Erozja korozyjna i korozja przyspieszona przepływem to połączony mechaniczny i elektrochemiczny atak, który zachodzi, gdy płyn o dużej prędkości lub turbulentny zdziera ochronną warstwę tlenkową lub pasywną z powierzchni metalu szybciej, niż warstwa ta może się odnowić, odsłaniając świeży metal, który następnie ponownie koroduje w powtarzającej się pętli.
W efekcie następuje kierunkowa utrata metalu podążająca ścieżką przepływu, a nie losowe punktowe wgłębienia widoczne w warunkach stagnacji. Korozja przyspieszona przepływem (FAC) to szczególna, o wysokich konsekwencjach forma tego mechanizmu, która powoduje przerzedzanie rur ze stali węglowej w systemach pary wilgotnej i wody podającej.
Większość metali inżynierskich przetrwa w agresywnych płynach tylko dzięki cienkiej, przylegającej warstwie, która oddziela metal od elektrolitu. Stal węglowa polega na magnetycie (Fe3O4), stopy miedzi na warstwie tlenku miedzi (Cu2O), a stale nierdzewne na pasywnej warstwie bogatej w chrom.
Erozja korozyjna zaczyna się, gdy naprężenie ścinające przy ściance, turbulencja, uderzające krople lub unoszone cząstki stałe miejscowo mechanicznie usuwają tę warstwę. Obnażony metal szybko koroduje, zaczyna rosnąć nowa warstwa, a przepływ znowu ją usuwa.
Ponieważ rozpuszczanie i mechaniczne usuwanie wzajemnie się wzmacniają, całkowita utrata metalu jest znacznie większa niż przy działaniu któregokolwiek z tych procesów osobno. Tempo jest w dużej mierze rządzone przez transport masy przy ściance, więc wszystko, co zwiększa turbulencję lub lokalną prędkość, podnosi tempo.
Erozja korozyjna ma charakterystyczną, kierunkową morfologię, która odróżnia ją od korozji punktowej (pitting) i innych lokalizowanych form. Typowe cechy to:
Erozja korozyjna koncentruje się tam, gdzie przepływ przyspiesza, zmienia kierunek lub staje się turbulentny. Poniższa tabela przypisuje typowe miejsca do dominującej przyczyny i praktycznych działań łagodzących.
| Miejsce | Dominująca przyczyna | Działania zapobiegawcze |
|---|---|---|
| Kolana, zgięcia, trójniki | Turbulencja i uderzenia przy zmianie kierunku | Kolana o długim promieniu, grubsza ścianka, stopy odporne na FAC |
| Wirniki i obudowy pomp | Wysoka prędkość wraz z zapadaniem kawitacji | Zwiększenie NPSH, twardsze stopy, właściwe dobieranie wymiarów |
| Siedzenia zaworów i elementy dławiące | Flashing i wysoka lokalna prędkość przy ograniczeniu | Materiały Stellite lub utwardzone elementy, redukcja wielostopniowa |
| Wloty do kondensatorów i wymienników | Turbulencja na wlocie i unoszone cząstki stałe | Tuleje lub wkładki na wlotach, limity prędkości |
| Rurociągi wody zasilającej i pary wilgotnej | Korozja przyspieszona przepływem stali węglowej | Stopy chromowe, kontrola pH i tlenu |
| Przelotki i redukcje | Strumieniowanie (jetting) poniżej ograniczenia | Opływowa geometria, wykładziny odporne na ścieranie |
Erozja korozyjna przy końcach wlotu często powoduje uszkodzenia rur i utratę wydajności cieplnej, więc wloty do rur zasługują na szczególną uwagę podczas monitorowania stanu.
FAC to rozpuszczanie ochronnej warstwy magnetytu na stali węglowej i nisko stopowej w przepływającej wodzie lub parze wilgotnej. Spowodowała ona katastrofalne pęknięcia rur, w tym awarie linii kondensatu i wody zasilającej w Surry w 1986 i w Mihama w 2004 roku, ponieważ przerzedzanie może postępować wewnętrznie i być niewidoczne aż do przebicia ścianki.
FAC jest najbardziej agresywna w określonym oknie warunków, a nie po prostu przy najwyższej temperaturze. Jednofazowa FAC osiąga maksimum mniej więcej w zakresie 130, 150 °C, podczas gdy dwufazowa (para wilgotna) FAC ma maksimum bliżej 180 °C.
Chemia wody zasilającej ustalona w odgazowywaczu silnie wpływa na tempo, dlatego chemia odgazowywacza i wody zasilającej kotła musi być kontrolowana świadomie.
Cztery dźwignie dominują nad tempem FAC i każda ma jasną reakcję inżynierską.
| Zmienna | Wpływ na FAC | Cel kontroli |
|---|---|---|
| Zawartość chromu | Nawet około 0,1% Cr znacząco obniża tempo; stopy 1.25Cr-0.5Mo i 2.25Cr-1Mo są wysoce odporne | Modernizacja podatnych elementów na stal niskostopową zawierającą chrom |
| pH wody zasilającej | Wyższe pH stabilizuje magnetyt | pH 9,2 do 9,8 przy uzdatnianiu opartym na lotnych związkach |
| Tlen rozpuszczony | Ślad tlenu tworzy bardziej ochronny tlenek | Uzdatnianie tlenowe tylko w wodach wysokiej czystości |
| Prędkość przepływu i geometria | Turbulencja zwiększa transport masy | Limity prędkości, elementy o długim promieniu |
Przy wymianie podejrzanych odcinków, potwierdź, że dostarczony materiał faktycznie zawiera określoną ilość chromu; nominalnie identyczne złącze ze stali węglowej znowu się przerzedzi. Weryfikacja stopu w terenie za pomocą pozytywnej identyfikacji materiału zapobiega takim pomyłkom.
Dla jednofazowej erozji korozyjnej najprostszą obroną jest utrzymanie prędkości płynu poniżej progu, przy którym warstwa ochronna nie może przetrwać. Te przybliżone prędkości projektowe dla przepływającej wody morskiej ilustrują, jak wybór stopu daje zapas bezpieczeństwa.
| Materiał | Orientacyjna maksymalna ciągła prędkość w wodzie morskiej (m/s) |
|---|---|
| Miedź | 1,0 |
| Brąz Admiralicji | 1,5 |
| Cu-Ni 90-10 | 3,5 |
| Cu-Ni 70-30 | 4,5 |
| Stal 316 i tytan | Bardzo wysokie (warstwa stabilna) |
Trwały program łączy geometrię, chemię i dobór materiałów z dyscypliną nadzoru grubości ścianki. Stosuj kolana o długim promieniu i opływowe redukcje, utrzymuj prędkości w granicach dopuszczalnych dla danego stopu, kontroluj pH i tlen wody zasilającej oraz modernizuj miejsca o wysokiej podatności na stal zawierającą chrom.
Następnie przeprowadzaj inspekcje według prognozowanego harmonogramu: siatka pomiarów ultradźwiękowych grubości ścianki na kolanach, trójnikach i poniżej przelotek, trenduj wyniki w czasie, aby prognozować pozostały okres użytkowania przed osiągnięciem minimalnej ścianki. Zarządzanie trasami inspekcji, historiami grubości i zapisami o stopach w systemie CMMS utrzymuje trendy przerzedzania widoczne zamiast ukrytych w arkuszach kalkulacyjnych.
Platformy takie jak Fabrico pozwalają zespołom planować przeglądy grubości i śledzić stan komponentów względem limitów pozostałego życia. Zarezerwuj demo Fabrico , aby zobaczyć, jak to pasuje do istniejącego programu inspekcyjnego.
Oba zjawiska obejmują mechaniczne usuwanie warstwy, ale uszkodzenia od kawitacji wynikają z zapadania się pęcherzy pary przy powierzchni i dają szorstki, gąbczasty, kratopodobny wygląd. Erozja korozyjna powoduje gładkie, kierunkowe rowki i podcięte ubytki podążające ścieżką przepływu.
FAC działa przez rozpuszczanie magnetytu. Chrom w stali tworzy mieszaną warstwę tlenkową, która jest znacznie mniej rozpuszczalna w wodzie o wysokiej temperaturze, więc nawet niewielkie dodatki chromu, a tym bardziej stale nierdzewne, przeciwstawiają się temu mechanizmowi.
Podwyższenie pH w zakresie 9,2, 9,8 stabilizuje warstwę ochronną i zmniejsza tempo, ale korzyść zależy od użytej aminy i jej rozdziału między fazami wody i pary. Chemię należy zweryfikować dla każdego konkretnego cyklu.
Trendowane pomiary ultradźwiękowe grubości ścianki w znanych, podatnych miejscach. Pojedynczy odczyt pokazuje tylko aktualną grubość; prognoza pozostałego życia pochodzi z porównania kolejnych badań w czasie.
Zaloguj
Blog
