В последнее время на ряде блочных электростанций участились случаи повреждения станционных паропроводов высокого и среднего давления и паропроводов в пределах котла. В основном паропроводы разрушаются в результате интенсивного развития процессов ползучести. Однако, исследование ряда разрушений, развивающихся с внутренней поверхности трубы, выявило наличие характерных признаков коррозионного воздействия на металл.
Особенности эксплуатации одного из изученных паропроводов (Нижнекамская ТЭЦ-1, паропровод 0273x32мм, сталь 12X1 МФ, срок эксплуатации 70 тыс.ч, номинальные параметры пара Р=14,0 Мпа, Т=560 С) заключалась в использовании возвратного конденсата от нефтехимического производства. В исследованном гибе разрушение развивалось как с наружной, так и с внутренней поверхности. Разрушение произошло по растянутым волокнам гиба, в нейтральной зоне с внутренней поверхности имеются несквозные трещины. В изломе разрушения видны две зоны: хрупкое межзеренное разрушение, характерное для разрушения от ползучести на 50% излома, начиная с наружной поверхности и полосчатый излом с продольным полосчатым рельефом также на 50% излома с внутренней поверхности.
Рис. 5.5. Коррозионные каналы и облака окисления вокруг трещин с внутренней поверхности поврежденного гиба паропровода
С внутренней стороны трубы в зоне повреждения наблюдаются многочисленные коррозионные каналы по границам зёрен. Вокруг каналов видны облака окисления (рис. 5.5). С наружной поверхности трещина развивалась по механизму ползучести. Микроструктура металла исследованного гиба в месте разрушения феррито-карбидная. Вся зона металла от наружной до внутренней поверхности вдоль излома поражена порами ползучести.
Следует отметить, что единичный размер пор, расположенных ближе к наружной поверхности и ближе к внутренней поверхности различается. Диаметр пор у внутренней поверхности гиба в 2-5 раз больше, чем у наружной поверхности. Число пор в металле, прилегающем к излому у наружной поверхности существенно выше, чем у внутренней поверхности (рис. 5.6). Объемная доля пор в обоих случаях соизмерима Такая особенность роста пор ползучести с внутренней поверхности трубы в условиях, когда процесс ползучести протекает одновременно с развитием коррозионных процессов, может быть связан с диффузией атомов водорода к вакансионным порам ползучести. При этом при адсорбировании атомов водорода на поверхности поры снижается уровень поверхностной энергии поры, что способствует более быстрому их росту. Водород также ускоряет деформацию ползучести. Все это приводит к снижению длительной прочности стали и ускорению разрушения.
Ускоренные разрушения от ползучести при относительно низких температурах (500-520°С) наблюдаются на паропроводах в пределах котла блоков 300 Мвт. Эксплуатация этих пароперепускных труб имеет целый ряд отличительных особенностей, которые в значительной степени определяют их работоспособность. Например, некоторые низкотемпературные паропроводы периодически работают со средой влажного пара и имеют признаки начальной стадии коррозии на внутренней поверхности труб. Развитие коррозионных процессов приводит к наводораживанию металла паропроводов. На таких паропроводах разрушаются, в основном, гнутые участки.
Повреждения гибов пароперепускных труб имеют общие особенности, присущие многим разрушенным гибам.
Рис. 5.6. Распределение плотности пор N, мм-2 у наружной и внутренней поверхности гиба разрушенного паропровода на различных расстояниях от излома
- В основном разрушение гибов паропроводов в пределах котла происходит под действием нескольких факторов, к которым, в первую очередь, относится превышение температуры свыше расчетной, а также попадание в паропровод, при определенных условиях, влажного пара, что приводит к возможности повышения содержания водорода в металле.
- Как правило разрушение развивается с внутренней поверхности нейтральных волокон и с наружной поверхности растянутых волокон гиба одновременно. Иногда разрушение бывает только с внутренней поверхности, что может свидетельствовать о роли наводораживания в ускорении процесса ползучести.
- Разрушение идет по механизму порообразования при ползучести независимо от участия или отсутствия коррозионных процессов.
- В большинстве случае не происходит существенной трансформации зерен сорбита отпуска до образования ферритокарбидной структуры, в худшем случае микроструктура состоит из зерен феррита и бесструктурного сорбита отпуска.
Рассмотрим пример разрушения. На котлах ПК-39 блока 300 Мвт разрушались гибы пароперепускных труб из средней радиационной части котла (СРЧ) в потолочный экран. Размеры труб 0108x12мм, сталь 12X1 МФ. Расчетные параметры пара Т=465°С, Р=278ат Многократные разрушения начались через 130-140 тыс. ч. На пароперепускных трубах разрушались гибы крайних труб, что может быть обусловлено повышением температуры в этих трубах вследствие температурной разверки. Эквивалентная температура эксплуатации металла разрушенных пароперепускных труб, оцененная структурным методом, составила 520-530°С. Работа при такой температуре не приводит к полной рекристаллизации ферритной матрицы зерен сорбита отпуска, микроструктуре металла разрушенных труб состояла из феррита и бесструктурного сорбита отпуска
Отличительной особенностью этих разрушений является то, что разрушение начинается не только с наружной поверхности по растянутым волокнам гиба, но и с внутренней поверхности по нейтральным волокнам. Часто сквозные разрушения происходят именно по нейтральным волокнам Разрушение осуществляется путем порообразования вследствие ускоренной ползучести. Вместе с тем на внутренней поверхности в зоне разрушения наблюдается присутствие признаков влияния коррозионно-активной среды. Это коррозионные язвины, от которых отходят трещины ползучести, это разъедание трещин ползучести, это коррозионные каналы. На рис. 5.7 приведены внешний вид и микроструктура металла поврежденного гиба перепуска СРЧ-ПЭ котла ПК-39, 0108x12мм, сталь 12X1 МФ, после 136 тыс ч работы. Расчетная температура пара 465°С, давление 278ат. 470 пусков. Все это свидетельствует о попадании влажного пара в пароперепускные трубы СРЧ-потолочный экран. Протекание коррозии на внутренней поверхности труб может приводить к повышению концентрации водорода в металле, что в значительной степени уменьшает долговечность труб, работающих в условиях ползучести. Немаловажную роль играет также развёртка температур по перепускным трубам.
Рис. 5.7 Разрушение трубы 0108x12мм, сталь 12Х1МФ в результате ползучести с участием коррозионного фактора
- внешний вид разрушенных труб
Б) трещины на внутренней поверхности трубы х300
- коррозионная трещина на внутренней поверхности х500
Г) коррозионные каналы х500
Заключение.
Проблема коррозии теплоэнергетического оборудования охватывает поведение металла при воздействии на него топочных газов, воды и пара при различных температурах и давлениях Рассмотренные выше виды коррозии относятся к коррозионному воздействию котловой воды и пара на стали перлитного класса.
Основными публикациями, которые можно рекомендовать для более углубленного изучения коррозии металла теплоэнергетического оборудования являются:
1. Мамет А. П. Коррозия теплосилового оборудования электростанций М Энергия. 1952, 296с
- Акользин П. А. Коррозия металла паровых котлов. М. Энергия. 1957, 224с
- Похмурский В. М. Коррозионная усталость металлов. М. Металлургия. 1985, 205с
- Колачев Б. А. Водородная хрупкость металлов. М. Металлургия. 1985. 217с.
- Улит Г. Г. Реви Р. Ч. Коррозия и борьба с ней. Л. Химия. 1989, 544с.
- Вайнман А. Б. Филимонов О. В. Водородное охрупчивание парогенерирующих труб котлов М Энергия 1989,455с
- Вайнман А. Б. О водородном охрупчивании металла паропроводов ТЭС. Энергетик. 1989. №10.
- Вайнман А.Б., Мартынова О. И., Энс В. А. О повреждениях паропроводов ТЭС под действием коррозионной среды. Теплоэнергетика. 1999, №5
- Отс А. А. Коррозия и износ поверхностей нагрева котлов. М. Энергоатомиздат. 1987, 272с
