Образование на парогенерирующей поверхности пористых малотеплопроводных отложений является одним из наиболее серьезных недостатков фосфатирования для котлов ВД. Из-за "закупорки" парового слоя такие отложения способны вызывать дестабилизацию нормального режима кипения (с последующим возникновением теплосмен, глубоким упариванием примесей котловой воды, повреждением защитных пленок, развитием пароводяной коррозии) при тепловых потоках ниже критического. Низкая теплопроводность указанных отложений и их локализация преимущественно с огневой стороны экранных труб (в 2--10 раз большей, чем с тыльной) способствует также перегреву металла, упариванию котловой воды с ускоренным образованием отложений, развитию водородного охрупчивания стали.
Роль отложений, образующихся на внутренней поверхности экранных труб, является сугубо негативной. На участках высоких тепловых нагрузок и "задержки" паровой фазы в пористых малотеплопроводных (обычно феррофосфатных) отложениях, свойственных газомазутным котлам, происходит глубокое упаривание котловой воды с концентрированием различных, в том числе коррозионно активных, примесей, усиливается электрохимическая коррозия металла, причем эти процессы протекают тем активнее, чем больше толщина отложений, больше их пористость и ниже теплопроводность. Эти факторы ухудшают условия отвода тепла от испарительной поверхности и облегчают распространение пара вдоль нее с заполнением пористой структуры отложений. В результате облегчается достижение околокритических условий и нарушение нормального режима кипения, т.е. они возникают при меньших значениях теплового потока. Это подтверждено стендовыми исследованиями МЭИ, при которых незначительное загрязнение теплоотводящей поверхности слоем пористого гематита (Fe2O3) приводило к уменьшению критического Qпад для чистой трубы на 20% и даже 30-35%.
Особенно опасным в отношении повреждаемости экранных труб является сочетание высоких (близких к критическим) тепловых нагрузок на экраны и наличия в экранных трубах пористых малотеплопроводных феррофосфатных отложений.
В зонах "задержки" паровой фазы происходит глубокое упаривание котловой воды и чрезмерное (до 1000--100000) концентрирование указанных примесей, что интенсифицирует процессы коррозии "обнаженного" металла (с учетом предшествующего повреждения оксидного покрова). Последний может разрушаться, как уже отмечалось, в результате температурных пульсаций и при отсутствии в котловой воде коррозионных примесей. Вместе с тем, повреждения оксидного слоя возможны и при отсутствии температурных пульсаций.
Опыт эксплуатации парогенераторов свидетельствует о том, что количество накипи на определенном участке поверхности нагрева увеличивается с течением времени неравномерно. Постепенно достигается состояние своеобразного равновесия, когда рост накипи компенсируется ее отслаиванием. О том, что такой процесс отслаивания накипи существует, свидетельствуют многочисленные участки, свободные от накипи, обнаруживаемые среди значительных отложений на внутренних поверхностях труб ряда парогенераторов как среднего, так и высокого давления. Предельная толщина накипи для разных парогенераторов различна и зависит от режима их работы: режима растопки и останова, постоянства тепловой нагрузки, величины местной тепловой нагрузки, скорости циркуляции и т.д. Когда накипь достигнет определенной толщины и отделится от поверхности, образование отложений на поверхности начинается вновь. Накипь отлетает более или менее значительными пластинами - оголенные участки имеют площадь 5-10 см2, а иногда и значительно больше.
Ввиду высокой пористости железоокисных отложений (40-60%), образуемых в газомазутных котлах СКД, их теплопроводность примерно в 40 раз ниже теплопроводности металла труб HРЧ. При достижении 200-250 г/м2 отложений на огневой стороне трубы перепад температур к стенке может составлять до 200 оС, что приводит к повреждениям HРЧ. Уменьшение пористости отложений на 10% снижает перепад температур в слое отложений массой 250 г/м2 при qпад=500*1000 ккал/(м*ч*оС) на 40 оС.
В результате чередующихся процессов повреждения защитной пленки и последующей коррозии металла с образованием новых оксидных слоев образуется многослойный магнетит, не обладающий уже защитными свойствами. Повреждение защитной пленки возможно и за счет ее утолщения до определенного (критического) значения, при котором она уже не выдерживает внутренних напряжений. Наружный (эпитактический) слой поражается трещинами, становится пористым, теряет свойства диффузионного барьера и постепенно разрушается.
Полагают, что повреждаемость защитного слоя магнетита существенно усиливается при повышении температуры металла до 400-450 оС, а также при быстрых пусках и остановах котлов.
Смежные темы:
Процессы коррозии и образования отложений
Виды повреждений, связанные с состоянием поверхностей нагрева
Межкристаллитная, подшламовая и коррозия под напряжением
Влияние отложений на коррозионный процесс
Характер повреждений, связанных с состоянием поверхностей нагрева котлов-утилизаторов ПГУ