9. КОНТРОЛЬ СТОЙКОСТИ ЭКРАННЫХ ТРУБ К ВНУТРИКОТЛОВОЙ коррозии
Рис. 40. Внешний вид трещины в трубе № 21 бокового экрана котла типа ТГМ-84Б (видны затянутые в трещину стальные опилки).
При исследовании водородных повреждений во многих случаях мы констатировали, что экранные трубы, соседние с поврежденными, в отличие от этих последних оказывались в удовлетворительном состоянии. Они были в гораздо меньшей степени загрязнены отложениями; их внутренняя поверхность не была корродирована, а металл наводорожен значительно слабее. Такие факты не поддавались объяснению, поскольку трудно предположить сколько-нибудь существенное различие как качества котловой воды в соседних экранных трубах, так и уровня их тепловой нагрузки.
В дальнейшем нами было установлено, что поврежденные экранные трубы отличались исключительно высокой намагниченностью — 7—10 тыс. Гс [64]. Предполагалось вначале, что магнитное состояние труб связано с проведением на заводах-изготовителях индукционной дефектоскопии, после которой требуемое размагничивание отдельных труб выполнялось некачественно.
Проверка показала, что такие факты в действительности имели место, однако высокую намагничиваемость в процессе эксплуатации приобретали и трубы, не обладающие этим свойством при установке. При одинаковой магнитной индукции в исходном состоянии (0—1,5 тыс. Гс), после 25 тыс. ч эксплуатации уровень намагниченности экранных труб котла ТГМ-96 оказался весьма различным (от 3 до 9 тыс. Гс).
Рис. 41. Кольцевой образец трубы № 21 котла ТГМ-84Б вдали от места повреждения (на срезах видны притянутые стальные опилки).
На рис. 40 показано повреждение трубы № 21 правого бокового экрана котла ТГМ-84Б. При соприкосновении с образцом стальные опилки втягивались в трещину магнитным полем высокой напряженности. На рис. 41 показан кольцевой образец этой трубы, взятый вдали от места повреждения: на срезах видны притянутые стальные опилки. На рис. 42 показана образовавшаяся в результате водородного охрупчивания трещина на кольцевом срезе трубы № 54 бокового экрана ТГМ-84 после 54 392 ч эксплуатации (отм. 10,5). Продольный скошенный срез вблизи места разрушения при контакте со стальными опилками заполнился ими в зоне наименьшего расстояния между кромками.
Достаточно полное теоретическое обоснование механизма процесса намагничивания в настоящее время отсутствует. Как известно, на остаточную намагниченность ферромагнетиков сильное влияние оказывают тепловые, силовые и магнитные поля, причем наиболее эффективным является их совместное действие.
По-видимому, рост параметров и интенсификация теплообмена в современных парогенераторах усложняют процессы в пограничном кипящем слое. Появлению намагниченности могут способствовать многие факторы, например тепловые возмущения, существенная неравномерность тепловых потоков по высоте и периметру труб, изменение температуры стенки, действие мазутного факела как низкотемпературной плазмы, акустоэлектрический эффект вследствие работы отрыва паровых пузырей и их захлопывания. Рассмотрение этих процессов в динамике показывает, что важнейшим фактором следует считать именно термоволновой эффект. По-видимому, рост параметров и интенсификация теплообмена в современных парогенераторах усложняют процессы в пограничном кипящем слое.
Рис. 42. Кольцевой образец трубы № 54 бокового экрана котла типа ТГМ-84 (продольный скошенный разрез по образцу вблизи трещины перекрыт стальными опилками).
Появлению намагниченности могут способствовать многие факторы, например тепловые возмущения, существенная неравномерность тепловых потоков по высоте и периметру труб, изменение температуры, в результате чего максимум магнитной индукции наблюдается вдоль образующей экранной трубы, наиболее выступающей в топку. Действие такой «магнитной ловушки» оказывается достаточным для образования отложений на узком участке внутренней поверхности парогенерирующей трубы вдоль указанной образующей даже в условиях весьма незначительного содержания взвешенных ферромагнитных примесей в котловой воде. Наблюдаемое в практике эксплуатации явно выраженное неравномерное (чередующееся) распределение отложений по длине экранной трубы с обогреваемой ее стороны, по-видимому, соответствует узлам пучности волн магнитной индукции.
Различная сопротивляемость экранных труб намагничиванию может объяснить и разницу в их стойкости к внутрикотловой коррозии. В трубах, склонных к ускоренному намагничиванию, быстрее образуется слой отложений, способный форсировать как процесс «первичной» коррозии, так и водородное охрупчивание за счет достижения переходного режима кипения (§ 6). Кроме того, в таких трубах магнитное поле интенсифицирует - сам по себе процесс проникновения протонированного водорода в катодный полупериод через слой магнетита на внутренней поверхности труб, являющегося полупроводником P-типа и обладающего дырочной проводимостью [107]. Образно говоря, происходит «накачка» водорода в металл трубы.
Разница в магнитном состоянии труб объясняется комплексом физических свойств металла, связанных с его сопротивлением намагничиванию. К таким свойствам прежде всего следует отнести легко измеряемую неразрушающим способом коэрцитивную силу, т. е. магнитное напряжение, необходимое для уничтожения остаточного магнетизма и размагничивания железа. Авторы и предложили определять стойкость экранных труб из ферромагнитной стали к внутрикотловой коррозии путем измерения коэрцитивной силы металла (авторское свидетельство № 571658, 1977 г.). Чем ниже величина коэрцитивной силы, тем быстрее приобретает металл трубы повышенную намагниченность в процессе эксплуатации, тем меньшей стойкостью к внутрикотловой и прежде всего к водородной коррозии обладает данная труба. Нами применялся коэрцитиметр типа ФК-17И конструкции НИИТМАШ (г. Волгоград), с накладным датчиком, но в принципе возможно использование коэрцитиметров и других типов. Измерение коэрцитивной силы экранных труб позволяет: оценить фактическое коррозионное состояние труб, т. е. необходимость их замены; прогнозировать время безопасной эксплуатации трубы; производить сортировку новых труб, предотвращая установку в котел труб с пониженной стойкостью к внутрикотловой, в том числе к водородной, коррозии.
