Коррозионно эрозионный

ст - текущее значение напряжений в стенке при коррозионном воздействии;

Процесс образования новых поверхностей в новом теле под нагрузкой связывают с явлением разрушения. Если тело изолировано от внешней среды, разрушение происходит без потери массы. В противном случае разрушение сопровождается с той или иной степенью потери массы в зависимости от активности внешней среды. В некоторых случаях для возникновения разрушения необязательно приложение внешней нагрузки, например, при коррозионном воздействии, хотя в ряде случаев существенно ускоряет его. Разрушение рассматривается не как элементарный акт, а как процесс постепенного образования новых поверхностей в микро- и макромасштабах. В связи с этим механизм разрушения изучают в двух аспектах: физика разрушения, базирующаяся на атомных , дислокационных и других моделях и механика разрушения, в основу которой положены модели и реальные конструкции с макроскопическими дефектами (трещинами). В процессе нагружения твердого тела совершается работа и в материале возникают силы сопротивления деформированию, оцениваемые компонентами тензора напряжений и деформаций. В определенный момент времени какой-либо механический фактор Q (движущая сила разрушения) достигает некоторого критического значения R (рис.2.7), после чего конструкция переходит в новое состояние (текучесть, разрушение, изменение первоначаль-

Методики должны регламентировать методы определения ресурса безопасной эксплуатации сосудов, аппаратов и трубопроводов (оборудование), работающих при различных эксплуатационных условиях, в том числе при коррозионном воздействии рабочих сред. В результате расчетов устанавливается индивидуальный остаточный ресурс оборудования - продолжительность эксплуатации от данного времени до наступления предельного состояния или до ближайшего диагностирования, в пределах которого обеспечивается безопасность эксплуатации аппарата.

При нагружении цилиндра внутренним давлением нейтральной среды (VB •- 0) и коррозионном воздействии со стороны наружной поверхности (рис. 2.1 , г) выражение для определения долговечности имеет вид

С интенсификацией очистки поверхностей нагрева котла интенсифицируется теплообмен, однако, ускоряется и коррозионно-эрозионный износ труб. Возникает, таким образом, задача выбора оптимальной схемы и режимов очистки поверхностей нагрева от золовых отложений, в частности взаимосвязи между интенсивностью очистки и условиями ее проведения. От правильного решения этой задачи зависит в конечном итоге конструкция, режим эксплуатации, а также и технико-экономические показатели котла и энергоблока в целом. Однако до сих пор проблемам правильного, научно и технически обоснованного выбора схем и режимов очистки теплообменных поверхностей котлов от золовых отложений не уделено достаточно внимания. Эти вопросы, например, не увязаны с такой важной характеристикой, как физико-химические свойства минеральной части топлива, которые являются одними из определяющих факторов в процессах образования золовых отложений и коррозионном воздействии продуктов сгорания топлива и отложений на металл поверхностей нагрева.

нии бронзовой втулки в отверстии под ось. В результате этого на поверхности отверстия возникали прижоговые межзеренные трещины (рис. 1.14). Далее происходило медленное подрастание трещины, также межзеренной, при активном коррозионном воздействии окружающей среды с переходом к быстрому разрушению (долому) детали после достижения критической длины трещины. Проворачивание втулки было обусловлено конструктивной непроработанностью ее фиксирования при более интенсивном нагружении узла за счет более

Во всех металлических материалах при циклической нагруженйи даже с напряжениями, гораздо меньшими, чем временное сопротивление, образуются трещины. Этот процесс называется усталостью материала. Между амплитудой напряжения в цикле и числом циклов нагрузок, вызывающих разрушение, имеется зависимость, описываемая усталостной кривой — так называемой кривой Вёлера. На рис. 2.19 показана такая кривая для углеродистой стали с пределом циклической прочности при нагружении на знакопеременный изгиб с напряжением 210 МПа. При амплитуде, равной пределу циклической прочности, кривая Вёлера идет горизонтально, т. е. меньшие амплитуды уже не могут вызвать разрушения при любом большом числе циклов нагружения. При коррозионном воздействии предела циклической прочности нет. Кривая амплитуда •— число циклов до разрушения при стационарном потенциале UR круто опускается вниз. Пассивация анодной защитой с повышением потенциала до UH = = +0,85 В приводит лишь к незначительному повышению числа циклов нагружении до разрушения. Напротив, катодная защита дает заметный эффект. При t/H =—0,95 В достигаются такие же значения числа циклов, как и при испытании на воздухе [70].

лное представление о коррозионном воздействии среды позволяет чить кинетическая кривая коррозии. При этом возможны три принци-^, льно различных случая (рис. 50).

В первой главе обобщены теоретические представления и практические результаты по воздействию среды на процессы ползучести. Эти материалы позволяют осветить изменение кинетики разрушения под напряжением не только в плане механизмов, идентичных коррозионному растрескиванию, когда речь идет о достаточно сильном солевом коррозионном воздействии при повышенных температурах, но и в общем плане, в случае сложного влияния относительно слабых сред таких, как воздух.

О тормозящем влиянии нейтральных солей свидетельствуют данные табл. 4-1, в которую сведены результаты экспериментов по изучению коррозионного воздействия на образцы напряженной котельной стали двадцати веществ, исходная концентрация которых указана в таблице. Согласно принятой методике, имитирующей условия службы металла реального котла давлением 100-Ю5 Па, о коррозионном воздействии «отловой воды судили по отсутствию или наличию трещин в образцах: растрескивание вызывали лишь опасные в коррозионном отношении составы этих вод. Об агрессивности воды следует судить по соотношению содержащихся в исходных растворах компонентов. Эти соотношения при упаривании воды оставались в основном неизменными.

Жаропрочность — способность материала выдерживать механические нагрузки без существенной деформации и разрушения при повышенных температурах. Жаропрочность определяется комплексом свойств, включающих сопротивление ползучести и длительному разрушению и жаростойкость. Жаропрочность характеризуют пределом длительной прочности, пределом ползучести и временем до разрушения при заданных напряжении, температуре и рабочей атмосфере. Жаропрочность отражает свойство стали сохранять прочность, пластичность и стабильность структуры при высоких температурах в условиях ползучести металла в течение расчетного срока службы в сочетании с высокой коррозионной стойкостью (при температурах эксплуатации не выше 585 °С и умеренном коррозионном воздействии среды)„

В настоящей работе оптимизация проводилась на примере одного из методов неразрушающего контроля - ультразвуковой толщинометрии. Это было определено тем, что для сосудов давления, а именно теплообменников, основным повреждающим фактором является коррозионно-эрозионный износ стенки, контролируемый данным методом неразрушающего контроля. Так при проведении ультразвуковой толщинометрии выбор минимального числа точек N поверхности для измерений следует осуществлять в соответствии с ГОСТ 27.502-83 (см. табл.4.2) в зависимости от требуемой доверительной вероятности оценки у, допустимой ошибки 5 и степени неравномерности разрушения поверхности, характеризующейся коэффициентом вариации глубин разрушения &h- Величина коэффициента вариации Oh [85] ориентировочно может быть выбрана, при малой неравномерности разрушения до 0,2; при значительной неравномерности разрушения 0,3-0,5; при сильной неравномерности разрушения свыше 0,5.

Как было отмечено ранее, для теплообменников основным повреждающим фактором является коррозионно-эрозионный износ. Степень повреждения при этом оценивается по результатам ультразвуковой толщинометрии. Для выбранного потенциально опасного узла были приведены в соответствие объем контроля и вероятность безотказной работы. Результаты расчета минимального числа точек замеров для заданного уровня надежности теплообменника, а также его себестоимость показаны в таблице 4.4.

В книге рассмотрены вопросы высокотемпературной коррозии: процесс образования коррозионно-активных компонентов золы и их взаимодействие с металлом; кинетика коррозии котельных сталей в зависимости от вида топлива; коррозионно-эрозионный износ поверхностей нагрева. Изложены инженерные методы расчета глубины высокотемпературной коррозии и износа.

Целью настоящей монографии является раскрытие сущности процессов высокотемпературной коррозии и коррозионно-эрозион-ного износа труб поверхностей нагрева котлов, происходящих под влиянием продуктов сгорания топлива. В монографии изложены инженерные методы расчета интенсивности коррозии и коррози: онно-эрозионного износа труб, дано определение предельной температуры металла по допустимой глубине высокотемпературной коррозии и коррозионно-эрозионному износу труб, большое внимание уделено выбору систем и оптимальных режимов очистки поверхностей нагрева котлов от золовых и шлаковых отложений. Коррозионно-эрозионный износ труб поверхностей нагрева котла рассматривается как высокотемпературная коррозия металла, ускоряющим фактором которой являются периодические разрушения оксидной пленки в циклах очистки.

С интенсификацией очистки поверхностей нагрева котла интенсифицируется теплообмен, однако, ускоряется и коррозионно-эрозионный износ труб. Возникает, таким образом, задача выбора оптимальной схемы и режимов очистки поверхностей нагрева от золовых отложений, в частности взаимосвязи между интенсивностью очистки и условиями ее проведения. От правильного решения этой задачи зависит в конечном итоге конструкция, режим эксплуатации, а также и технико-экономические показатели котла и энергоблока в целом. Однако до сих пор проблемам правильного, научно и технически обоснованного выбора схем и режимов очистки теплообменных поверхностей котлов от золовых отложений не уделено достаточно внимания. Эти вопросы, например, не увязаны с такой важной характеристикой, как физико-химические свойства минеральной части топлива, которые являются одними из определяющих факторов в процессах образования золовых отложений и коррозионном воздействии продуктов сгорания топлива и отложений на металл поверхностей нагрева.

КОРРОЗИОННО-ЭРОЗИОННЫЙ ИЗНОС И ТЕПЛОВОСПРИЯТИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА КОТЛА

Коррозионно-эрозионный износ металла, являясь сложным физико-химическим процессом, зависит от многих параметров. Износ может происходить:

Коррозионно-эрозионный износ металла можно графически изобразить кривой, приведенной на рис. 5.1. На вертикальную ось нанесена глубина износа As, а на горизонтальную ось — обобщенная сила очистки Р, под воздействием которой с труб могут отделяться золовые отложения и произойти разрушения оксидной пленки. При паровой или воздушной обдувке силу Р, например, можно считать пропорциональной удельному силовому импульсу, при дробеочистке — энергии дроби, при водяной обмывке — возникающим в оксидной пленке термическим напряжениям либо градиенту температур, при виброочистке — импульсу инерционных сил и т. д. Можно также представить схему, когда на поверхность одновременно влияют силы различной природы. Представленный на рисунке график построен для известного момента времени

Для характеристики действия сил, влияющих на оксидную пленку и на коррозионно-эрозионный износ металла, используем степень разрушения оксидной пленки:

Коррозионно-эрозионный износ труб поверхностей нагрева котла за данное время работы т в сравнении с износом из-за чистой коррозии As' ускоряется тем быстрее, чем выше степень разрушения оксидной пленки и больше количество циклов очистки. На величину jx сильно влияет также показатель степени окисления металла п, который в свою очередь зависит от типа металла, состава продуктов сгорания, а в некоторых случаях- и от температуры. С увеличением п глубина износа As приближается к As'. Таким образом, чем выше показатель степени окисления, тем менее чувствителен металл к периодическим разрушениям оксидной пленки. Из последней формулы следует, что ускорение износа зависит существенным образом и от коэффициента В, учитывающего первоначальную стадию ^коррозии на износ. Очевидно, чем больше период между циклами очистки, тем меньше влияние на износ оказывает первоначальная стадия коррозии.

Влияние отмеченных параметров на коррозионно-эрозионный износ труб состоит в следующем. Температура Т определяет интенсивность химического действия окружающей среды и находящихся на поверхностях труб отложений на металл, скорость изменения коррозионной активности золовых отложений, условия