные канавки сольются вместе в одну горизонтальную про­дольную выемку, расположенную в верхней части трубы (Рис. 4.5). В верти­кально расположенных трубах сконцентрированные агрессивные вещест ва по краям уровня воды будут вызывать образование выемки по окружности тру-

Идентификация щелочной коррозии

Если к поврежденной поверхности возможен доступ, щелочная коррозия мо­жет быть обнаружена простым визуальным осмотром. Если доступа нет. то могут потребоваться неразрушающие методы испытаний, например ультра­звуковой метод. Для идентификации щелочной коррозии может быть так­же проведено исследование пара с применением водородного анализатора.

Предупреждение щелочной коррозии

■ Уменьшение количества свободного гидроксида натрия. Это

Базовая концепция, которая служит основой для координированных про­грамм фосфатной очистки, применяемых в котлах высоког о давления.

■ Предотвращение случайного попадания химических реаген­тов, обеспечивающих щелочную регенерацию, из деминерали - заторов подпиточной воды.

■ Предотвращение попадания солей, создающих щелочную среду, в конденсаторы. Благодаря мощным концентрирующим меха­низмам, которые могут действовать в котле, попадание загрязнений в коли-

Достаточным, чтобы вызвать локализованную коррозию.

■ Предотвращение загрязнения пара и

Приведенные выше меры помогут исключи ть коррозию, которая происхо­дит в присутствии гндроксида натрия или солей, создающих щелочную среду, однако предотвращение локализованного концентрирования счита­ется наиболее эффективным средством предотвращения щелочной корро­зии: в то же время его выполнение представляет наибольшие трудности. Ниже перечислены методы предотвращения локализованного концентрн-

■ Предотвращение кризиса пленочного кипения. Это обычно требует исключения участков локального перегрева, что достигается регу­лированием рабочих параметров котла-. Образование участков перегрева происходит в результате чрезмерного пережога или недожога топлива, не­правильной регулировки горелок, перехода на другое топливо, образова­ния каналов при движении газов, чрезмерной продувки и т. п.

■ Предотвращение значительных отложений ня r. mnnuo вплы

Для измерения относительной толщины и количеств шихся на трубах, рекомендуют периодическое (обыч ннс пробоотбора труб. Практика отбора образцов да рте ASTM D887-82. Следует .обратиться к изготов

Предотвращение образования уровня воды в трубах. Наклон - е и горизонтальные трубы особенно подвержены образованию уровня 1ы. Работа котла при чрезвычайно низких уровнях воды Win чрезмерно

Высокие скорости продувки могут стать причиной образования уровня во­ды в трубах. Его образование может происходить также при чрезмерном снижении нагрузки, когда давление остается постоянным. В данной си туа­ции скорость воды в котельных трубах иногда снижается до части скоро­сти. соответствующей полной нагрузке. Если скорость становится доста­точно низкой, происходит расслоение пар - вода, что создает стабильные или метастабильиые уровни воды.

Меры предосторожности

С помощью простого визуального осмотра очень трудно отличить локали­зованное воздействие веществ с высоким значением рН от локализованно­го воздействия веществ с низким значением рН. Может потребоваться фор­мальное металлографическое исследование. При этом значительную по­мощь может оказать оценка разновидностей поддающихся концентрирова­нию агрессивных веществ, которые могут загрязнять котловую воду.

Поскольку продукты коррозии могут заполнять углубления, образовав­шиеся в результате щелочной коррозии, возможна ошибочная оценке сте­пени и глубины повреждения участка, и можно даже не заметить существу­ющие места коррозии. Прощупывание подозреваемой зоны с помощью твердого остроконечного инструмента может помочь в этом, однако, по­скольку продукты коррозии часто имеют очень большую твердость, место Коррозии может остаться необнаруженным. Наличие блестящего кристал­лического магнетита не обязательно указывает на результаты щелочной коррозия.

Сопутствующие проблемы

Ем. также Главу I («Отложения из воды и пара») и Главу 6 («Коррозия при низких значениях рН в эксплуатационный период»).

ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ 4.4______________________

Промышленность: Химическая промышленность,

Аммиачная установка Местоположение образца: Котел-утилизатор

Низ пучка U-образных труб

Координированная фосфатная 1500 фунт/кв, дюйм (10,3 МПа) Наружный диаметр 0,75 дюйма (19 мм) Газ е реформинг-установки

Большое продольное отверстие было обнаружено в сел произошло в результате утончения а. . ря

Ли сосредоточены в верхней часта трубы, а. участок около 19 дюймов (483 мм) (Рис. 4.11).

06c. ii

П< трубьп ширина и глу

Верхностн вдоль верхней уменьшались по мерс того, как груба приобретала вертикальную форму. Корро вертикальных поверхностей не происходила. Поверхш Koii. слегка закругленной и была покрыта неравномер Леза. Поверхность но периметру ВОДусфернческнми раковинами, которые образова; вдоль сторон и у обоих кондов канавки ( Рис-. 4.12).

Визуальные обследования выяишш наличие продольной перхпости вдоль верхней части трубы (Рис. 4.1.4). Скво»к однако до 60% стенки трубы оказались изъеденными koj По всей верхней части внут ренней поверхности ttpoi виде отчетливой полосы (Рис. 4.14), которая сужается и у ввода трубы и паровой коллектор. В канавке и вокруг: ные кристаллы магнетита. В целом аналогичному возле Рядом расположенных труб.

Квитированное движении пара вдоль е Центрированию пшрокешда натрия. Такое каналнрованис может указывать на S Кальиый шш общий чрезмерно высокий подвод тепла. Если соответствующее из» ненне рабочих параметров не позволит решить эту проблему, эффективным моя стать применение рифленых труб.

Котел с указанными нарушениями находился в непрерывной эксплуатации в - ченнс двух периодов но 100-150 дней в. голу: в промежутках между ними его экеш атацня прерывалась.