Инспекция паровых котлов и теплообменного оборудования

Евгений С. Сергеев, 2022

Книга описывает общий процесс износа и методы инспекционного контроля оборудования в эксплуатации в нефтяной и газовой сферах. Авторы являются высококвалифицированными специалистами с многолетним опытом работы в сферах: инспекционного контроля на производственных предприятиях, включая нефтегазовую промышленность, реализации проектов управления строительством и эксплуатации, формировании и обучения проектной команды по качеству, разработка и внедрение системы контроля качества в ходе строительства и эксплуатации. Для целей повышения уровня компетенций инспекторов, студентов и лиц, заинтересованных в контроле качества заводского оборудования, авторы решили подготовить серии книг по проверке оборудования различных номенклатурных групп. Уникальный подход заключается в том, что в дополнение к объяснению методов контроля, также описаны общие принципы износа и специфика оборудования.

Общий износ котлов

Инспектора по контролю состояния оборудования должны знать части котла наиболее подверженные износу. Другими словами, инспектор должен знать, что и где искать при проведении инспекции. Примеры износа, которые можно увидеть при осмотре котла:

Износ труб котла

Коррозия труб и барабанов в значительной степени зависит от воды, используемой для работы котла, и ее химического состава. Наиболее часто встречающиеся виды коррозии внутренних стенок котла включают щелочную, водородную, кислотную, кислородную коррозии, локализованную коррозию и коррозионное растрескивание под напряжением.

a) Осадок в трубах

Значимым фактором, определяющим степень коррозии внутренних стенок котла, является количество осадков продуктов коррозии. Осадок ограничивает передачу тепла и приводит к локальному перегреву труб, что, в свою очередь, может привести к концентрации загрязняющих веществ и веществ, вызывающих коррозию. В зависимости от типа загрязняющих веществ, присутствующих в технологической воде, будут различаться места присутствия, скорость отложения и влияние осадка.

b) Щелочная коррозия

Локальное истончение стенок внутренней поверхности труб приводит к повышенному напряжению и давлению на стенку трубы. Щелочная коррозия возникает при наличии избыточного осадка на внутренних поверхностях труб. Это приводит к ослаблению потока охладительной воды и уменьшению контакта с трубой, что, в свою очередь, приводит к локальному кипению под осадком и концентрации химреагентов котельной воды. Концентрация гидроксида натрия может подниматься до высокого уровня концентрации водорода (pH). При высоком уровне pH защитная оксидная пленка металла может раствориться, что приведет к интенсивной коррозии. Осадок обычно откладывается в местах прерывания потока и на участках значительной тепловой нагрузки.

c) Водородное повреждение

Потеря пластичности трубного материала или водородная хрупкость вследствие воздействия водорода могут привести к хрупкому разрушению. Водородное разрушение наиболее часто обуславливается избыточным осадком внутри трубы и низким уровнем pH технологической воды. Нарушение химического состава воды (что может произойти при утечках из конденсатора, особенно при использовании охлаждающего агента морской воды) приводит к формированию кислотных (с низким pH) загрязняющих веществ, которые могут быть сконцентрированы в осадке.

При коррозии под осадком высвобождается активный водород, который переходит к трубному металлу, вступает в реакцию с углеродом в стали (обезуглероживание) и вызывает межкристаллическое разделение.

d) Кислородная коррозия

Агрессивная локализованная коррозия и утонение трубной стенки вблизи впуска технологической воды экономайзера — обычное явление для рабочего котла. Погруженные в воду или недрерируемые поверхности наиболее подвержены коррозии в периоды простоя.

Кислородная коррозия возникает при избыточном содержании кислорода в котельной воде. Это может произойти во время работы котла в результате впуска воздуха в насосы или отказа оборудования обработки воды перед подачей в котел.

Питтинговая коррозия труб экономайзера обычно возникает вследствие отсутствия надлежащего контроля содержания кислорода в технологической воде котла.

Она также может возникнуть в периоды, когда котел не эксплуатируется, например, во время простоя или хранения при несоблюдении надлежащих процедур.

Недренируемые участки контура котла, такие как контуры нагревателя, провисающие горизонтальные трубы перегревателя и промежуточного перегревателя, подводящие линии особенно подвержены коррозии.

Общее окисление труб в нерабочие периоды иногда называют коррозией простоя. Влажные поверхности подвержены окислению, так как вода вступает в реакцию с металлом, вследствие чего образуется оксид железа.

При наличии коррозийного шлака конденсат с поверхностей труб или промывочная вода могут вступить в реакцию с элементами, содержащимися в шлаке, и образовать кислоты, что приведет к намного более агрессивному воздействию на металлические поверхности.

Кислородная коррозия

Для обеспечения полной защиты от кислородной коррозии во время простоя котел необходимо держать заполненным водой, обработанной раскислителем, с заглушкой или закрытым под азотной подушкой. На рисунке 2-1 показана труба котла со сквозной кислородной коррозией.

e) Кислотная коррозия

Воздействие коррозии на внутренние металлические поверхности труб, приводящее к появлению беспорядочных отверстий, а в самых крайних случаях — к состоянию внутренней части трубы, называемому «Швейцарский сыр». Кислотная коррозия наиболее часто обуславливается отсутствием надлежащего контроля процесса химической очистки котла и/или пассивации остаточной кислоты после чистки.

f) Коррозионное растрескивание под напряжением

Коррозионное растрескивание под напряжением (КРН) характеризуется хрупкими трещинами с толстостенными гранями. Этот вид коррозии можно обнаружить на участках с более высоким внешним напряжением, например, в местах близкого крепления арматуры.

КРН обычно подвергаются детали из аустенитной нержавеющей стали перегревателя и промежуточного перегревателя. КРН характеризуется трещинами в стенках трубы, распространяющимися либо транскристаллически, либо межкристаллически (вдоль границ зерен). Она возникает при комбинированном воздействии высокого растягивающего напряжения и коррозионной жидкости. Повреждение вызывается трещинами, распространяющимися изнутри. Коррозийная жидкость может быть перенесена в перегреватель из парового барабана или попасть в него после кислотной очистки котла, если перегреватель не защищен надлежащим образом.

КРН трубы

g) Коррозионная усталость

Коррозионная усталость проявляется на внутренней поверхности трубы в виде транскристаллических трещин, обычно возникающих рядом с внешними соединениями.

Повреждение трубы происходит вследствие сочетания тепловой усталости и коррозии. На коррозионную усталость влияет конструкция котла, химический состав воды, содержание кислорода в котельной воде и принцип работы котла. Сочетание этих факторов приводит к разрыву защитного слоя магнетита на внутренней поверхности трубы котла. Отсутствие этого защитного слоя окалины позволяет коррозии воздействовать на трубу.

Места соединений и внешние сварные швы наиболее подвержены коррозии. Проблема, скорее всего, усугубится на этапе запуска котла.

Внешние повреждения труб

Компоненты топлива и температуры металла являются важными факторами развития коррозии со стороны нагрева. Коррозию со стороны нагрева можно разделить на низкотемпературную коррозию или высокотемпературную коррозию под воздействием мазутной золы. Коррозия может проявиться со стороны топочного газа экономайзера и труб воздушного подогревателя. Сила коррозии зависит от количества оксидов серы или кислоты в сгоревшем топливе, от температуры топочного газа и от типа нагреваемой жидкости. При наличии в топочном газе оксидов серы коррозия будет более сильной при охлаждении газов до температуры точки росы. Температура газа в экономайзерах и подогревателях должна поддерживаться выше 163°C (325°F) для предотвращения конденсации коррозийной жидкости. Фактическую точку росы можно вычислить на основе состава топочного газа. Расчет нужно выполнить для видов топлива с высоким содержанием серы. Она может зависеть от конструкции труб и потока воды в трубах, организованных так, что обеспечивается контроль температур газа.

Виды наружного износа приведены ниже:

a) Коррозия продуктами сгорания топлива со стороны нагрева (перегреватель)

Коррозия продуктами сгорания топлива со стороны нагрева зависит от характеристик золы, топлива и конструкции котла. Она обычно возникает при сжигании угля, но может возникнуть и при определенных видах сжигания жидкого топлива. Характеристики золы учитываются при проектировании котла: при определении размера, геометрии и материалов, используемых при изготовлении котла. Температуры металла и топочного газа в конвекционных проходах являются важными характеристиками, которые необходимо учесть. Повреждение происходит, когда определенные составляющие угольной золы остаются в расплавленном состоянии на поверхностях труб перегревателя. Эта расплавленная зола может являться высоко коррозийным элементом.

b) Высокотемпературное окисление

Визуально напоминает коррозию продуктами сгорания топлива со стороны нагрева. Высокотемпературное окисление может локально возникнуть на участках с наивысшей температурой наружной поверхности относительно предельного значения окисления трубного материала.

Для дифференциации этих типов износа лучше провести проверку трубы и оценить внутреннюю и внешнюю окалину и осадок.

Конец ознакомительного фрагмента.