Studium korozní odolnosti uhlíkových a nízkolegovaných ocelí používaných v energetice

Robert Maršál

Doctoral thesis

Study of the corrosion resistance of carbon and low-alloy steels used in power engineering

Abstract:

ANOTACE DISERTAČNÍ PRÁCE MARŠÁL, R. Studium korozního poškození trubek žárupevného materiálu v energetice: disertační práce. Ostrava: VŠB – Technická univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra mechanické technologie, 2017 156 s. Školitel: Doc. Ing. Jitka Podjuklová, CSc., prof.h.c. Předkládaná disertační práce se zabývá příčinou vzniku korozního napadení vnitřního povrchu kotlových trubek (várnic) z konstrukční uhlíkové oceli L290NB, které jsou součástí výparníku spalovací komory parního granulačního kotle s provozním tlakem 10MPa a ve kterých probíhá přirozená cirkulace demineralizované chemicky upravené kotelní vody spolu s dávkovaným alkalizačním roztokem Na3PO4 určeným ke stabilizaci normativních hodnot pH. Vnější povrch trubek výparníku je ohříván spalinami o teplotě do 1 200°C, což vede k tvorbě syté páry, která se dále v přehříváku kotle mění na výstupní přehřátou páru určenou pro výrobu elektrické energie. Ke koroznímu napadení dochází vždy na vnitřních otápěných stěnách trubek výparníku, zejména v oblastech nerovnoměrných a nehomogenních povrchů. Působením korozní degradace materiálu dochází k úbytku vnitřní stěny trubky a za působení vnitřního tlaku média dojde k iniciaci trhliny a netěsnosti stěny trubek v podobě masivního úniku provozního média do prostoru spalovací komory kotle. Porušení celistvosti trubek vede k nucené odstávce zařízení pro výrobu přehřáté páry a elektrické energie. Na základě výsledků experimentálních zkoušek bylo zjištěno, že z důvodu nekorektnímu dávkování alkalizačního roztoku Na3PO4 při výrobě syté páry dochází k zvyšování obsahu monitorovaného množství P2O5, který v kotelní vodě spolu s uvolněnými ionty mědi z mosazných a měděných trubek z doprovodných zařízení energetiky, způsobují odklon od normativních hodnot pH do kyselých a dlouhodobě do zásaditých hodnot. Tento proces má za následek, porušení ochranné oxidické vrstvy a pod nánosem korozního produktu inkrustací dochází k postupnému koroznímu úbytku stěny trubky. Z výsledků empirického měření bylo prokázáno, že se současně podporuje proces korozního napadení vlivem tepelného zatížení materiálu trubek spalinami o teplotě až 1 600°C. Stabilizací chemismu kotelní vody spolu s tepelným zatížením a dozorováním kvality vnitřních ploch trubek, dochází k omezení korozního napadení.

Abstract:

ABSTRACT DISSERTATION WORK MARŠÁL R. Study corrosive damage fireproof material pipes in energy sector: the dissertation. Ostrava: VSB - Technical University of Ostrava, Faculty of Engineering, Department of Mechanical Technology, 2017 156 p. Thesis head: Doc. Ing. Jitka Podjuklová, PhD., Prof.h.c. The present dissertation deals with the causes of corrosion attack on the inner surface of boiler tubes (evaporating tubes) made of L290NB structural carbon steel, which are part of the evaporator of the combustion chamber in a steam, dry bottom boiler with an operating pressure of 10MPa where there is natural circulation of deionized, chemically treated boiler water together with dosed Na3PO4 alkalizing agent to stabilize normative pH values. The outer surface of the evaporator tubes is heated by combustion gases with a temperature of up to 1 200°C, creating saturated steam which is further converted on a superheater into output superheated steam intended for electricity production. The corrosion attacks always have always occurred on the inner, heated walls of the evaporator tubes, especially in areas with uneven and inhomogeneous surfaces. Corrosion degradation of the material results in shrinkage of the inner tube walls, while tube wall cracks and leaks are thereafter initiated by the effect of the internal pressure of the medium, resulting in massive leakage of the operating medium into the combustion chamber of the boiler. The disruption of tube integrity leads to forced downtime of the plant producing superheated steam and electricity. On the basis of the results of experimental tests, it has been found that there has been an increase in the monitored amount of P2O5 due to incorrect dosing of the Na3PO4 alkalizing agent in the production of saturated steam, causing a deviation from normative pH values towards acidic and, over the long term, alkaline ranges in the boiler water, together with copper ions released from brass and copper tubes from the supporting power engineering equipment. This process results in disruption of the protective oxide layer and gradual loss of the tube wall material under a build-up of corrosion product incrustation. The results of empirical measurements have shown that the corrosion attack is also supported by the thermal load of the tube material due to combustion gas temperatures reaching 1 600°C. Stabilisation of the chemism of boiler water together with the thermal load, and quality control of the inner tube surfaces, has suppressed the corrosion attack.

Keywords

koroze, várnice, kotel, žáropevný, materiál, alkalizace, energetika

Keywords

Corrosion, evaporating tubes, boiler, fireproof, materiál, alkalization, energy sector

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 5. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 13. 10. 2017
• Supervisor: Jitka Podjuklová
• Reader: Stanislav Lasek, Jaroslav Purmenský, Kateřina Kreislová

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta strojní

Doctoral programme / field:
Strojní inženýrství / Strojírenská technologie