Электрохимическая коррозия в котельных установках

Скорость электрохимической коррозии тем меньше, чем больше поляризация. Поляризация характеризуется величиной перенапряжения.

Поляризация бывает трех типов:

- электрохимическая (при замедлении  анодного или катодного процессов);

- концентрационная (наблюдается, когда скорость подхода деполяризатора к поверхности и отвода продуктов коррозии мала);

- фазовая (связана с образованием  на поверхности новой фазы).

Электрохимическая коррозия наблюдается также при контакте двух разнородных металлов. В электролите они образуют гальванопару. Более электроотрицательный из них будет анодом. Анод в процессе будет постепенно растворяться. При этом идет замедление или даже полное прекращение электрохимической коррозии на катоде (более электроположительном). Например, при контакте в морской воде дюралюминия с никелем интенсивно  растворятся, будет именно дюралюминий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 КОРРОЗИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

 

В практике эксплуатации теплосилового оборудования электростанций наиболее часто встречается коррозия, вызываемая электрохимическими процессами, состоящими в том, что на участках, именуемыми анодами, металл будет переходить в раствор в виде двухвалентного

иона Fe2:  2e               2eFe2+                  Fe2+

Остающиеся в металле свободные электроны «е» будут по металлу перемещаться на участки с более положительным потенциалом, которые называются катоды. Для протекания электрохимического процесса коррозии необходимо, чтобы свободные (некомпенсированные)   электроны непрерывно удалялись с катодных участков. В противном случае происходит выравнивание потенциалов электродов, и процесс коррозии прекращается.

Уменьшение начальной разности потенциалов электродов гальванического коррозионного элемента, приводящие к уменьшению интенсивности коррозии,

называется поляризацией. Электродные процессы, уменьшающие поляризацию, то есть интенсифицирующие  коррозию,  называются  деполяризацией,  а  вещества, способствующие деполяризации, деполяризаторами. Роль деполяризаторов могут выполнять окислители различного рода, то есть вещества, способные присоединять электрон. В условиях водного режима электростанции роль деполяризаторов чаще всего выполняют растворённые в воде кислород (кислородная деполяризация): О2+4e+ 2H2O                 4OH-

или ионы водорода (водородная деполяризация): 2H+ +2e            2H             Н2

Чаще всего эти катодные процессы протекают параллельно, если для этого существуют необходимые условия. Как показывает опыт эксплуатации, роль деполяризатора могут выполнять и нитриты, то есть соли азотистой кислоты HNO2. Вероятное течение процессов может быть описано в следующей реакции:

                                                                                 NO2+Н2О+e NO+2OH            

Возможны и другие схемы протекания процесса деполяризации, в котором принимают участия нитриты. Деполяризатором могут явиться также ионы меди Cu2+ +2e             Cu и железа   Fe3+ +e              Fe2+

Система, состоящая из анода и катода, представляет собой гальваническую пару (гальванических элементов). В таких системах, как и в обычных гальванических элементах, в растворе электролита происходит движение катионов к катоду и анионов к аноду, что делает электрическую цепь элемента замкнутой. Следовательно, для протекания электрохимического коррозионного процесса необходимо возникновение гальванической пары, то есть двух участков на поверхности металлов с различными потенциалами, а так же электролита, в который погружены эти участки металла и деполяризаторов. Если не выполнено хотя бы одно из этих условий, то возможность протекания процессов коррозии исключается.

Результатом электрохимической коррозии с кислородной деполяризацией является образование гидрозакиси железа Fe(OH)2, которая растворённым в воде кислородом переводится в гидроокись:

2FeОН2 +1/2 О2 + Н2О=2FeОН3

Примером химического процесса коррозии является реакция перегретого пара с железом:

3Fe+ 4H2O            Fe3O+4H2

Реакция сопровождается выделение водорода.

Скорость коррозии может быть выражена массой металла, разрушенного за 1 год (8760 ч) на 1 м2 его поверхности. Ее можно также выразить глубиной проникания коррозионных повреждений в толщу металла за 1 год, П, мм/год. При равномерной коррозии для чёрных металлов действительно соотношение П = 1,12 К. Среди различных видов электрохимической коррозии наибольшую опасность для паровых котлов представляет межкристаллитная коррозия, отличительной особенностью которой является то, что металл разрушается по границам кристаллитов (зёрен). Эти разрушения проявляются вначале в виде весьма мелких не видимых невооруженным глазом трещин, проходящих по границам кристаллитов. Межкристаллитная коррозия возникает при одновременном действии следующих трех  факторов:  высоких растягивающих напряжений  в  металле; неплотностей в заклепочных швах и вальцовочных соединениях; агрессивных свойств котловой воды. Если один из этих факторов отсутствует, то межкристаллитная коррозия маловероятна.

Агрессивность котловой воды зависит от состава растворённых в ней веществ и их концентрации. Среди этих веществ наиболее важную роль играет едкий натр. Агрессивность котловой воды в отношении хрупких разрушений при прочих равных условиях в значительной мере зависит от относительной щелочности, %, котловой воды. Принято считать, что допустимое значение относительной щелочности котловой воды ЩОТ не должно превышать 50%. Если в питательную систему добавляют умягченную воду, то относительная щелочность воды зависит от состава исходной воды и метода ее обработки.

Наиболее радикальной мерой борьбы с агрессивностью котловой воды является полное удаление из неё свободной натриевой щелочи. Режим котловой воды, при котором в ней отсутствует свободный NaOH, получил название нуль-каустического режима, или режима чисто фосфатной щелочности. Он может быть практически осуществлен при питании котлов конденсатом и применяется на установках высокого давления. При осуществлении, режима чисто фосфатной щелочности необходимо в большей или меньшей мере вести связывание, т. е. нейтрализацию едкой щелочи.

 

 

 

 

 

 

2. СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ КОРРОЗИИ

 

Известные способы предотвращения коррозии можно разделить на три группы:

активные, влияющие на природу металла и электролита или изменяющие механизм и кинетику коррозионных процессов. К ним относятся: специальное легирование для повышения коррозионной стойкости металла; устранение причин, вызывающих коррозию; применение электрохимической (катодной и анодной) защиты, изменяющей механизм и уменьшающей скорость коррозионных процессов; уменьшение агрессивности коррозионной среды путём изменения её состава или введения ингибиторов коррозии;

пассивные, не влияющие на природу металла и механизм коррозии и осуществляемые путём изоляции конструкций от коррозионной среды с помощью лакокрасочных и других неметаллических покрытий;

пассивно-активные, не влияющие на природу металла и осуществляемые путём изоляции конструкций от коррозионной среды с помощью металлических и неметаллических неорганических покрытий.

Специальное легирование предусматривает повышение коррозионной стойкости металлов за счёт введения в них элементов, обеспечивающих повышение термодинамической устойчивости металла или образование на поверхности защитной (оксидной) пленки. Во многих случаях применение коррозионностойких металлов является единственным способом предотвращения коррозии. Однако этот перспективный способ пока ещё не нашёл широкого распространения. Во-первых, весьма сложно одновременно обеспечить необходимые прочностные свойства металла и высокую коррозионную стойкость; во-вторых, легирование не может полностью предотвратить коррозию, при местном разрушении защитной пленки возможно язвенное разрушение металла; в-третьих, из-за несовершенства

защитной плёнки не исключается необходимость применения дополнительных методов защиты; в-четвёртых, не для всех сред возможно создание пассивирующихся металлов; в-пятых, применение высоколегированных металлов не всегда экономически оправдано.

К устранению причин, вызывающих коррозию, относятся: рациональное проектирование конструкций — правильный выбор материалов, формы и расположения элементов, исключение опасных контактов между разнородными металлами; предотвращение утечки тока через поверхность раздела металлическая поверхность конструкции — агрессивная среда; защита от блуждающих токов. Этот способ не требует специальных затрат и является обязательным при создании и эксплуатации конструкции.

Следует отметить, что устранение причин коррозии не исключает необходимости применения средств защиты, но упрощает (облегчает) их осуществление.

Электрохимическая (катодная и анодная) защита, переводящая металл в

нереакционноспособное состояние путём поляризации, применяется в основном в достаточно электропроводных электролитах. Защита с помощью катодной поляризации используется в сочетании с лакокрасочными и другими изоляционными покрытиями. При этом обеспечивается сдвиг потенциала металла в отрицательную сторону на величину, предотвращающую  процесс  коррозии.  Анодная  защита  является,  как  правило, самостоятельным  способом,  обеспечивающим  предотвращение  коррозии  путём формирования и поддержания на поверхности склонного к пассивации металла защитной пленки. Рассматриваемые способы относятся к наиболее простым и получили широкое распространение для защиты от коррозии крупногабаритных и часто труднодоступных конструкций (например, корпусов морских судов, нефтегазопроводов, различных подземных и подводных коммуникаций).

Уменьшение агрессивности среды достигается деаэрацией (удалением растворенных газов-окислителей), изменением рН электролитов, замещением агрессивной газовой среды инертными газами; введением в газовую или жидкую среду ингибиторов, обеспечивающих подавление коррозии в результате их адсорбции на поверхности и её изоляции или изменения механизма и кинетики коррозионных процессов.

Рассматриваемый способ имеет несомненный интерес и получает распространение. Однако он также не является универсальным и может быть рекомендован, прежде всего, для защиты внутренних поверхностей ограниченных объёмов (цистерн, резервуаров), некоторых трубопроводов и систем.

Изоляция конструкций от коррозионной среды с помощью лакокрасочных и других неметаллических (полимерных) покрытий — самый древний и наиболее универсальный способ защиты металлов. Однако имеется много случаев, когда применение изоляционных покрытий тесно связано с рядом неудобств и трудностей или они не могут быть рекомендованы. При работе металлов с изоляционными покрытиями в электролитах (например, в морской воде или почве) не исключено их местное разрушение даже в период гарантированного срока службы покрытий. Оголенные от покрытий участки становятся активными анодами по отношению к поверхности с не разрушенным покрытием и подвержены интенсивной язвенной коррозии, скорость которой значительно превосходит скорость коррозии незащищенного «покрытием металла. В этих случаях применение изоляционных покрытий часто не может считаться надежным способом предотвращения коррозии и требуется использование дополнительного (вспомогательного) способа защиты оголенных участков поверхности (например, электрохимической).

Изоляция конструкций от коррозионной среды с помощью металлических (например, гальванических) и неметаллических неорганических (например, оксидных) покрытий во многих случаях является единственно приемлемым способом защиты металла.

Особенно это касается химической аппаратуры, где не допускается образование каких-либо побочных продуктов, способных нарушить технологический процесс, а также в тех случаях, когда конструкционные материалы совершенно нестойки и должны перекрываться металлом, не подверженным коррозии в данной агрессивной среде. Область применения рассматриваемых покрытий достаточно широка. В основном они используются для небольших весьма разнообразных деталей и конструкций.

Таким образом, все известные способы защиты металлов от коррозии, имея определенные отличительные особенности и преимущества, не являются универсальными. Для выбора оптимального из них для каждого конкретного случая необходимо рассматривать всю совокупность их свойств. Предпочтение тому или иному способу может быть отдано только на основе анализируемых требований к защите определенной конструкции с учётом особенностей её эксплуатации и технико-экономического обоснования.

Для предотвращения  кислородной коррозии используют деаэрацию питательной воды. Заключительной стадией технологического процесса приготовления питательной воды для паровых котлов является удаление растворённых в ней агрессивных газов, в первую очередь кислорода, а также диоксида углерода, вызывающих коррозию металла теплосиловых установок. Кислородная коррозия является наиболее опасной, так как она проявляется на отдельных участках поверхности металла в виде небольших язвин и развивается в глубину металла вплоть до образования сквозных свищей. Для современных паровых котлов большой паропроизводительности даже самая незначительная концентрация растворённого в питательной воде кислорода может быть причиной нарушения нормальной работы и выхода из строя отдельных элементов их, из которых в первую очередь обычно подвергается коррозии водяной экономайзер.

 

Таким образом, для обеспечения надёжной эксплуатации современных паровых котлов необходимо стремиться к практически полному отсутствию в питательной воде растворённого кислорода.

 

Процесс удаления из воды растворённых газов носит название дегазации или деаэрации. В настоящее время известно несколько способов деаэрации— термический и химический.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ