ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2022-1-43-52ipolytech-575Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGПовышение коррозионной стойкости внутренних поверхностей энергетического оборудованияImprovement of corrosion resistance of internal surfaces in power-generating equipmentГерасимоваН. П.GerasimovaN. P.

Герасимова Наталья Павловна - кандидат химических наук, доцент, доцент кафедры теплоэнергетики.

664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Natalia P. Gerasimova - Cand. Sci. (Chemistry), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Heat Power Engineering.

83, Lermontov St., Irkutsk 664074

gerasimova@istu.eduКовальТ. В.KovalT. V.

Коваль Татьяна Валерьевна - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры теплоэнергетики.

664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Tatyana V. Koval - Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Heat Power Engineering.

83, Lermontov St., Irkutsk 664074

kovaltv@istu.irk.ruИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation2022040420222614352Copyright © Герасимова Н.П., Коваль Т.В., 20222022Герасимова Н.П., Коваль Т.В.Gerasimova N.P., Koval T.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/575

Цель – изучение возможности влияния индукционных токов на повышение надежности работы оборудования тепловых электростанций путем увеличения коррозионной стойкости внутренних поверхностей энергооборудования (поверхностей нагрева котельных агрегатов). Стойкость к коррозии возрастает за счет повышения прочности оксидной пленки, образующейся при пассивировании (оксидировании). Для повышения прочности защитной пленки применен способ электрохимического пассивирования металлической поверхности, основанный на использовании индукционных токов. С помощью метода многомерного математического моделирования многопараметрических и многофункциональных процессов установлено, что для змеевикового экономайзера парового котла, состоящего из стальных труб с внутренним диаметром 32 мм (при параллельно включенных 24 змеевиках), обработка водным раствором окислителя (кислорода) должна осуществляться не менее 4 ч при пропускании по всей системе труб переменного тока 25 А. При этом дозирование кислорода в водный раствор должно производиться при температуре 130–450оС и концентрации кислорода 1 г/кг, со скоростью воды 0,5–5,0 м/с. Показано, что периодичность обработки зависит от условий эксплуатации оборудования: предпускового режима, останова или консервации. Эффективность способа также зависит от величины электрического тока, пропускаемого по металлической поверхности, продолжительности обработки, концентрации окислителя, типа и размеров обрабатываемой металлической поверхности. Предлагаемый способ пассивации можно применять как в барабанных, так и в прямоточных котлах. Например, пассивацию экранных поверхностей нагрева рекомендуется проводить в растопочном режиме при 30–40% нагрузке котла, также как и пассивацию пароперегревательных поверхностей котельных агрегатов и экономайзеров. Таким образом, применение способа электрохимического пассивирования позволит повысить коррозионную стойкость металлической поверхности оборудования тепловых электрических станций.

We investigate the possibility of using induction currents for improving the reliability of thermal power plants by increasing the corrosion resistance of internal surfaces of power-generating equipment, such as heating surfaces of boiler units. Corrosion resistance can be enhanced by improving the strength of an oxide film formed during passivation (oxidation). In this work, the oxide film strength was increased by electrochemical passivation of metal surfaces with induction currents. Using the method of multidimensional mathematical modeling of multi-parametric and multi-functional processes, we established that, for a continuous-loop economizer of a steam boiler comprising steel pipes with an inner diameter of 32 mm (24 coils operated simultaneously), an aqueous oxidant (oxygen) solution should be passed through the entire system of pipes for 4 h at an alternating current of 25 A. Under this treatment, oxygen should be added into the aqueous solution at a temperature of 130–450°C, an oxygen concentration of 1 g/kg, and a water flow rate of 0.5–5.0 m/s. Treatment intervals should be determined depending on the operating conditions of the equipment: reset, shutdown, or preservation. The efficiency of the method depends on the electric current passed over metal surface, treatment duration, oxidant concentration, as well as the type and size of the treated metal surface. The proposed passivation method can be used in both drum boilers and single-pass boilers. For example, it is recommended that passivation of water walls be carried out during boiler warm-up operation at 30–40% of boiler load, as well as passivation of superheat surfaces of boiler units and economizers. Therefore, the use of electrochemical passivation can increase the corrosion resistance of metal surfaces of power-generating equipment at thermal power plants.

коррозионное разрушениекотельный агрегатнадежность работы энергоборудованиявнутренняя коррозияпассивацияоксидированиеcorrosion destructionboiler unitreliability of power-generating equipmentinternal corrosionpassivationoxidationReferencesВоронин С. В. Влияние коррозии на оборудование топливно-энергетического комплекса // Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности: сб. науч. статей V Междунар. науч. конф. (г. Казань, 30–31 мая 2020 г.). Казань: ООО «Конверт», 2020. Ч. 1. С. 52–54.Voronin S. V. Corrosion effect on fuel and energy complex equipment. In: Prioritetnye napravleniya innovacionnoj deyatel'nosti v promyshlennosti: sbornik nauchnyh statej pyatoj mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii = Priority directions of innovation activity in industry: collected scientific articles of the fifth international scientific conference. 30–31 May 2020, Kazan, Kazan: ООО “Konvert”; 2020;1:52-54. (In Russ.).Томаров Г. В., Шипков А. А. Применение программных средств прогнозирования скорости эрозии-коррозии для обеспечения целостности оборудования и трубопроводов энергоблоков АЭС // Теплоэнергетика. 2020. № 8. С 101–112. https://doi.org/10.1134/S0040363620080056.Tomarov G. V., Shipkov A. A. Application of software tools for predicting the corrosion-erosion rate to ensure integrity of equipment and piping of power units at nuclear power stations. Teploenergetika = Thermal Engineering. 2020;8:101-112. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S0040363620080056.Maurice V., Marcus P. Progress in corrosion science at atomic and nanometric scales // Progress in Materials Science. 2018. Vol. 95. P. 132–171. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2018.03.001.Maurice V., Marcus P. Progress in corrosion science at atomic and nanometric scales. Progress in Materials Science. 2018;95:132-171. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2018.03.001.Бухин В. Е. Предварительно изолированные трубопроводы для систем централизованного теплоснабжения // Теплоэнергетика. 2002. № 4. С. 24–29.Bukhin V. E. Pre-insulated pipelines for district heating systems. Teploenergetika = Thermal Engineering. 2002;4:24-29. (In Russ.).Томаров Г. В., Шипков А. А. Эрозионнокоррозионный износ энергетического оборудования: исследование, прогнозирование и предупреждение. Ч. 2. Прогнозирование и предупреждение общей и локальной эрозии-коррозии // Теплоэнергетика. 2018. № 8. С. 17–28. https://doi.org/10.1134/S0040363618080076.Tomarov G. V., Shipkov A. A. Flow-accelerated corrosion wear of power-generating equipment: investigations, prediction, and prevention: 2. Prediction and prevention of general and local flow-accelerated corrosion. Teploenergetika = Thermal Engineering. 2018;8:17-28. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S0040363618080076.Томаров Г. В., Шипков А. А., Афлитонов Д. В. Эрозионно-коррозионный износ энергетического оборудования: исследование, прогнозирование и предупреждение. Ч. 3. Управление эрозией-коррозией трубопроводов и оборудования // Теплоэнергетика. 2018. № 9. С. 84–93. https://doi.org/10.1134/S0040363618090102.Tomarov G. V., Shipkov A. A. Flow-accelerated corrosion wear of power-generating equipment: investigations, prediction and prevention: part 3. Managing the flowaccelerated corrosion of pipelines and equipment. Teploenergetika = Thermal Engineering. 2018;9:84-93. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S0040363618090102.Томаров Г. В., Шипков А. А., Корешкова Н. С. Расчетно-экспериментальное обоснование режимов работы, обеспечивающих эрозионную стойкость арматуры энергоблоков АЭС // Теплоэнергетика. 2010. № 5. С. 19–25.Tomarov G. V., Shipkov A. A., Koreshkova N. S. Calculated and experimental substantiation of operating conditions under which adequate erosion resistance of valves used in power units at nuclear power stations is ensured. Teploenergetika = Thermal Engineering. 2010;5:19-25. (In Russ.).Томаров Г. В., Шипков А. А. Эрозионнокоррозионный износ энергетического оборудования: исследование, прогнозирование и предупреждение. Ч. 1. Процессы и закономерности эрозии-коррозии // Теплоэнергетика. 2018. № 8. С. 5–16. https://doi.org/10.1134/S0040363618080064Tomarov G. V., Shipkov A. A. Flow-accelerated corrosion wear of power-generating equipment: investigations, prediction, and prevention:1. Flow-accelerated corrosion processes and regularities. Teploenergetika = Thermal Engineering. 2018;8:5-16. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S0040363618080064.Marcus P. Corrosion mechanisms in theory and practice. Boca Raton: CRC Press, 2012. 941 p.Marcus P. Corrosion mechanisms in theory and practice. Boca Raton: CRC Press; 2012, 941 p.Liu Xiaolong, Hwang Woonggi, Park Jaewoong, Van Donghyun, Chang Yunlong, Lee Seung Hwan, et al. Toward the multiscale nature of stress corrosion cracking // Nuclear Engineering and Technology. 2018. Vol. 50. Iss. 1. P. 1–17. https://doi.org/10.1016/j.net.2017.10.014.Liu Xiaolong, Hwang Woonggi, Park Jaewoong, Van Donghyun, Chang Yunlong, Lee Seung Hwan, et al. Toward the multiscale nature of stress corrosion cracking. Nuclear Engineering and Technology. 2018;50(1):1-17. https://doi.org/10.1016/j.net.2017.10.014.Fu Junwei, Li Feng, Sun Jiajun, Cui Kai, Du Xiaodong, Wu Yucheng. Effect of crystallographic orientations on the corrosion resistance of Fe17Cr ferritic stainless steel // Journal of Electroanalytical Chemistry. 2019. Vol. 841. P. 56–62. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2019.04.031.Fu Junwei, Li Feng, Sun Jiajun, Cui Kai, Du Xiaodong, Wu Yucheng. Effect of crystallographic orientations on the corrosion resistance of Fe17Cr ferritic stainless steel. Journal of Electroanalytical Chemistry. 2019;841;56-62.52 https://ipolytech.ru https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2019.04.031.Dugdale H., Armstrong D. E. J., Tarleton E., Roberts S. G., Lozano-Perez S. How oxidized grain boundaries fail // Acta Materialia. 2013. Vol. 61. Iss. 13. P. 4707–4713. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2013.05.012.Dugdale H., Armstrong D. E. J., Tarleton E., Roberts S. G., Lozano-Perez S. How oxidized grain boundaries fail. Acta Materialia. 2013;61(13):4707-4713. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2013.05.012.Moss T., Was G. S. Accelerated stress corrosion crack initiation of alloys 600 and 690 in hydrogenated supercritical water // Metallurgical and Materials Transactions A. 2017. Vol. 48. No. 4. P. 1613–1628. https://doi.org/10.1007/s11661-016-3898-4.Moss T., Was G. S. Accelerated stress corrosion crack initiation of alloys 600 and 690 in hydrogenated supercritical water. Metallurgical and Materials Transactions A. 2017;48(4):1613-1628. https://doi.org/10.1007/s11661016-3898-4.Ren Jian, Yu Liming, Liu Yongchang, Ma Zongqing, Liu Chenxi, Li Huijun, et al. Corrosion behavior of an Al added high-Cr ODS steel in supercritical water at 600°C // Applied Surface Science. 2019. Vol. 480. P. 969–978. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.03.019.Ren Jian, Yu Liming, Liu Yongchang, Ma Zongqing, Liu Chenxi, Li Huijun, et al. Corrosion behavior of an Al added high-Cr ODS steel in supercritical water at 600°C. Applied Surface Science. 2019;480:969-978. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.03.019.Chang Litao, Burke M. G., Scenini F. Stress corrosion crack initiation in machined type 316L austenitic stainless steel in simulated pressurized water reactor primary water // Corrosion Science. 2018. Vol. 138. P. 54–65. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2018.04.003.Chang Litao, Burke M. G., Scenini F. Stress corrosion crack initiation in machined type 316L austenitic stainless steel in simulated pressurized water reactor primary water. Corrosion Science. 2018;138:54-65. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2018.04.003.Поваров О. А., Томаров Г. В. Эрозия-коррозия металлов энергетического оборудования в одно- и двухфазных потоках // Тяжелое машиностроение. 2002. № 8. С. 16–21.Povarov O. A., Tomarov G. V. Erosion-corrosion of metals of power equipment in single- and two-phase flows. Tyazheloe mashinostroenie. 2002;8:16-21. (In Russ.).Манькина Н. Н., Гольдин А. А., Столяров А. А. Парокислородный и пароводокислородный методы очистки, пассивации и консервации энергетического оборудования // Теплоэнергетика. 2008. № 7. С. 36–39.Mankina N. N., Goldin A. A., Stolyarov A. A. Steamoxygen and steam-water-oxygen methods for cleaning, passivation and conservation of power engineering equipment. Teploenergetika = Thermal Engineering. 2008;7:36-39. (In Russ.).Fujimara K., Domae M., Yoneda K., Inada T., Hisamune K. Correlation of flow accelerated corrosion rate with iron solubility // Nuclear Engineering and Design. 2011. Vol. 241. Iss. 11. P. 4482–4486. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2011.04.035.Fujimara K., Domae M., Yoneda K., Inada T., Hisamune K. Correlation of flow accelerated corrosion rate with iron solubility. Nuclear Engineering and Design. 2011;241(11):4482-4486. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2011.04.035.Вертинская Н. Д., Герасимова Н. П. Конструирование технических систем на основе многомерного математического моделирования технологических процессов // Моделирование неравновесных систем – 2002: матер. V Всерос. семинара МНС-2002 (г. Красноярск, 18–20 октября 2002 г.). Красноярск: Изд-во КГТУ, 2002. С. 30–31.Vertinskaya N. D., Gerasimova N. P. Design of engineering systems based on multidimensional mathematical modeling of technological processes: materialy V Vserossijskogo seminara MNS-2002 = Materials of the 5th AllRussian Seminar Modeling of non-equilibrium systems2002. Krasnoyarsk. 18–20 October 2002, Krasnoyarsk. Krasnoyarsk: Krasoyarsk state technical university; 2002, р. 30-31. (In Russ.).Пат. № 2441075, Российская Федерация, МПК С25 D 7/04 9/04. Способ электрохимического пассивирования внутренней поверхности длинномерных металлических труб / Е. Ю. Медведева, Н. П. Герасимова, Н. Д. Вертинская; заявитель и патентообладатель Иркутский национальный исследовательский технический университет, № 2002130477. Заявл. 13.11.2002; опубл. 27.05.2004. Бюл. № 5.Medvedeva E. Y., Gerasimova N. P., Vertinskaya N. D. Method of electrochemical passivation of the inner surface of long-length metal pipes. Patent RF, no. 2441075; 2004. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.