Щелочная коррозия

Кислородная коррозия

Кислородная коррозия возникает при питании парогенератора водой, содержащей кислород. Проявляется эта коррозия в виде язвин и питтингов на трубах. Причиной питтинговой коррозии является двойственное влияние кислорода на коррозионный процесс. С одной стороны, кислород является активным деполяризатором и ускоряет катодный процесс и коррозию в целом. С другой стороны, окисляя металл и образуя окислы, кислород играет роль пассиватора, снижающего скорость коррозии. В результате в присутствии кислорода уменьшается число анодных участков и возрастает площадь катодных участков. Коррозия становится местной, интенсивность её возрастает, разрушения идут, вглубь образуя язвы. Язвенный характер кислородной коррозии делает её особенно опасной.

Наблюдается кислородная коррозия главным образом в экономайзерах. При значительном содержании кислорода в питательной воде (более 0,3 мг/кг) кислородная коррозия может протекать в пароводяном коллекторе и отпускных трубах парогенераторов с естественной циркуляцией.

Величина кислородной коррозии пропорциональна содержанию кислорода в питательной воде.

Подъёмные парообразующие трубы также могут разрушаться вследствие кислородной коррозии. Однако коррозионный процесс в них протекает менее интенсивно и практически мало зависит от содержания кислорода. Это обстоятельство связано с деаэрирующией способностью пара при кипении воды в подъёмных трубах.

Повышение давления и температуры при неизменном содержании кислорода приводит к усилению коррозии. Это связано с возрастанием скорости диффузии кислорода к катодным участкам.

Скорость кислородной коррозии зависит от плотности теплового потока, скорости циркуляции, наличия в воде солей. Если в питательной воде наряду с О₂ содержаться хлориды, то коррозия усиливается. Происходит это потому, что ионы хлора внедряются в защитнуюокислую пленку и вытесняют кислород. При этом образуется растворимое в воде хлористое железо, что приводит к увеличению площади анодных участков и скорости коррозии.

При высокой концентрации щелочи в парогенераторной воде может происходить растворение защитного слоя магнетита Fe₃O₄.

Fe₃O₄+4NaOH→2Na₂FeO₂+Na₂FeO₂+2H₂O (4.2.1)

Образовавшиеся ферриты под действием воды разлагаются:

2Na₂FeO₂+H₂O→2NaOH+Fe₂O₃ (4.2.2)

Кроме того, щелочь при высокой концентрации реагирует непосредственно с железом:

Fe+2NaOH→Na₂FeO₂+H₂ (4.2.3)

Эти реакции объясняют ускорение коррозии труб при высоких значениях рH.

Рисунок 4.2.1 – Изменение скорости коррозии стали в воде при 310°Св зависимости от величины рН, измеренной при 25°С.

В связи с этим содержания щелочи в парогенераторной воде ограничивают 300 мг/кг.

Щелочная коррозия иногда наблюдается на входных участках труб пароперегревателей. Это связано с забросом влаги в пароперегреватель и её упариванием, которое сопровождается резким увеличением концентрации щелочи.

При наличии в парогенераторной воде свободной щелочи может возникнуть коррозия особого вида, известная под названием щелочной хрупкости металла или межкристаллитной коррозии.

Межкристаллитная коррозия (щелочная хрупкость)

Этот вид коррозии проявляется в виде трещин, возникающих чаще всего на развальцованных участках парообразующих труб и в трубных досках. В зоне возникновения трещин деформация металла отсутствует. Поэтому такого вида разрушения условно называют хрупкостью. Механические свойства металла не меняются. Образующиеся трещины имеют древовидную разветвленную форму. Начальные участки трещин ответвлений проходят между кристаллами. В дельнейшем трещины могут проходить через зёрна кристаллов. Скорость развития трещин со временем возрастает, что может привести к аварии.

Щелочная хрупкость наблюдается при определенных условиях. Прежде всего необходима коррозионная среда, содержащая щелочь. Другое условие – местное увеличение концентрации щелочи до высоких значений, например, при упаривании парогенераторной воды в неплотностях вальцовочных соединений и сварных швов. Для развития коррозионного процесса металл должен находиться под действием растягивающих напряжений, близких к пределу текучести.

Механизм щелочной хрупкости можно представить следующим образом. Под действием высоких напряжений возникает микрогальванические коррозионные элементы: катодом становятся зерна кристаллов, анодом – граница между ними. Щелочной раствор разрушает границы зерен. Выделяющийся на катоде водород легко диффундирует в толщу металла. При этом он реагирует с углеродом, сульфидами и другими включениями, образуя газообразные продукты. Последние плохо диффундируют в металл и создают дополнительные разрывающие напряжения, которые способствуют углублению и расширению трещин.

Щелочная хрупкость является частным случаем электрохимической коррозии, развивающейся по границам зерен напряженного метала в концентрированном щелочном растворе (парогенераторной воде).

Борьба со щелочной хрупкостью ведется путем устранения причин её возникновения: высоких растягивающих напряжений, неплотностей и агрессивности парогенераторной воды. Агрессивность парогенераторной воды снижают введением фосфатов и нитратов при фосфатном или фосфатно-нитратном режиме внутрипарогенераторной обработки воды.