Поведінка домішок по тракту електростанції

Оптимізація водного режиму ставить своєю метою створити сприятливі умови експлуатації, при яких можуть бути отримані мінімальні значення швидкості корозії, переходу продуктів корозії в воду і знижена інтенсивність утворення відкладень.

Відкладення можуть утворюватися з домішок, що надходять в воду від зовнішніх і внутрішніх джерел. Поведінка домішок визначається властивостями води, що змінюються по тракту електростанції. Змінення тиску слабко позначається на її властивостях. Підвищення температури води викликає зміну її теплофізичних і фізико-хімічних властивостей: густина і діелектрична проникність води знижуються, а ступінь дисоціації зростає.

Таким чином міняються характеристики води як розчинника домішок і як корозійного середовища в залежності від температури.

Зовнішніми джерелами надходження домішок в пароводяний тракт є вода і атмосфера довкілля, що відповідно дають розчинні домішки і газові присоси.

Розчинені домішки можуть надійти в контур різноманітними шляхами: з водою первісного заповнення, з додатковою водою, з присосами в конденсаторі, а також з агентами, що дозуються для корегування водного режиму.

Як правило, воду первісного заповнення обробляють тим самим засобом, що і питому воду. В залежності від засобу попередньої обробки питомої води змінюється склад і кількість домішок, що надходять.

Присоси води, що охолоджує конденсатори турбін, відбувається через нещільності вальцювальних з’єднань трубок теплообмінної поверхні з трубними дошками, корозійні пошкодження самих трубок, що утворилися в процесі експлуатації.

До нинішнього часу розроблені і знайшли застосування засоби зниження або навіть запобігання протічок через нещільності вальцювальних сполучень (спеціальні обмазки, застосування подвійних трубних дошок і ін.). Однак присоси мають місце практично на всіх електростанціях, бо економічних доцільних мір боротьби з корозією трубок конденсатора доки не знайдені.

Присоси в залежності від конструкції і умов експлуатації коливаються в межах від 0,001-0,002 до 0,01-0,02 витрати пари конденсатор (Д_к). Кількість домішок, що надходять, залежить від присоса і від мінералізації води, що охолоджує. Вона може змінюватися в широких межах: 50 до 1000 мг/кг в прісній, і до 35 000 мг/кг – в морській.

Розчинені домішки містять в основному солі натрію, кальцію, магнія і кремнієвої кислоти, а також продукти корозії конструкційних матеріалів.

Поведінка домішок залежить від зміни густини, температури і жорсткості.

Показники ВХР при нормальній експлуатації блоку повинні відповідати нормам. Розглянемо нормовані показники і їхню характеристику.

ХЛОРИДИ Хлор-іон різко посилює місцеву корозію аустенітних нержавіючих сталей, викликаючи міжкристалітну корозію і розтріскування. Депассивіруя поверхню металу, хлориди також посилюють процеси загальної корозії.

РН-ПОКАЗНИК, визначає реакцію середовища. Це негативний десятковий логарифм концентрації іонів водню.

СІЛЬ ЖОРСТКОСТІ – іони кальцію і магнія. Ряд солей кальцію і магнія мають низьку розчинність і здатні утворювати відкладеня (накип) на поверхні теплообміну.

КРЕМНІЄВА КИСЛОТА в присутності іонів амонію і заліза утворить складні малорозчинні сполучення, а в присутності іонів кальцію і магнія – силікати. Все це веде до утворення накипу на поверхні нагріву.

СПОЛУЧЕННЯ ЗАЛІЗА. Це продукти корозії обладнання конденсатно-живильного тракта, утворюють місцеві або загальні відкладення. Ці відкладення є центрами утвореня накипу, а також можуть служити нагромаджувачами таких небезпечних в корозійному відношенні сполучень як, хлоридні солі.

СПОЛУЧЕННЯ МІДІ характеризують корозійний стан трубної поверхні конденсаторів і ПНТ.

КИСЕНЬ найбільш агресивна домішка води, що визначає процес загальної і місцевої корозії. Підвищена концентрація кисня різко прискорює щілинну, контактну і інші види корозії.

ПИТОМА ЕЛЕКТРИЧНА ПРОВІДНІСТЬ характеризує наявність у воді розчинені солі. Конденсат високої чистоти характеризується величиною 0,1-0,15 мкСм/см.

АМІАК продукт термічного розкладу гідразину. Його присутність в КПТ посилює процес корозії латунних трубок ПНТ.

ГІДРАЗИН вводиться в КПТ для зв'язування кисня. Однак будучи сильним відновником, гідразин (при високій його концентрації) відновлює також окисли заліза і міді, сприяючи завдяки цьому підсиленню процесу корозії.

СУМАРНА АКТИВНІСТЬ СУХОГО ЗАЛИШКУ характеризує активність проби і вимірюється згодом однієї година після відбору проби. Сумарна активність продувної води ПГ характеризує величину протічок теплоносія першого контура в другий контур.

Термічний розклад бікарбонатів:

2NaHCO₃ —> Na₂CO₃ + H₂O + CO₂

При більш високій температурі відбувається гідроліз карбонатів:

Na₂CO₃ + H₂O —> 2NaOH + CO₂

В результаті цих процесів у конденсаційно-живильному тракті і парогенераторі утвориться вільна вуглекислота.

Вуглекислота, що утворилася в лініях до деаератора і в самому деаераторі, в основному видаляється в процесі деаерації; вуглекислота, що утворилася в живильному тракті і парогенераторі, переходить в пар і надходить разом з ним в конденсатор. Тут більша частина її видаляється разом з іншими неконденсуючимис газами, а частина розчиняється в конденсаті. Розклад бікарбонатів в конденсатному тракті з утворенням вуглекислоти знижує рН конденсата. Зниження рН зменшує корозійну стійкість конструкційних матеріалів конденсатного тракту і ПНТ. Інші природні домішки води є термічними сталими сполученнями. Їхня розчинність істотно залежить від температури. Утворення відкладення на внутрішніх поверхнях відбувається при перевищенні межі насичення для даного сполучення. Досягнення і перевищення цієї межі може відбуватися в результаті зниження розчинності речовини із зростанням температури і зростання його концентрації у воді при пароутворюванні.

Газові присоси відбуваються по паровій стороні в вакуумній частині електростанції (конденсатор, останні ступіні турбіни, ПНТ) із-за нещільностей у фланцевих сполученнях і арматурі.

На роботу обладнання основний вплив виявляє кисень повітря, що розчиняючись в конденсаті основного потоку або дренажному потоці з ПНТ, інтенсифікує корозію конструкційних матеріалів.

Таким чином, ПНТ працює в умовах агресивного середовища як по стороні конденсата (із-за розчиненого в ньому кисня і утворення вільної вуглекислоти), так і по стороні пари (також із-за кисня, розчиненого внаслідок присосів повітря, і розчиненої вуглекислоти, що надійшла з паром відборів). Це викликає необхідність виробляти ПНТ з корозійно-стійких матеріалів. Звичайно для цієї мети застосовують латунь. Однак на блоках надкритичних париметрів використання латуні приводить до утворення мідноокисних відкладень на лопатках турбін, що знижує ККД. Аустенітні сталі дорожче. Можна використати перлитні сталі, забезпечуючи підвищення їхньої корозійної стійкості підтриманням рН з допомогою аміаку на рівні рН=9,2-9,5.

Відмова від сплавів зі складом міді, характерна також для АЕС, особливо одноконтурних. Тут ПНТ роблять з нержавійки, бо підвищення рН до означених значень неприпустиме при використанні в активній зоні сплавів міді.

ПВТ знаходяться в істотно більш сприятливих умовах: по стороні пари підсоси повітря будуть відстуні, в парі і його конденсаті може бути тільки вуглекислота. В деаераторі видаляєтся майже весь розчинений в конденсаті кисень і значна частина вуглекислоти. Таким чином, сторона, що обігрівається також може містити тільки вуглекислоту. Це дасть можливість виробляти ПВТ з перлитних сталей.

Основним внутрішнім джерелом надходження домішок є процеси корозії практично всіх конструкційних матеріалів.

Корозійний процес називається электрохімічним, якщо він супроводжується переходом електронів від металу до середовища, якщо такого переходу немає, то корозія носить хімічний характер.

В умовах експлуатації, корозія носить змішаний характер: електрохімічний і хімічний.

В практиці експлуатації найбільш часто зустрічаються наступні типи корозії: рівномірна корозія, утворення язв і наскрізних отворів, корозія під напругою, воднева крихкість.

Рівномірна корозія не приводить до втрати міцності, і при проектуванні звичайно передбачають відповідний запас по товщині металу для компенсації корозійних втрат. Тому основною задачею водно-режимних заходів є істотне зниження швидкості рівномірної корозії і запобігання всіх інших видів корозії.

Важливою характеристикою середовища у відношенні корозійних процесів є рН. Від неї залежить швидкість і тип корозії, характер корозійного процесу, кількість продуктів корозії, що переходять у воду, їхній дисперсний склад і таке інше. Особливо істотно виявляється вплив рН для перлитних сталей. Так підвищення рН до 10 знижує в декілька раз і швидкість корозії і перехід продуктів корозії в воду.

Наявність розчиненої в воді вуглекислоти підвищує кислотність середовища, внаслідок чого збільшується швидкість корозії перлітної сталі. Підвищення рН здійснюється введенням в воду лугів: аміаку, їдкого натра, гідроокису літію. Однак слідує пам'ятати про лужну корозію. Високі концентрації луг можуть виникнути в прикордонному шарі з металом при утворенні пористих відкладень окислів заліза і міді, що перешкоджають зворотній дифузії концентрату в котлову воду.

Найбільше розповсюдження для корегування рН отримав аміак.

Роль О₂ в корозійних процесах надто суперечлива. З одного боку, його присутність в розчині посилює корозію. З іншого боку, він входить як складник в окисли металів, що при певних умовах можуть утворювати захисні окісні плівки, що перешкоджають розвитку корозійних процесів.

Зміна швидкості корозії металу в часі прямолінійна, якщо не утвориться захисна окисна плівка. При утворенні захисної плівки швидкість корозії із часом стабілізується на досить низькому рівні. Щоб окисна плівка грала роль захисної, вона повинна бути:

-термодинамічно стійкою в умовах експлуатації;

-суцільною і щільною;

-міцно зв'язуватися з основним металом;

-стійкою проти внутрішніх і зовнішніх напружень.

Термодинамічно сталим окислом заліза при t < 570 ⁰С є магнетит Fe₃O₄. Окисна плівка магнетиту володіє гарними захисними властивостями. Вона утворюється на вуглецевій і нержавіючій сталі в воді високої чистоти при високій температурі і малому вмісту кисня. Однак при хаотичному зростанні плівки в процесі корозії кристали магнетиту мають різні розміри, між ними утворюються пори, а в плівці виникають надмірні напруги, що приводять при змінах режиму роботи установок до розтріскування і руйнування кристалів.

Процес утворення захисної плівки магнетита на вуглецевій сталі може проводитися цілеспрямовано. Для цього застосовують розбавлені розчини комплекса етілендеамінтетрауксусної кислоти (ЕДТА) або її солі початковою концентрацією=300 мг/кг.

Основою цього процесу є факт, що при глибокому термічному розкладі розчиненого в воді комплексу ЕДТА з залізом утворюються у твердій фазі кристали магнетиту. Для отримання магнетиту достатньо витримати розчин Fe-ЕДТА при t=280 ⁰С протягом 4-6 годин.

Утворення магнетита на поверхні металу є необхідною, але недостатньою умовою утворення захисної плівки. Вимагається виникнення зв'язку кристалів магнетита з основою і між собою. Такі зв'язки встановлюються при викривленні кристалічних решіток, що реалізується при підвищеній температурі.

Швидкість корозії обробленої таким чином вуглецевої сталі знижується в 8-10 раз.