Доклад. Защита теплопроводов от коррозии
 Скачать 274.08 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» Кафедра «Промышленная теплоэнргетика» Доклад на тему: «Защита теплопроводов от коррозии» Выполнил: студент группы № МТЭ02д-22-01 Алеев Д.Р. Проверил: Ахметов Э.Р. Уфа, 2022 г. Введение Коррозия (лат. «corrosio» - разъедать) - естественное разрушение твердых тел, вызванное химическими процессами на их поверхности, под воздействием окружающей среды. Целью работы является изучение коррозионного воздействия на системы теплоснабжения и существующих методов борьбы с данным воздействием. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: - рассмотреть сущность коррозионного воздействия на материалы, его виды и факторы; - представить существующие способы борьбы с рассматриваемым видом разр ушения. 1) Процесс коррозионного разрушения систем теплоснабжения Теплоснабжение — снабжение теплом с помощью теплоносителя (горячей воды или пара) систем отопления, горячего водоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий и технологических потребителей. Самое распространенное в России отопление – водяное. В этом случае тепло передается в помещения горячей водой, содержащейся в приборах отопления. Вода, как теплоноситель, по сравнению с паром обладает рядом преимуществ: возможность осуществления центрального качественного регулирования отпуска тепла; поддержание необходимой по гигиеническим условиям температуры нагревательных приборов (в том числе ниже 100°С); снижение среднесуточного давления пара для нагрева воды, циркулирующей в тепловых сетях, а, следовательно, уменьшение расхода топлива при теплоснабжении от ТЭЦ; несложность присоединений к тепловым сетям; простота обслуживания и бесшумность в работе. Однако у данного теплоносителя имеется существенный недостаток, сказывающийся на всей надежности и экономичности тепловых установок и сетей – подверженность влиянию коррозии. Различают внутреннюю и внешнюю коррозию систем теплоснабжения. Повреждения, вызванные внутренней коррозией, обычно имеют вид небольших сквозных отверстий, когда дно коррозионной лунки достигает внешней поверхности трубы или щели в сварочном шве. Протечки через такие повреждения невелики, и их трудно обнаружить. Обычно они своевременно не устраняются. Сетевая вода, выходя под давлением из сквозного отверстия, увлажняет и разрушает гидро - и теплоизоляцию. В результате на наружной поверхности трубы создаются благоприятные условия для интенсивного развития наружной коррозии. В отличие от внутренней коррозии, наружная реализуется как сплошное утонение металла на большой площади. Когда толщина стенки трубы уменьшается до критической величины, она разрушается, образуя интенсивную протечку теплоносителя. Основной причиной внутренней коррозии водяных систем теплоснабжения является присутствие в сетевой воде растворенных коррозионно-активных газов: кислорода и диоксида углерода. В формировании коррозионных отложений в трубопроводах решающую роль играют процессы кислородной коррозии, протекающие в форме электрохимической коррозии в паре «металл - вода». Электрохимическая коррозия появляется в результате взаимодействия металла с электролитами и сопровождается протеканием электрического тока от одной части металла к другой. За счет этого в воде возникают гальванические элементы. При этом участки с более низким электрохимическим потенциалом являются анодами, а участки с более высоким электрохимическим потенциалом – катодами. Возникающая разность потенциалов вызывает перемещение электронов от анода к катоду, что обусловливает коррозию металла на анодных участках. Это резко сокращает срок службы водонесущего элемента. Кроме того, коррозионные отложения обусловливают существенное увеличение гидравлического сопротивления и, как следствие, перерасход электроэнергии на транспортирование воды. В системах хозяйственно-питьевого водоснабжения коррозия нежелательна еще и по той причине, что вызывает так называемое вторичное загрязнение транспортируемой воды. Основные агрегаты и трубы систем водо - и теплоснабжения изготавливают из углеродистой стали. В подогревателях, конденсаторах и охладителях устанавливают трубки из латуни, коррозионно стойкой стали и иногда из титана. Скорость коррозии стальных труб прямо пропорциональна концентрации растворенного кислорода и температуре воды. Интенсивность ее оценивается по шкале интенсивности внутренней коррозии - проницаемости язв в глубину металла (таблица 1). Теплосеть представляет собой протяженный замкнутый стальной контур с циркулирующим теплоносителем и локализованным источником поступления кислорода. Этим источником служит обычно подпиточная вода. Кислород в подпиточной воде присутствует в основном из-за неполной деаэрации сырой воды, присосах охлаждающей воды в охладителях деаэратора, вторичной аэрации в баках-аккумуляторах и присосах воздуха в подпиточном тракте. В теплосетях вода насыщается кислородом при завоздушивании системы, а также из-за присосов сырой водопроводной воды через неплотности подогревателей горячего водоснабжения (ГВС). Таблица 1 - Шкала интенсивности внутренней коррозии оборудования Группа интенсивности Скорость (проницаемость) коррозии, γ, мм/год Интенсивность коррозионного процесса 1 γ < 0,04 Слабая 2 0,04 < γ < 0,05 Средняя 3 0,05 < γ < 0,20 Сильная 4 γ > 0,20 Аварийная В открытых системах теплоснабжения с переменным расходом сетевой воды и неустойчивым гидравлическим режимом основной причиной попадания воздуха в сетевую воду является опорожнение местных систем отопления. 2 Методы защиты систем теплоснабжения от коррозионного разрушения Предупреждение коррозии оборудования систем теплоснабжения в настоящее время является актуальной проблемой. Однако решение ее осложняется рядом обстоятельств: 1) невозможность обеспечить крупные объекты водой из одного водозабора. Это вызывает необходимость использовать воду из различных водозаборов, состав воды в которых не только зависит от типа водозабора, но и изменяется во времени. Уменьшить потенциальную коррозионную агрессивность воды при необходимости ее смешения можно путем стабилизации перед пуском ее в магистральный водопровод. Возможно, что в некоторых случаях более рационально было бы автономное водоснабжение по отдельным заводам (предприятиям, участкам); 2) отсутствие технико-экономических обоснований в проектах на строительство систем горячего водоснабжения. 3) низкое качество цинкового покрытия на трубах; 4) непосредственный контакт оцинкованных и неоцинкованных труб, а также сварка оцинкованных труб, вызывающая повреждение покрытия; 5) периодическое оголение мокрой поверхности трубопроводов (при спуске воды из систем из-за недостаточного напора) без защиты от коррозии при простаивании оборудования; 6) повышенная концентрация кислорода из-за подсоса воздуха вследствие плохого технического состояния системы. При использовании воды как теплоносителя ее состав оптимален, если при повышенной температуре на внутренних поверхностях не возникает коррозия металла и не происходит выделения осадков карбоната кальция. Для поддержания такого состава воды необходимо контролировать параметры: водородный показатель pH, содержание кислорода и диоксида углерода, общая жесткость, щелочность, концентрация хлоридов и сульфатов. При получении кондиционированной воды для тепловых сетей руководствуются нормами качества воды для подпитки тепловых сетей СНиП 11-36-73 «Тепловые сети. Нормы проектирования». В сетях горячего водоснабжения и при открытой системе теплоснабжения вода для подпитки также должна удовлетворять требованиям ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая». Сетевая вода теплоснабжения должна удовлетворять следующим нормам: - свободная углекислота — отсутствие; - растворенный кислород — 0,1мг/л, - рН — 6,5 — 8,5; - карбонатная жесткость — 1,5 ммоль/л; - взвешенные частицы — не более 5 мг/л. В системах отопления во избежание общей коррозии медных труб рекомендуется поддерживать значение рН =7,5-9,0, щелочность (НСО3) не менее 70мг/л соотношение НСО3/SО4 >1, содержание хлорида <50 мг/л, содержание твёрдых веществ < 7 мг/ л, и содержание углекислого газа не более 45 мг/л. Для предотвращения электрохимической коррозии металлов в воде при взаимодействии с медью применяют: защитные и изолирующие покрытия, ингибирование и деаэрация воды, а также другие методы. Самый простой способ — использовать толстостенные стальные трубы, создавая, таким образом, запас металла на коррозию. А уменьшая коррозионную активность воды водоподготовкой, можно довести срок использования стальных трубопроводов до 20-30 лет. Для уменьшения коррозии металлы легируют или используют сплавы с высокой коррозионной стойкостью. Нержавеющие стали созданы путем легирования железа никелем, хромом, кобальтом; и в результате поверхностная коррозия в них идет с малой скоростью. В последнее время количество трубопроводов из нержавеющий сталей растет. Высокой коррозионной стойкостью обладают никель, алюминий, медь, титан и сплавы на их основе. Их применение, несмотря на значительную стоимость, позволяет создавать инженерные конструкции практически не подверженные коррозии, а потому, с учетом эксплуатационных расходов экономически более оправданные. В случаях, когда нет возможности применять металл с высокой коррозионной стойкостью, для защиты металлов от коррозии их поверхность покрывают пленками из лака, красок, эмалей или других металлов. Покрытия только защищают поверхность металла от воздействия кислорода, воды и иных агрессивных агентов и поэтому очень важно качество таких покрытий. Для защиты поверхности используют покрытие металлами, корродирующими с малой скоростью, например: никелем, платиной, медью, золотом, серебром, цинком, кадмием, алюминием, оловом и другими. Самая распространенная защита железа и сталей — цинкование. Такие покрытия хорошо защищают основной металл от коррозии при сохранении его целостности. Однако при его нарушении (царапины, трещины) в присутствии электролита возникает гальванический элемент и начинается электрохимическая реакция. Для защиты металлов используют также силикатные покрытия — эмали. Эмалевые покрытия наносят на сталь, чугун, медь, латунь и алюминий. Эмали обладают высокими защитными свойствами, которые обусловлены их непроницаемостью для воды и газов, а также высокой стойкостью при повышенных температурах. Нерастворимые продукты коррозии, покрывая поверхность металла, защищают ее, делая коррозию затухающей. Естественным образом это происходит у меди при появлении патины или формирование оксидного слоя у алюминия. Для защиты других металлов их поверхность пассивируют, то есть искусственно создают плотные оксидные или солевые труднорастворимые пленки, препятствующие разрушению основного вещества. Катодные и анодные ингибиторы замедляют соответствующие электродные реакции. Силикаты относятся к ингибиторам коррозии смешанного действия, уменьшая скорости как катодной, так и анодной реакций. Хроматы и бихроматы натрия и калия используются как ингибиторы коррозии железа, оцинкованной стали, меди, латуни и алюминия в промышленных водных системах. Пигменты красок или грунтовок могут быть ингибиторами коррозии, например: хроматы стронция, свинца и цинка (SrCrO4, PbCrO4, ZnCrO4). Наиболее простым ингибитором атмосферной коррозии является нитрит натрия NaNO2. Часто органические ингибиторы более эффективны, чем неорганические. Одним из наиболее эффективных методов борьбы с коррозией является электрохимическая защита. Для защиты, например, подземных трубопроводов их подключают в качестве катода к внешнему источнику тока. В качестве анода используются вспомогательные инертные электроды. Защита металла другим, более активным металлом эффективна и без наложения разности потенциалов. Для защиты трубопровода используют протектор – анод из более активного металла (для железа это магний, цинк, алюминий), который постепенно разрушается, защищает основной металл. С помощью одного магниевого анода защищают до 8 км трубопровода. Защитой от разрушения блуждающими токами является соединение металлическим проводником участка конструкции, с которого стекает блуждающий ток, с рельсом, по которому движется трамвай или электропоезд. Основной вклад в коррозию металла трубопроводов вносит внешняя среда. В связи с этим используют изоляционные покрытия, уделяя особое внимание защите сварных стыковых соединений. При прокладке трубопроводов в грунте для снижения кислотности почвы проводят известкование и иные меры, уменьшающие коррозионную активность среды. 2.1 Борьба с коррозией парогенераторов во время работы К профилактическим мероприятиям борьбе с коррозией относятся: а) удаление из воды коррозионно-агрессивных примесей; б) нейтрализация — перевод агрессивных примесей в неопасные соединения без удаления их из воды — пассивация: сульфитирование, ввод гидразина, ввод аммиака и летучих аминов, щелочение, ввод нитрата натрия (селитры NaNO 3 ) и др.; в) создание временных защитных пленок на коррозирующей поверхности при помощи трилона или гидразина (магнетитовая пленка) и др.; г) применение материалов, стойких против коррозии в данной среде: нержавеющей стали, медных сплавов, пластмасс, различных противокоррозионных, органических покрытий, лужение, оцинкование и эмалирование коррозируемой поверхности; д) безопасный тепловой и химический режим эксплуатации теплосилового оборудования, обеспечивающий создание и сохранение на омываемой водой (или паром) поверхности металла защитной магнетитовой пленки, предупреждающей пароводяную коррозию, не допускающей появления межкристаллитных или иных трещин вследствие чрезмерных и переменных напряжений металла, включая недопущение быстрых и частых растолок (остановок) котлов и чрезмерно высокой разности температур в теле барабанов и их элементов, недопущение резких и частых колебаний температуры металла (свыше 30 — 40 °С). Защита металла от местного перегрева или охлаждения; постоянная щелочность котловой воды ± 0,2 рН; е) применение гальванических способов предотвращения коррозии в высокоминерализованной воде — изменение направления возникающих при элетрохимической коррозии гальванических токов путем применения катодной или протекторной защиты, при которой поражается коррозией не металл оборудования, а специально введенные в аппарат куски металла (чугун при катодной защите, цинк или сплав алюминия с цинком и магнием при протекторной защите); ж) предупреждение наружной коррозии трубопроводов, особенно тепловых сетей в почвенных или проникающих в каналы водах при наличии блуждающих токов от расположенных вблизи кабелей, рельсов электрифицированного транспорта и др.; з) создание на внутренней поверхности временных защитных нитритных, железосиликатных или магнетитовых пленок. и) соблюдение оптимальных величин рН и концентраций гидразина, комплексонов, фосфатов; к) хорошее состояние термозащитных рубашек и других устройств, предупреждающих попадание «холодной» (t < t кип ) воды и растворов на стенки барабанов. Проверка их состояния при капитальных ремонтах; л) поддержание скорости питательной воды в экономайзере большей 0,3 м/с, так как при малой скорости движения воды пузырьки выделившихся из воды коррозионно активных газов оседают на стенках труб. 2.2 Борьба со стояночной (кислородной) коррозией парогенераторов, находящихся в резерве или ремонте Методы борьбы со стояночной коррозией делятся на сухие и мокрые. Простейшим методом борьбы со стояночной коррозией парогенераторов являются спуск из них еще горячей воды с температурой 80 °С и высушивание путем открывания всех лючков, лазов и воздушников для выхода образующегося пара. При длительной стоянке парогенераторов в резерве в барабаны их после опорожнения и высушивания помещают противни с влагопоглотителем (хлористым кальцием CaCl 2 , негашеной известью CaO, силикагелем (высушенный золь кремниевой кислоты H 2 SiO 3 ) и др.) и герметически закрывают все лазы, лючки, арматуру. Состояние влагопоглотителя проверяют каждые 3—6 месяцев и в случае расплывания CaCl 2 или разрушения комков СаО в результате превращения их в Са(ОН) 2 влагопоглотители заменяют свежими. Применяют также вытеснение влажного воздуха из отглушенных парогенераторов и заполнение их сухим азотом (99,5 % N 2 ) или сухим газообразным аммиаком и поддержание в заполненных этими газами парогенераторах избыточного давления (0,01 - 0,1 МПа). Новейшими способами создания защитной пленки магнетита или силиката железа на внутренней поверхности выводимого в резерв или ремонт и опоражниваемого парогенератора являются гидразинный, комплексонный, силикатный и известковый. «Мокрые» методы консервации допустимы при плюсовых температурах и более удобны, чем "сухие", но они пригодны только при сохранении воды или консервирующего раствора в парогенераторе. К ним относятся также: а) пребывание парогенераторов в горячем резерве с поддержанием в них избыточного давления 0,3 - 0,5 МПа паром от других парогенераторов, от деаэраторов, от отборов турбин, от расширителей непрерывной продувки, от линии собственных нужд или растопочной; б) заполнение парогенератора деаэрированной водой и поддержание в нем давления выше атмосферного в самой верхней точке котла (воздушник). Давление в нем поддерживается при помощи деаэрированной питательной или сетевой воды как после деаэраторов ДП (0,5 — 0,7 МПа), так и после питательных насосов. В тех случаях, когда невозможно законсервировать оборудование и трубопроводы, находящиеся в резерве, ни одним из упомянутых выше способов, их заполняют до воздушников обычной технической водопроводной недеаэрированной водой с возможно более низкой температурой (1 — 25 °С). Протекание воды через консервируемый аппарат или трубопровод при этом недопустимо. В верхней точке консервируемого аппарата (воздушник) должно поддерживаться избыточное давление 0,1 — 0,3 МПа. 2.3 Борьба с коррозией тепловых сетей Защита закрытых тепловых сетей от внутренней коррозии сетевой водой при небольших размерах подпитки осуществляется путем: а) деаэрации подпиточной воды в вакуумных или атмосферных деаэраторах; б) декарбонизации воды - удаления из нее растворенной свободной или связанной углекислоты обработкой ее известью (едким натРОМ, аммиаком); в) использование для подпитки закрытых систем теплоснабжения продувочных вод парогенераторов, испарителей, паропреобразователей, отмывочных вод анионитных фильтров, не содержащих солей жесткости, свободной углекислоты и кислорода. Использование этих видов воды возможно только при невысоком солесодержании ее, отсутствии потребителей горячей воды водоводяных теплообменников с трубками из медных сплавов и невозможности попадания горячей щелочной воды в нагреваемую среду; г) применения в теплообменных аппаратах трубок из стойких медных сплавов. д) сульфитирования для связывания кислорода (имеется ввиду безводный сульфит натрия Na 2 SO 3 , – соль сернистой кислоты H 2 SO 3 , - который окисляется до сульфата Na 2 SO 4 ); е) создания на внутренней поверхности труб защитной пленки карбонатов, фосфатов или силикатов. Защита от коррозии не работающих в летний период тепловых сетей и систем горячего водоснабжения достигается вводом в сетевую воду 1000 мг/л силиката натрия, создающего плотную темную стекловидную пленку силиката железа на внутренней поверхности сетевого трубопровода. Их следует оставлять заполненными непроточной водопроводной (даже не деаэрированной) водой под давлением 0,2 — 0,3 МПа в верхней точке системы. 2.4 Защита от коррозии водоподготовительного оборудования Борьба с коррозией водоподготовительного оборудования, вызываемой в основном высокой минерализованностью и кислой (рН < 7) реакцией воды и растворов, наличием в них кислорода и углекислоты, ведется как применением коррозионностойких материалов (нержавеющая сталь, бронза, латунь, пластмассы, дерево), так и нанесением на поверхность стали противокоррозионных покрытий. Практически все оборудование и трубопроводы водоподготовительных установок должны защищаться от коррозии, чтобы не заносить оксиды железа в последующие аппараты, трубопроводы и парогенераторы. В зависимости от типа и назначения водоподготовительного оборудования, реакции и температуры обрабатываемой в нем воды рекомендует применять следующие защитные покрытия: а) осветлители: при коагуляции (рН 6,5-7,5; t=20-25 °С) защищают всю внутреннюю поверхность, при известковании (рН 9,5-10,5; t=20-40 °С) только верхнюю часть перхлорвиниловыми или эпоксидными покрытиями; б) фильтры механические осветлительные зернистые (рН 6,5—7,5; t до 40 °С) обкладывают сырой резиной с последующей вулканизацией или эпоксидной шпатлевкой (иногда по стеклоткани); при рН 9,5—10,5 защита верхней части необязательна, необходимы только коррозионностойкие дренажи; в) Na—Н-катионитные и анионитные фильтры, в том числе ФСД и выносные регенераторы (рН < 10,0-14,0; t=20-40 °С), обкладывают сырой резиной с последующей вулканизацией под давлением, перхлорвиниловыми покрытиями (иногда по стеклоткани). При котлах низкого давления (< 1,3 МПа) защита Na-катионитных фильтров необязательна; г) стальные резервуары для конденсата, предочищенной, декарбонизованной, химически обработанной, умягченной частично, глубоко и полностью обессоленной воды (рН 2—11; t=20-40 °С) — обкладка сырой резиной с последующей вулканизацией открытым способом. Применяются также эпоксидная шпатлевка, перхлорвиниловые покрытия; д) резервуары и мерники для растворов кислот (HCI < 35 %; H 2 SO 4 < 75 %), коагулянта, солей, щелочей (NaOH, КОН), комплексонов (ЭДТК — ЭДTNa 2 ) защищаются обкладкой сырой резиной с вулканизацией открытым способом, эпоксидной шпатлевкой перхлорвиниловыми покрытиями; е) деаэраторы, дренажные баки, баки горячего конденсата, баки- нейтрализаторы и другие баки (рН 6—9; t=90-100 °С) защищают эмалью ВЛ- 515, а также силикатной краской ВЖС-41 и др.; ж) железобетонные ячейки и резервуары для соли, коагулянта и других нейтральных или кислых реагентов футеруют кислотоупорными плиткой; з) баки-аккумуляторы для сетевой воды и воды горячего водоснабжения защищают от коррозии при помощи катодной защиты, "одеялом" из герметика А-4 или водостойкой силикатной краской ВЖС-41; и) фундаменты насосов, перекачивающих кислоты, полы в помещениях, где установлены эти насосы и проложены трубопроводы кислых растворов, а также стенки и дно каналов для кислых стоков изолируются кислотостойкой плиткой, по пластмассовому или битумнорубероидному слою с расшивкой швов замазкой "Арзамит" или кислотоупорной силикатной замазкой, а также асфальтируются. 2.5 Удаление отложений Если отложения и загрязнения из труб не удаляются путем продувки воздухом со скоростью > 5 м/с, промывки водой или водовоздушной смесью со скоростями > 3 м/с или механическим путем (шарошками), то прибегают к химическому удалению отложений. Новые парогенераторы с давлением < 10 МПа перед пуском только щелочатся. Вновь смонтированные котлы и трубопроводы обычно загрязнены ржавчиной, песком, сварочным гратом, нередко кусками электродов и другими механическими предметами, оставшимися после монтажа. Эксплуатировавшиеся котлы загрязнены обычно отложениями оксидов железа, внесенными питательной водой, реже медью (продуктом коррозии латунных трубок конденсаторов и подогревателей), карбонатами, фосфатами и силикатами железа, кальция и магния. Загрязнения труб систем тепловодоснабжения не должны увеличивать потери напора в них более чем на 0,1 МПа при номинально расчетных расходах воды по сравнению с чистыми трубами. При послемонтажной промывке труб парогенераторов их заполняют водой, дренируют ее из всех нижних точек полностью для удаления механических загрязнений и затем щелочат для удаления маслянистых загрязнений и частичного растворения (размягчения) кремнекислых отложений (песок, цемент и т.п.). После этого проводят кислотные промывки, обязательные только для паровых котлов с давлением 10 МПа и выше, для удаления продуктов коррозии. Химическая (кислотная) промывка, как правило, проводится ингибированной соляной кислотой при 60 — 70 °С с циркуляцией или без нее (так называемое "травление"). Чугунные, секционные, паровые и водогрейные котлы промывать соляной кислотой не рекомендуется из-за возможности разрушения многочисленных резьбовых соединений и прокладок. Предпусковые промывки котлов высокого и сверхвысокого давления с поверхностями из аустенитных сталей должны проводиться без использования соляной кислоты и едкого натра. Применяются фталевая кислота (ангидрид) и композиция комплексона с фталевой, серной, лимонной. Водная отмывка с добавлением аммиака до рН 9,5-10,0 и пассивация гидразином с аммиаком при рН 10—10,5 и температуре до 160 °С. Заключение Снижение надежности трубопроводов и их разгерметизация значительно увеличивают непроизводственные затраты по эксплуатации тепловых сетей, на предприятиях, в дорожно-транспортном хозяйстве и благоустройстве города, увеличивают расходы на ликвидацию последствий аварийных ситуаций и подтопления территорий. В связи с этим защита систем теплоснабжения от различных видов коррозии является одной из важных задач, стоящих при эксплуатации и монтаже элементов теплоснабжения. В настоящее время происходит активное использование всего спектра методов по устранению такого явления в системах теплоснабжения, как коррозия. Также ведутся многочисленные разработки по выявлению новых, более эффективных и экономически выгодных, способов снижения разрушающего воздействия теплоносителя на материал элемента системы. |