Медь в котловой воде и отложениях
Принимая во внимание значительный объём медных и медносплавных материалов, применяемых во вспомогательном оборудовании (конденсаторы, подогреватели, охладители, насосы), наличие меди в большинстве котловых отложений является закономерным. Как правило, медь присутствует в металлическом состоянии; в отдельных случаях фиксируется также её оксидная форма. Массовая доля меди в отложениях может изменяться от долей процента до значений близких к чистой меди.
Вопрос о влиянии медных отложений на коррозию стальных поверхностей котлов остаётся дискуссионным среди специалистов по водоподготовке. Существует точка зрения, согласно которой медь выступает лишь пассивным компонентом (инертным сопутствующим элементом) коррозионного процесса. В противоположность этому, ряд авторов рассматривает медь как активный фактор, усиливающий питтинговую коррозию за счёт выполнения функции катодного электрода по отношению к стальной поверхности. Ни одна из указанных гипотез не получила однозначного подтверждения в виде прямых экспериментальных данных.
Имеется значительное число зафиксированных случаев, когда общая коррозия внутренних поверхностей котла отсутствует либо выражена слабо, несмотря на наличие по всему объёму котла отложений с заметным содержанием металлической меди. Имеются также данные, что при контакте меди и низкоуглеродистой стали в щёлочной среде котловой воды при повышенных температурах преимущественно разрушается медь, а не сталь. В частности, отмечено интенсивное разрушение медных втулок (феррул) на концах перешиваемых труб, а также медных заклёпок и сеток во вспомогательном оборудовании, через которое проходила котловая вода; указанные элементы в ряде случаев были практически полностью разъедены, даже при относительно низких рабочих температурах котла. На основании подобных наблюдений делается вывод, что металлическая медь сама по себе не является инициатором коррозии стали в котлах. Медь рассматривается как конечный продукт восстановления закиси меди (Cu₂O) зарождающимся (атомарным) водородом, образующимся при локальной коррозионной атаке стали в котловой воде.
В то же время в эксплуатационной практике неоднократно отмечалось развитие интенсивной питтинговой коррозии металла котла в зонах расположения отложений, обогащённых медью. Данные наблюдения послужили основанием для гипотезы о функциональном участии меди в процессе коррозии: медь, будучи катодным материалом по отношению к стали, способствует развитию питтинга. Следует учитывать, что рабочая внутренняя поверхность котла, как правило, представлена не голым металлом, а покрыта защитной оксидной плёнкой на основе оксидов железа. При нарушении сплошности этой плёнки возможно образование локальных анодных участков по отношению к медным включениям, что способствует интенсификации питтинговой коррозии. Подобное состояние может объяснять ускоренное развитие питтинга после зарождения даже единичного питта, а также случаи выраженного питтинга, наблюдаемые после кислотной промывки котлов.
Неправильная консервация и режим содержания неработающих котлов
Одной из наиболее распространённых причин развития питтинговой коррозии является несоблюдение регламентов по консервации и режиму содержания неработающих (резервных) котлов. Неработающий котёл должен либо находиться в полностью осушенном состоянии, либо быть полностью заполнен водой, обработанной таким образом, чтобы исключить возможность коррозии. Наличие воды на внутренних поверхностях неработающего котла приводит к поглощению кислорода из воздуха и инициирует развитие питтинговой коррозии. Образующиеся питты в дальнейшем выступают в роли очагов (концентраторов) дальнейшей коррозионной атаки при последующем вводе котла в эксплуатацию.
Стандартные (рекомендуемые) мероприятия по защите неработающих котлов от коррозии включают следующие варианты:
1. Сухой способ консервации: Слить воду из котла при повышенной температуре (ориентировочно 90 °C), организовать циркуляцию тёплого воздуха до достижения полного высыхания внутренних поверхностей и далее поддерживать котёл в сухом состоянии.
2. Мокрый способ консервации с использованием сульфитной щёлочной среды:
Полностью заполнить котёл щёлочной водой с величиной pH порядка 11, содержащей избыточное количество сульфит‑ионов (порядка 100 мг/дм³ по SO₃²⁻), и организовать водяной или паровой затвор (исключить контакт раствора с атмосферным воздухом).
3. Мокрый способ консервации с использованием хроматной щёлочной среды:
Полностью заполнить котёл щёлочным раствором хроматов с концентрацией порядка 200–300 мг/дм³ по CrO₄²⁻.
При выполнении химической очистки (кислотной промывки) котлов защитная оксидная плёнка железа на внутренних поверхностях частично или полностью удаляется. В последующем эксплуатационном режиме восстановление защитных свойств на отдельных участках может происходить неполно или с задержкой, и даже при отсутствии меди такие зоны становятся потенциальными очагами питтинговой коррозии. В связи с этим непосредственно после промывки рекомендуется выполнение щёлочной «выварки» (щелочного кипячения) поверхностей, по схеме, аналогичной процедуре ввода в эксплуатацию новых котлов, с целью формирования стабильной защитной оксидной плёнки.
