Повышение коррозионной стойкости внутренних поверхностей энергетического оборудования

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.

1. Воронин 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.

2. 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.

3. 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.

4. Бухин В. Е. Предварительно изолированные трубопроводы для систем централизованного теплоснабжения // Теплоэнергетика. 2002. № 4. С. 24–29.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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/S0040363618080064

9. Marcus P. Corrosion mechanisms in theory and practice. Boca Raton: CRC Press, 2012. 941 p.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. Поваров О. А., Томаров Г. В. Эрозия-коррозия металлов энергетического оборудования в одно- и двухфазных потоках // Тяжелое машиностроение. 2002. № 8. С. 16–21.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.