Коррозия теплообменников
В данной статье мы рассмотрим само по себе понятие коррозии, а также углубимся в причины и нюансы коррозии теплообменников и теплообменных агрегатов, в которых коррозия является одним из основных факторов, влияющих на срок службы оборудования.
Подшламовая коррозия, возникает преимущественно под отложениями на пластинах теплообменника. Возникает при тех же условиях, при которых возникает питтинг (точечная) коррозия, но развиваться может при температурах, которые на 30-80°С ниже.
Слово «коррозия» происходит от латинского corrosio – разъедание. Согласно научному определению, коррозия – это разрушение металла в результате физико-химических реакций, проистекающих между окружающей средой и металлом самопроизвольно. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде.
Малоизвестным фактом является то, что коррозия, фактически, это явление которое происходит и с полимерами, и другими веществами, однако, для это используют другие название – например, «старение», если речь идет о резине и ее взаимодействии с атмосферным кислородом.
Разрушения пластин теплообменника также возможны в результате неправильной стяжки аппарата.
Существует множество классификаций коррозионных процессов:
- по типу коррозионных сред, в которых происходит разрушение металла
Клей, содержащий неопрен и хлоропрен, при использовании в ходе монтажа уплотнений, может позже вызвать отделение коррозионноактивных ионов хлора.
Титан может корродировать под воздействием флюорорезины (fluororubbers) содержанием хлоропрена.
- по условиям протекания коррозионного процесса
- по характеру разрушения металла
В данном случае разрушение металла имеет характер растрескивания.
Наиболее часто, однако, используется классификация по механизму протекания коррозионных процессов, где выделяют два типа коррозии: химическую коррозию и электрохимическую коррозию.
Химическая коррозия протекает без возникновения электролитических процессов на границе фаз, то есть, примером химической коррозии может быть:
4Fe + 3O2 → 2Fe2O3 - ржавление железа в сухом воздухе.
В то же время, ржавление железа во влажном воздухе или же коррозия металла при взаимодействии с водой (та самая коррозия теплообменников и их пластин, о которой мы и хотим поговорить) происходит под воздействием электролитических процессов, протекающих в коррозионно-активной среде:
4Fe + 3O2 + 6H2O → 4FeO(OH)•H2O – ржавление, коррозия металла во влажной атмосфере, или в воде.
В данном случае, если мы говорим о коррозии теплообменников, речь идет, фактически, о коррозии пластин теплообменника. Вода в ходе коррозионных процессов выступает электролитом. Необходимо помнить, что скорость коррозии пластин теплообменника существенно увеличивается, если в воде растворены различные электролиты, или через пластины проходят так называемые «блуждающие токи», образующиеся при проведении сварочных работ и пр.
Хлориды и хлорид-ионы, содержащиеся в воде, с которой работает теплообменник, особенно сильно увеличивают скорость протекания коррозии. С получающимися в процессе коррозии Fe3+-ионами ионы хлора образуют растворимые комплексы (FeCl4-), что способствует ускорению окисления металла.
Питтинг (точечная) коррозия, наиболее часто возникает на поверхности пластин теплообменника под местным воздействием жидкости с содержание кислоты или щёлочи. Например, питтинг-коррозия на пластинах вызванная слишком большим содержанием хлоридов (более 300 промилле) в растворе.
Таким образом, важно понимать, что качественная водоочистка, установленная в Вашей котельной, ИТП или ЦТП, включающая колонны умягчения и дехлорирования воды, может существенно продлить жизнь Вашему теплообменнику, существенно замедлив коррозионные процессы.
Использование качественной водоочистки может:
- снизить скорость коррозии пластин теплообменника
- снизить скорость накопления отложений на пластинах теплообменника
- снизить скорость разрушения уплотнений теплообменника
Все эти факторы красноречиво свидетельствуют о том, что итогом противодействия коррозии теплообменника непременно станет увеличение межремонтного периода и сокращение Ваших расходов в связи с коррозией теплообменника.
Коррозия теплообменников.
Существует несколько основных параметров, которые влияют на скорость коррозии теплообменников и материала пластин в ходе эксплуатации аппарата. Если мы говорим о ПТО, где в качестве теплоносителя используется вода ( и она же, естественно, выступает электролитом), то в таких случаях основное влияние на скорость коррозии теплообменника и коррозию пластин теплообменника оказывают:
- pH воды-теплоносителя и теплоприемника. Даже небольшая кислотность используемой воды может существенно ускорить процесс коррозии теплообменников.
Коррозия металла, часто возникает в ПТО в которых охлаждается/нагревается кислотная жидкость (большое содержание ионов CI, F и Br) и не применяется пассивация металла.
- как уже было сказано, огромное влияние на процесс коррозии теплообменников оказывает общая щелочность воды, качество работы колонн по умягчению воды. Как известно, в ходе умягчения кальциевые и магниевые ионы, содержащиеся в воде, заменяются на ионы натрия, соединения которого не выпадают в твердый осадок при нагревании.
- для того. чтобы замедлить процесс коррозии теплообменников, важно контролировать концентрацию хлорид-, и сульфат- ионов, растворенного кислорода: все эти факторы способны крайне негативно влиять на коррозию металла пластин теплообменника. Окисляющие вещества (например, хлор) увеличивают поляризацию, а, значит, способствуют анодному растворению.
Коррозия нержавеющей стали: коррозия пластин теплообменников.
Как известно, пластины теплообменников, выполненные из нержавеющей стали, имеют отличные антикоррозионные свойства, и на сегодняшний день являются одним из лучших решений в плане противодействия коррозионным процессам, протекающим в теплообменнике. Особенно эффективно применение пластин из нержавеющей стали в случае использования в качестве греющей или нагреваемой среды воды с повышенной щелочной или кислотной реакцией среды.
Также пластины теплообменников, выполненные из качественной нержавеющей стали, обычно отличаются достаточной стойкостью к коррозии пластин теплообменника, вызванной жесткостью воды и повышенной концентрацией солей серной кислоты. Например, в теплообменника Alfa Laval для противодействия коррозии используют специальное покрытие из хрома и молибдена, которое усиливает антикоррозионные свойства теплообменника и препятствует коррозии пластин теплообменника. Однако при обслуживании промышленных котельных с установленными такими теплообменниками необходимо периодически производить промывку теплообменника химическими растворами.
Однако, применение наиболее совершенных пластин, выполненных из весьма инертных материалов, не освобождает владельца теплообменника от мер по противодействию коррозии теплообменника. Например, несмотря ни на что, следует внимательно относиться к осуществлению регулярной промывки теплообменника.
Отложения, удаленные с поверхности пластин теплообменника.
Пластина теплообменника до (справа) и после (слева) очистки от накипи и отложений.
Необходимо пояснить, почему регулярная промывка теплообменника – сможет защитить пластины Вашего теплообменника от коррозии.
Нержавеющая сталь, из которой выполнены пластины теплообменников, чувствительна к коррозии хлорид-ионами, и в особенности к контактной коррозии, когда поражение металла происходит за счет окисления ионами хлора в местах образования отложений на пластинных теплообменника.
На практике хлорид-ионы, которые могут содержаться в теплоносителе в минимальном количестве, могут разрушать защитную пленку и взаимодействовать непосредственно с металлом: как известно, хлор является сильнейшим окислителем, а в условиях повышенной температуры реакция только ускоряется.
Мы приводим примерные значения показателей концентрации хлорид-ионов, обеспечивающие уверенное использование пластин теплообменников из нержавеющей стали без возникновения коррозионных очагов. Все цифры, приведенные ниже, рассчитаны при pH=7. Уменьшение рН повышает вероятность коррозии. Стоит отметить что качество воды очень сильно влияет на срок службы теплообменника, "как неполадка на станции водоочистки вывела из строя всю котельную"
Коррозия пластин теплообменников: блуждающие токи.
Известно, что электрохимическая коррозия, протекающая в электролите, при взаимодействии электролитической среды и некоего металла, например пластины теплообменника, способна протекать в десятки раз быстрее в том случае, если объект коррозии подвергается воздействию так называемых блуждающих токов. Компания ЗАО "Единый Сервисный Центр" производит техническое обслуживание зданий. Подробная информация о способах и ценах на обслуживание зданий тут.
Занимаясь проблемой блуждающих токов, специалисты выявили, что именно блуждающие токи являются причиной ускоренной коррозии пластин теплообменников, труб и других негативных эффектов: «…одной из причин ускоренной коррозии теплообменников, их пластин и трубопроводов в современных условиях являются несанкционированно протекающие по ним токи промышленной частоты,(блуждающие токи) источниками которых являются токи утечки системы электроснабжения этих же зданий». Что бы умеьшить их количество необходим качественный монтаж инженерной системы.
Для коррозии пластин теплообменников, подвергшихся воздействию блуждающих токов, характерны микроскопические отверстия в пластинах теплообменника, в том месте, где через палстину прошел разряд.
К счастью для владельцев систем отопления и теплообменников, подобные случаи довольно редки: чаще всего коррозия пластин и разрушение прокладок теплообменника вызвано элементарным отсутствием сервиса и очистки теплообменника, то есть теплообменник промывается и очищается гораздо реже, чем это необходимо, а водоподготовка отсутствует, либо не справляется со своими функциями.
Что же такое блуждающие токи и как они возникают?
Блуждающие токи – переменные токи промышленной частоты, распространяющиеся от подземных коммуникаций, снабжающих электричеством тот или иной объект. Источником блуждающих токов может быть электрифицированный транспорт ( трамваи, метро, поезда) системы катодной защиты, шахтные инженерные системы электроснабжения постоянным током). Объектом пагубного влияния блуждающих токов, как правило, становятся металлические подземные конструкции зданий и сооружений, то есть трубы, пластины теплообменников и пр. Есть еще причины по которой тепло в дом может не поступать, например, перебои с поставкой газа, электричества и воды для котельной.
Точками наиболее пагубного воздействия блуждающих токов на объекты инфраструктуры становятся те места, где блуждающие токи стекают с поверхности металла в электролит, которым зачастую выступает вода или грунт.
Исследования показали, что по тем трубопроводам зданий, которые находятся вне зоны растекания блуждающих токов в обычном понимании этого слова также протекают «…протекают переменные токи (блуждающие токи) промышленной частоты от 0,1 до 18,2 А.
Анализ полученных данных позволил установить взаимосвязь между величиной протекающего тока и скоростью коррозии трубопроводов. На основании данных исследований можно сделать вывод о прямой взаимосвязи между скоростью коррозии внутренних трубопроводов зданий и величиной протекающих по ним переменных и постоянных токов».
Далее авторы исследования отмечают, что для блуждающих токов характерно изменение величины блуждающего тока в зависимости от изменения энергетической нагрузки на здание.
Среди причин, по которым возникают блуждающие токи, которые вызывают коррозию трубопроводов, пластин и теплообменников и металлических конструкций обычно называют следующие:
- блуждающие токи возникают вследствие непрофессиональной эксплуатации действующей системы электроснабжения, например, преднамеренное использование трубопроводных систем в качестве нулевых рабочих проводников
- блуждающие токи возникают вследствие некорректного подключения электропотребителей (стерилизаторы, стиральные машины, гидромассажные ванны, душевые кабины, водонагревательные котлы, посудомоечные машины и т.д.), связывающих трубопроводные системы с системой электроснабжения зданий (см. рис. 5);
- блуждающие токи возникают вследствие повреждения изоляции кабельных линий и/или электрооборудования, ослабление, отгорание и механические повреждения нулевых рабочих проводников.
|
