Защита тепловых сетей от коррозии

Борьба с коррозией является одной из важнейших задач службы эксплуатации. Коррозия сокращает срок службы тепловых сетей до 10–15 лет, что составляет около 30% от нормативной продолжительности эксплуатации. Известны примеры, когда коррозия выводила из строя новые сети через 5 – 6 лет.

Согласно теории максимальная скорость коррозии происходит при температурах 70–85°С. Именно при этих температурах большую часть времени работают подающие трубопроводы водяных тепловых сетей, чем объясняется существенная разница в скорости и в частоте наблюдаемой коррозии подающего и обратного трубопроводов и большая продолжительность службы паропроводов (до 20–30 лет), работающих при температурах более 100°С.

В действующем теплопроводе возникает внутренняя и наружная коррозия.

Внутреннюю коррозию вызывает кислород, содержащийся в сетевой воде или конденсате. В присутствии растворенной углекислоты коррозионная активность кислорода возрастает. В водяные сети кислород попадает главным образом с подпиточной водой. Насыщение сетевой воды и конденсата кислородом воздуха происходит через неплотности оборудования, из-за присоса воздуха на разреженных участках водяной сети и в открытых конденсатных баках.

Внутренний коррозионный процесс протекает по-разному, в связи с чем различают язвенную и рассредоточенную коррозию. Язвенная коррозия наблюдается преимущественно в низших застойных участках трубопроводов, оборудования, приборов, где скапливается конденсат, слой шлама и коррозионные отложения. При язвенной коррозии на поверхности металла образуются отдельные участки глубоких поражений. Со временем процесс язвенной коррозии приводит к сквозному протравливанию металла, выводящему из строя узлы оборудования, участки сети небольшой протяженности. Язвенную, или локальную, коррозию вызывают главным образом отключения теплопроводов и аппаратов для ремонта. Опорожненные трубопроводы и оборудование некоторое время омываются воздухом. Небольшие скопления влажных шламов в застойных зонах служат источником местной коррозии. Начавшийся процесс коррозии продолжает развиваться и после заполнения труб теплоносителем. В паропроводах отдельные очаги поражения (питтинги) возникают обычно под слоем конденсата при прекращении подачи пара.

В водяных сетях и конденсатопроводах наряду с язвенной коррозией наблюдается рассредоточенная коррозия, захватывающая трубопроводы на большой длине. Скорость рассредоточенной коррозии меньше язвенной, но опасность ее не менее велика, так как постепенно приводит в негодность большие участки теплопроводов. Подающие водяные трубопроводы корродируют быстрее обратных, в которых концентрация кислорода понижена из-за израсходования его в подающем трубопроводе.

Предупреждение внутренней коррозии имеет большое значение для долговечности систем теплоснабжения и экономии теплоты и электроэнергии. В результате коррозии безвозвратно теряется металл, коррозионные налеты в трубах повышают шероховатость, гидравлические сопротивления и расход электроэнергии на перекачку теплоносителя. При окислении металла объем образующихся продуктов коррозии увеличивается в 3 – 4 раза, за счет чего существенно уменьшается поперечное сечение труб, особенно малого диаметра. Коррозионные продукты, смытые водой со стенок труб, разносятся по всей системе, забивают проходы в отопительные приборы и арматуру, вызывая разрегулировку. Отложения и занос сечения трубок снижают теплопроизводительность подогревателей.

Для предупреждения язвенной коррозии во временно отключаемых трубопроводах и аппаратах следует обеспечить полное удаление влаги. Лучшим способом предохранения конденсата от поглощения кислорода является сбор и возврат по закрытой схеме. В закрытых схемах конденсат от потребителя поступает в сборные баки под давлением, поэтому контакт конденсата с воздухом исключается. Но применение закрытых схем связано с удорожанием оборудования и сети конденсатопроводов. На крупных предприятиях, имеющих разветвленную сеть паровых теплопотребителей различных параметров, закрытый сбор конденсата часто бывает затруднительным. На таких объектах возможна открытая схема сбора конденсата по безнапорным самотечным конденсатопроводам. Безнапорное содержание конденсата в самотечных конденсатопроводах и сборных баках приводит к значительным потерям теплоты (до 15 – 20% от общего расхода пара). Кроме того, свободный слив и открытая поверхность уровня в приемных баках способствуют переохлаждению конденсата. Переохлажденный до 50 – 80°С конденсат интенсивно обогащается кислородом воздуха, чем и объясняется повышенная коррозия конденсатопроводов и оборудования. Для уменьшения коррозии, тепловых потерь и самого конденсата важным мероприятием открытых схем сбора является поддержание температуры возвращаемого конденсата не более 98°С и организация непрерывной откачки.

Важнейшим условием повышения срока службы водяных тепловых сетей является поддержание в трубопроводах избыточною давления не менее 0,05 МПа, предупреждающего подсос воздуха, и организация качественной подпитки. Непрерывное восполнение утечек сетевой воды приводит к постоянному обновлению качества воды, циркулирующей в системе. В закрытых водяных системах при нормативной подпитке за отопительный период производится 8 – 15-кратная смена воды, в открытых системах кратность обмена сетевой воды значительно выше. Следовательно, чем быстрее совершается процесс обновления воды в замкнутой системе, тем меньше различий качеств сетевой и подпиточной воды. В конечном счете некачественная подготовка подпиточной воды влечет за собой ускоренное корродирование и зарастание труб и греющих приборов накипью и шламом. В качестве ингибиторов (замедлителей) коррозии рекомендуются небольшие дозировки силиката натрия (жидкое стекло) или гексаметафосфата натрия в подпиточную воду, которые создают внутри труб защитные пленки. Жидкое стекло, кроме того, улучшает деаэрацию воды.

Контроль за состоянием внутренних поверхностей трубопроводов осуществляется с помощью индикаторов, установленных на характерных участках подающих и обратных линий.

Коррозионный индикатор представляет собой шлифованный с обеих сторон диск диаметром 60 мм и толщиной 2 – 3 мм с центральным отверстием 10 мм. Изготовляют индикатор из того же металла, что и контролируемую трубу. Индикаторные диски закрепляют по 3–5 шт. через 40 мм на стержне и устанавливают в трубе ребром к потоку воды. Перед установкой диски обезжиривают эфиром или спиртом и взвешивают. Через определенное время индикаторы вынимают из трубы, тщательно очищают от коррозии. По убыли массы пластин определяют скорость коррозии, а по состоянию поверхностей – глубину и неравномерность локального разъедания металла.

Допустимая скорость коррозии не должна превышать 0,05 мм/год, при проницаемости более 0,2 мм/год скорость коррозии считается аварийной. При аварийной коррозии необходимо срочно повысить качество обработки подпиточной воды. Коррозионные налеты, обнаруженные внутри труб, по возможности надлежит удалить чисткой или промывкой, так как смытые продукты коррозии, шламовые отложения повышают общую жесткость теплофикационной воды.

Наружная коррозия металла является следствием химических или электрохимических реакций, возникающих под воздействием окружающей среды. При химической коррозии металлы непосредственно вступают в химическое соединение с активными газами и жидкостями, насыщающими среду. В электрохимическом процессе коррозии разрушение металла происходит в результате соприкосновения с электролитами, при котором вместе с химическим взаимодействием возникает движение электрического тока. В грунтах содержатся многие агрессивные элементы, вызывающие электрохимические реакции, поэтому коррозию труб в грунте называют почвенной. Почвенной коррозии наиболее подвержены бесканальные прокладки, так как химические соединения, вымываемые влагой из грунта и теплоизоляции, имеют свободный доступ к поверхности труб.

Увлажнение теплоизоляции вызывает и выключение теплопроводов на ремонт.

Трубы из некорродирующих материалов пока не получили в тепловых сетях широкого распространения, поэтому важным средством защиты является антикоррозионное покрытие труб. Наиболее стойким является силикатное эмалирование труб. Силикатную стеклоэмаль изготовляют из смеси порошков кварцевого песка, полевого шпата, глины и буры. Стеклоэмаль хорошо противостоит коррозии при температуре теплоносителя до 200°С.

Битумные покрытия в немногом уступают стеклоэмалям. Изготовляют их из более доступных материалов. Наносить их можно непосредственно на трассе. Покрытия составляют из битума и асбестовых отходов (борулин), при добавке дробленой резиновой крошки получаются изол и бризол. Покрытия выпускают в виде рулонных материалов или мастик. Листовой борулин приклеивают на поверхности трубы по битумной грунтовке; термостойкость составляет 150°С. Такую же термостойкость имеют борулиновые мастики. Высокой антикоррозионной способностью обладает краска ЭФАЖС на эпоксидной смоле и другие покрытия (цинком, алюминием путем анодирования).

Электрическую коррозию металла вызывает блуждающий электрический потенциал между грунтом и трубопроводом. Источником блуждающих токов являются трамвайные и электрифицированные железные дороги постоянного тока. Часть обратных токов по рельсам рассеивается в почве и попадает на трубы (рис. 14.3). По сравнению с грунтом трубопровод имеет меньшее омическое сопротивление, поэтому вблизи теплопровода большая часть токов проходит по нему и снова выходит в почву к отсасывающим рельсам и шинам тяговой подстанции. Движением блуждающих токов на трубопроводе наводятся катодная (КЗ) и анодная (A3) зоны поляризации. Эти зоны разделяются нейтральной переходной зоной (ПЗ). На катодной зоне трубопровод имеет отрицательный потенциал по отношению к почве, а на анодной зоне – положительный. Электрокоррозия возникает в анодной зоне стоков электричества.

Коррозия под воздействием блуждающих токов протекает быстро, но захватывает небольшие участки труб, расположенных вблизи зоны рассеивания электричества.

Средства защиты сетей от блуждающих токов делятся на пассивные и активные. К пассивной защите относятся мероприятия, увеличивающие переходное сопротивление между грунтом и трубопроводом. Проще всего это достигается прокладкой сетей вдали от источников рассеивания тока без пересечения или сближения с рельсовыми путями электрифицированного транспорта. Допустимое расстояние между теплопроводом, прокладываемым параллельно с рельсовым транспортом, должно быть не менее 2 м от крайнего трамвайного рельса и 10 м от крайнего рельса электрифицированной железной дороги. При необходимости прокладки с меньшими расстояниями следует принимать повышенные антикоррозионные покрытия, использовать прокладки в каналах, в металлических (рис. 14.4) или железобетонных футлярах.

Пересечения с рельсами должны выполняться в каналах или футлярах с заглублением от подошвы рельс до верха подземного сооружения не менее 1 м. По обеим сторонам от пересечения на концах каналов и футляров сооружают камеры для наблюдения антикоррозионной защиты и изоляции. В этих камерах размещают приборы для измерения электрического потенциала и водоотливные насосы.

К активным способам защиты относятся дренажные, катодные и протекторные устройства. Дренажная защита предназначена для отвода электричества от трубопроводов к источнику тока. По принципу действия электродренажи бывают прямые и поляризованные. Прямые электродренажи обладают двусторонней проводимостью электричества. Применяют их редко, когда стоки электричества с рельсов малы. Поляризованные дренажи обеспечивают односторонний пропуск электричества с помощью вентильных устройств (выпрямителей) или поляризованных реле. Применяют их при положительном или знакопеременном потенциале трубопроводов по отношению к земле. Ток из трубопроводов, имеющих повышенный положительный потенциал по сравнению с рельсами, протекает по электрической цепи к рельсам (рис. 14.5). При этом разрушения трубопроводов не будет, так как ток отводится организованно по цепи.

Катодную защиту применяют для устранения электрохимической коррозии трубопровода на участках с высокой агрессивностью грунта, а также от блуждающих токов с небольшим положительным потенциалом. При катодной защите трубопроводы подключают к отрицательному полюсу постоянного источника тока. Положительный полюс источника тока соединяют с анодным заземлителем, размещенным вблизи трубопроводов. Ток с анодного заземлителя рассеивается в грунте и попадает на трубы, наводя на них катодную полярность. При таком движении электричества разрушается лишь анодное заземление. Протекторная защита состоит в наложении на 14.6 защищаемых трубах катодной полярности с помощью протекторов (рис.), создающих больший отрицательный потенциал по отношению к грунту. В результате, как и при катодной защите, ток от протек­тора, выполняющего роль анода, растекается в грунте, попадая на трубы, наводит на них катодную полярность. Под воздействием стоков электри чества на теплопроводы разрушается протектор.

Скорость электрической коррозии тем выше, чем больше сила блуждающих токов и меньше омическое сопротивление сооружения. Чтобы повысить электрическое сопротивление теплопроводов, длинные участки труб необходимо электрически изолировать друг от друга (искусственно секционировать участки электроизоли­рующими фланцевыми соединениями).

Эффективность катодной и протекторной защиты значительно улучшается с увеличением продольной проводимости защищаемого сооружения. С этой целью в местах установки задвижек, сальниковых компенсаторов делают шунтирующие перемычки. Перемычки необходимы между подающими и обратными трубопроводами для выравнивания разности потенциалов, возникающих в результате неодинакового разогрева металла. Подвижные и неподвижные опоры на защищаемом участке трубопровода должны выполняться из диэлектрических материалов и иметь электрическую изоляцию от грунта.