Определения состояния металла трубопроводов тепловых сетей по результатам обследования индикаторов коррозии иженерной диагностики

Министерство образования  и науки российской федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ижевский Государственный  Технический Университет»

Кафедра «Теплоэнергетика»

 

 

 

Контрольная работа

по дисциплине «Физикохимические основы коррозии»

«Определения состояния металла трубопроводов тепловых сетей по результатам обследования индикаторов коррозии иженерной диагностики»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ижевск 2013.

 

 

Содержание

 

Коррозия  наружная и внутренняя 3

Установка индикаторов  коррозии 3

Оценка скорости внутренней коррозии 4

Характерные виды внутреннего коррозионного  поражения трубопроводов ТС 5

Исследование  скоростей коррозии по индикаторам  коррозии 6

Защита металла  от внутренней коррозии 6

Внутренняя  коррозия на подающих и обратных трубопроводах  ТС 7

Определение коррозии металла по результатам  инженерной диагностики 8

Литература 10

 

 

 

 

Коррозия наружная и внутренняя

Коррозия трубопроводов  тепловой сети (ТС) является одним из основных факторов, определяющих надежность эксплуатации систем теплоснабжения. Наружная, внутренняя, двусторонняя коррозия значительно сокращают ресурс эксплуатации трубопроводов.

В СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети»  устанавливается только «скорость  наружной коррозии труб, которая не должна превышать 0,03 мм/год», поскольку  считается, что в ТС внутренняя коррозия должна отсутствовать за счет надлежащего  качества химводоподготовки.

Наружная коррозия всегда на виду. Достаточно провести шурфовку, вскрыть канал, удалить покрывные слои и становятся явными: нарушения, выполненные при монтаже и строительстве; затопление канала; близость расположения недостаточно изолированных подземных коммуникаций (кабелей и пр.). Как правило, коррозия и причина, вызвавшая ее, всем очевидны.

Все обстоит гораздо сложнее  при развитии внутренней коррозии металла  трубопроводов. Чаще всего ее фиксируют, когда уже возник порыв. Надо иметь  убедительные факты, чтобы вырезать катушку из трубопровода с удовлетворительным состоянием строительных конструкций, с неповрежденным наружным антикоррозионным слоем.

Внутренняя коррозия, как  и наружная, может быть локальной  и сплошной. Причины, вызывающие сплошную внутреннюю коррозию, различны. Наиболее частыми причинами являются: неудовлетворительное качество химводоподготовки или «подсос» в тепловую сеть сырой воды, а так же развитие стояночной коррозии.

Развитие локальной внутренней коррозии в значительной мере зависит  от коррозионной стойкости сталей, применяемых для изготовления труб, и определяется чистотой металла  по коррозионно-активным неметаллическим  включениям (КАНВ). Эти включения  имеют сложный состав, но, как  правило, содержат кальций [1].

Коррозионные пятна и  язвы локализуются по местам скоплений  КАНВ. Тепловые и гидравлические удары  при проведении гидравлических испытаний  около скоплений КАНВ могут привести к коррозионному растрескиванию и развитию микротрещин в полноценные  порывы.

Установка индикаторов коррозии

В соответствии с [2, п. 4.12.27] на водяных тепловых сетях должен быть организован систематический контроль за внутренней коррозией трубопроводов путем анализа сетевой воды и конденсата, а также по индикаторам коррозии, устанавливаемым в наиболее характерных точках (на выводах с ТЭЦ, концевых участках и двух-трех участках магистрали).

Индикаторы коррозии устанавливаются  в тепловых сетях согласно [3] и  предназначены для контроля скорости внутренней коррозии тепловых сетей  гравиметрическим методом.

В качестве индикаторов коррозии применяют стальные круглые пластины толщиной 2-3 мм, наружным диаметром 50-60 мм с отверстием диаметром 12 мм в  центре диска. Индикаторы коррозии, в  количестве 3-6 пластин, устанавливаются  на штоке-держателе, привариваемом  к глухому фланцу. Расстояние между  индикаторами коррозии в сборке от 5 до 20 мм.

Для изготовления индикаторов  предусмотрен ограниченный выбор сталей: ВСт3сп по ГОСТ 380 и стали 10 и 20 по ГОСТ 1050 [3]. В то же время индикаторы коррозии - это образцы-свидетели, которые  должны быть изготовлены из материала, идентичного материалу трубопровода и находиться в одинаковых гидрохимических  условиях со стенками трубопровода.

Периодическим осмотром в  конце каждого отопительного  сезона визуальным контролем контролируется характер коррозионного процесса по ГОСТ 9.908-85, а взвешиванием индикаторов  коррозии через определенный отрезок  времени - скорость коррозии материала  трубопровода по методике [3].

При контроле скорости коррозии магистрального участка остается неизвестной  скорость коррозии трубопровода на выходе из микрорайонов в магистральную  линию.

Мы предлагаем, к ранее  имеющимся индикаторам коррозии, дополнительно установить индикаторы коррозии на обратных трубопроводах  тепловой сети на входе в магистральную  линию из микрорайонов.

Кроме того, установка индикаторов  коррозии на расходные и рециркуляционные трубопроводы позволяет оценить внутреннее состояние металла аккумулирующих емкостей (объемом 1000-2000 м3), корректировать последовательность работы емкостей и предотвратить коррозию металла емкостей, вызванную разложением герметика.

Оценка скорости внутренней коррозии

Для оценки, как состояния  металла трубопроводов, так и  водно-химического режима, необходимо иметь данные по скорости коррозии в различных участках ТС, виду коррозионного  поражения и интенсивности образования  отложений. Кроме того, эти данные позволяют установить причины коррозионного  повреждения трубопроводов, определить влияние коррозионных повреждений  на долговечность трубопроводов  и разработать обоснованные мероприятия  по защите трубопроводов от внутренней коррозии.

В табл. 1 представлена скорость (проницаемость) коррозии, соответствующая  агрессивности сетевой воды [3].

В [4, 5] оценка интенсивности  внутренней коррозии приводится по группам  интенсивности коррозионного процесса (табл. 2).

Интенсивность коррозии, соответствующая 1-й группе, считается безопасной.

При интенсивности коррозии, соответствующей 2-й группе, должны быть проанализированы причины коррозии и выработаны мероприятия по их устранению.

При интенсивности коррозии, соответствующей 3-й и 4-й группам, эксплуатация трубопровода до устранения причин, вызывающих интенсивную внутреннюю коррозию, должна быть запрещена в  соответствии с [5].

В различных нормативно-технических  документах, несмотря на незначительные различия в терминологии определения  интенсивности коррозии, имеет место  единый поход к количественной оценке скорости коррозии.

Методика очистки [3] индикаторов  коррозии от накипи и ржавчины не всегда позволяет добиться их полного удаления. Данная очистка эффективна только в  случае, если продукты коррозии рыхлые и не «прикипают» к основному  металлу.

Поэтому при неполном удалении коррозионных отложений и накипи результаты расчета скорости коррозии будут занижены.

С другой стороны, скорость любого коррозионного процесса имеет  тенденцию изменяться от высокой  скорости к постоянной, более низкой, скорости коррозии [6]. Для установления равновесной скорости коррозии требуется  несколько месяцев. Следовательно, результаты скорости коррозии, определенные по индикаторам, превышают скорость реально существующего коррозионного  процесса в ТС, где имеет место  установившаяся коррозия.

Характерные виды внутреннего коррозионного  поражения трубопроводов ТС

В зависимости от применяемого способа химводоподготовки, природного состава подпиточной воды, рабочих параметров: давления и температуры, на трубопроводах ТС может появиться язвенная или сплошная равномерная коррозия. Коррозионные поражения чаще всего развиваются под слоем накипи и ржавчины.

Наименее опасным и  легко прогнозируемым повреждением является сплошная равномерная коррозия. Но одной равномерной коррозии на практике никогда не бывает. Общая  равномерная и местная коррозия - пятнами или язвами, обычно развиваются  рядом, но с разными скоростями.

Язвенная коррозия труб со временем переходит в сквозное поражение. Язвы могут оказаться инициаторами зарождения усталостных трещин и  хрупких разрушений. Язвенная коррозия обычно сопровождается образованием вокруг отдельных крупных язв толстых  расслаивающихся слоев продуктов  коррозии, покрывающих всю поверхность  металла или значительную ее часть.

Образование коррозионных отложений  в трубопроводах тепловой сети, в  значительной степени, обусловлено  стояночной коррозией, интенсивность  которой в период простоя в  среднем в 15-20 раз больше, чем в  период эксплуатации. Стояночная коррозия приводит к накоплению большого количества железооксидных отложений в ТС к началу отопительного периода. С началом отопительного периода эти отложения при включении циркуляции теплоносителя в большом количестве попадают в сетевую воду. Концентрация загрязнений в обратной сетевой воде в этот период может многократно превышать нормативные значения по содержанию железа, взвешенных частиц, цветности, мутности. Механические загрязнения размером свыше 100 мкм распределяются по нижней образующей трубы и, тем самым, образуют наносные отложения на участках труб с низкими скоростями движения воды [7].

Исследование скоростей коррозии по индикаторам коррозии

С 1998 г. на МУП «Йошкар-Олинская ТЭЦ-1» проводится контроль внутреннего  состояния металла по индикаторам  коррозии в соответствии с [3]. Результаты исследований приведены на рис. 1 и  в табл. 3.

Скорость коррозии (проницаемость) на пластинах одной сборки, установленной  в одной точке ТС, может значительно  отличаться. В [3] это предусмотрено, и если отклонение скорости коррозии одной или нескольких пластин  превышает 60% значений средней скорости в сборке, то этот результат считается  недостоверным и исключается  из расчета средней скорости коррозии в сборке. Это объясняется тем, что пластины в сборке по-разному  омываются сетевой водой. Промежутки между пластинами заполнены ржавчиной, накипью, и в зависимости от свойств  этих отложений (химического состава, плотности), подвергаются коррозии в  большей или меньшей степени. Чем больше расстояние между пластинами, тем меньше вероятность образования  коррозионного шлама. Кроме того, чем меньше расстояние между пластинами, тем больше условий для развития щелевой коррозии.

Скорость общей коррозии отдельной пластины П рассчитывалась по формуле [3]:

n=47000(g1-g2-Ag)/(S-T), г/м2.сутки, где g1 - масса пластины до установки в трубопровод, г; g2 - масса пластины после извлечения из трубопровода и очистки от продуктов коррозии, г; Ад - потеря в весе непрокорроди-ровавшей пластины при кислотной обработке, г; S - средняя площадь поверхности пластины, мм2; T - продолжительность пребывания пластины в трубопроводе, сутки.

Для оценки скорости язвенной коррозии и прогнозирования ее развития в последующий период необходимо определить среднюю скорость проникновения  коррозии в наиболее глубоких язвах  и количество язв на единицу поверхности.

Именно на анализе скорости коррозий, в первую очередь, язвенной, точечной и питинговой базируются оценка поврежденности и коррозионной опасности и возможности дальнейшей безопасной эксплуатации трубопроводов. Но гравитационный метод позволяет определить только скорость общей коррозии.

Защита металла от внутренней коррозии

Защитить металл ТС от внутренней коррозии можно за счет введения добавок  или применения специальной обработки  воды, снижающей ее коррозионную активность. Применим этот способ только для снижения скорости внутренней коррозии. Можно  решать проблему наружной и внутренней коррозии более радикально -использовать химически стойкие материалы и покрытия. Применение же толстостенной трубы не гарантирует защиту металла от язвенной коррозии, хотя существенно увеличивает срок эксплуатации трубопроводов при развитии сплошной равномерной коррозии.

Исследование скоростей  коррозии металла по индикаторам  коррозии позволяет выбрать оптимальный  режим химводоподготовки.

В ОК-20 (отопительной котельной) сетевая вода имеет высокое природное  содержание железа (1,8-2 мг/л). Трубопроводы ТС от этих котельных имели сильное  внутреннее коррозионное поражение  язвами и пятнами. Коррозионный нарост достигал 25-30% от веса установленных  индикаторных пластин.

Традиционные способы  химводоподготовки оказались не эффективными. В 2003-2004 гг. для защиты от коррозии в ОК-20 применили комплексон ККФ. Как с комплексоном ККФ, так и без него, скорость коррозии металла по индикаторам коррозии в трубопроводах «подачи» и «обратки» фиксировалась как высокая. Неэффективность применения комплексона ККФ вызвана высоким природным содержанием железа в сетевой воде.

В 2005 г. в ОК-20 была применена  магнитная обработка воды. Извлеченные  индикаторные пластины оказались чистыми  от продуктов коррозии и накипи. Рассчитанная скорость коррозии оказалась  низкой, как на подающем, так и на обратном трубопроводах; из рис. 2 видно, что скорость внутренней коррозии металла трубопровода уменьшилась в 10 раз.