Содержание к диссертации
Введение
1. Поведение продуктов коррозии алюминия в тракте энергетических установок (по литературным данным). задачи исследования 9-25
1.1. Особенности организации водного режима тепловых электростанций с воздушно-конденсационными установками 9-13
1.2. Факторы, влияющие на коррозию сплавов алюминия и растворимость их продуктов коррозии в рабочей среде ТЭС 13-20
1.3. Постановка задачи исследования 20-25
2. Методика исследования растворимости продуктов коррозии алюминия в рабочей среде конденсатно-питательного тракта ТЭС 26-41
2.1. Описание экспериментальной установки 26-28
2.2. Методика проведения экспериментов 28-29
2.3. Тарировочные опыты 30-39
2.4. Контролируемые показатели работы установки. Методы контроля за качеством исследуемого раствора 39-41
3. Растворимость продуктов коррозии алюминия и железа в воде 42-90
3.1. Обоснование выбора метода планирования эксперимента и построения математических моделей растворимости продуктов коррозии алюминия 43-44
3.2. Влияние температуры и рН на растворимость продуктов коррозии алюминия в воде; выбор диапазонов изменения влияющих факторов при планировании эксперимента 44-50
3.3. Схема планирования и расчета коэффициентов уравнения регрессии методом полнофакторного эксперимента 50-63
3.4.Растворимость продуктов коррозии алюминия в зависимости от температуры и рН в присутствии фосфатов 64
3.5.Интерпретация математических моделей растворимости продуктов коррозии алюминия в воде 64-74
3.6.Влияние фосфатов на концентрацию продуктов
коррозии железа в воде 74-90
4. Растворимость продуктов коррозии алвдшия и жеяеза в зависимости от физко-химических свойств рабочей среды 91-120
4.1.Поведение продуктов коррозии алюминия в воде в исследованном диапазоне рН и температур 91-96
4.2. Поведение продуктов коррозии алюминия в воде в присутствии фосфатов 96-108
4.3.Поведение пролуктов коррозии железа в воде в присутствии фосфатов 108-114
4.4.Рекомендации для обоснования выбора водного режима ТЭС с ВКУ II4-I20
Выволы 121-122
Литература 123-129
Приложения 130-152
- Факторы, влияющие на коррозию сплавов алюминия и растворимость их продуктов коррозии в рабочей среде ТЭС
- Контролируемые показатели работы установки. Методы контроля за качеством исследуемого раствора
- Схема планирования и расчета коэффициентов уравнения регрессии методом полнофакторного эксперимента
- Поведение продуктов коррозии алюминия в воде в присутствии фосфатов
Введение к работе
Потребность в электроэнергии практически за каждые 10 лет удваивается. Принятая на ноябрьском (1981 г.) пленуме ЦК КПСС программа дальнейшего развития энергетики предусматривает увеличение выработки электроэнергии по стране в 1985 г. до 1555 млрд.кВт/ч. За пятилетку планируется ввести в эксплуатацию оборудование общей мощностью 69 млрд.кВт.
В связи с необходимостью в ряде случаев строительства ТЭС в районах, недостаточно обеспеченных пресной водой, с увеличением единичных мощностей энергетических установок и повышением требований к надежности и экономичности, возникает проблема обеспечения ТЭС охлаждающей водой требуемого качества. При использовании на ТЭС оборотных систем водоснабжения с "мокрыми" градирнями, 2% от общего количества охлаждающей воды, необходимого для отвода тепла конденсатора в атмосферу, теряется за счет испарения.
Восполнение потерь охлаждающей воды в маловодных районах страны, а также в некоторых районах арктического пояса представляет собой сложную задачу, в то же время строительство ТЭС именно в таких районах может быть оптимальным с точки зрения топливо-энергетического баланса. Как у нас в стране, так и за рубежом, указанная проблема может быть решена за счет более широкого применения на ТЭС воздушно-конденсационных установок (ВКУ), общая мощность которых пока очень мала; так, в СССР ВКУ оборудована пока лишь одна Разданская ГРЭС.
Главной особенностью ВКУ является использование для отвода тепла конденсатора в атмосферу системы, состоящей из смешивающего конденсатора и,так называемой,"сухой" градирни системы Геллера, в которой охладитель выполнен из тонкостенных алюминиевых труб-
чатых панелей [I].
Использование указанной системы, представляющей собой замкнутый герметичный контур, не имеющий по определению потерь конденсата, дает, таким образом, возможность обеспечить процесс его охлаждения практически без потерь воды.
В настоящее время основными конструкционными материалами конденсатно-питательного тракта таких тепловых электростанций является углеродистая сталь, алюминий и медьсодержащие сплавы. Сочетание весьма различных по своим свойствам материалов осложняет организацию рационального водного режима таких энергетических установок, т.к. необходимо создать условия, при которых интенсивность протекания коррозионных процессов, образования продуктов коррозии и их отложений для всех вышеуказанных конструкционных материалов были бы сведены к минимуму.
Одним из основных факторов, определяющих образование отложений на поверхностях оборудования, контактирующего с водой или паром на ТЭС, является изменение растворимости примесей с изменением температуры рабочей среды. Поэтому для прогнозирования образования отложений любых примесей, в том числе продуктов коррозии конструкционных материалов, на поверхностях конденсатно-питательного и парообразующего трактов необходимо располагать данными по их растворимости в нужном диапазоне давлений и температур.
Вследствии того, что на ТЭС используются как правило те или иные реагенты, предназначенные для корректирования водного режима необходимо также располагать данными по растворимости продуктов коррозии конструкционных материалов в присутствии этих корректирующих добавок.
В свете вышеуказанного, проведение экспериментальных иссле-
дований по определению растворимости продуктов коррозии конструкционных материалов в условиях конденсатно-питательного тракта ТЭС с ВКУ, а также обоснование выбора водного режима, оптимального с точки зрения предотвращения процесса коррозии конструкционных материалов, главным образом алюминия, и образования отложений его продуктов коррозии представляет большой научный и практический интерес.
На ТЭС с ВКУ возможно использование ряда водных режимов, в частности, бескоррекнионного и режима с дозированием фосфатов. В литературных источниках приведены некоторые закономерности поведения продуктов коррозии алюминия в кипящей воде для этих водных режимов [2,3,4,5 J . Однако данные о растворимости продуктов коррозии алюминия в воде при высоких температурах для фосфатного водного режима отсутствуют полностью. Практически нет сведений и по растворимости продуктов коррозии железа в воде в условиях фосфатирования,ингибирующего, как правило, коррозию.
В связи с указанным, экспериментальное исследование посвящено изучению растворимости продуктов коррозии алюминиевых сплавов в воде, недогретой до кипения, т.е. для условий конденсатно-питательного тракта ТЭС с ВКУ. Исследования проводились в широком диапазоне температур и значений рН, как при дозировании в воду фосфатов, так и без них. Одновременно изучалась также растворимость продуктов коррозии железа в воде при различных температурах в условиях фосфатного водного режима. В результате проведенных на экспериментальном стенде исследований получены данные по растворимости продуктов коррозии алюминия в условиях конденсатно-питательного тракта ТЭС с ВКУ в широком диапазоне температур и рН в режиме дозирования фосфатов и бескоррекпион-
ном режиме; изучено влияние фосфатов на растворимость продуктов коррозии железа в воде в широком диапазоне температур и значений рН; получены математические модели растворимости продуктов коррозии алюминия и железа, позволяющие оперативно прогнозировать возможность образования отложений в конденсатно-пита-тельном тракте ТЭС с ВКУ; выданы рекомендации для выбора водного режима ТЭС с ВКУ", оптимального с точки зрения снижения коррозии конструкционных материалов и образования отложений продуктов коррозии алюминия и железа в конденсатно-питательном тракте.
Научная новизна работы: Получены данные по растворимости продуктов коррозии алюминия в широком диапазоне температур и значений рН. Определено влияние наличия в водной среде фосфатов на растворимость продуктов коррозии алюминия и железа. Получены математические модели растворимости продуктов коррозии алюминия и железа в интересующих практику условиях, которые могут быть использованы для прогнозирования образования отложений в конденсатно-питательном тракте ТЭС.
Результаты проведенного исследования имеют практическую ценность - выводы, сделанные на основе полученных в ходе экспериментов данных и их математической обработки, могут быть использованы для выбора и оптимизации водного режима контуров ТЭС с ВКУ.
Результаты проведенного исследования реализованы в энергетике, в частности, на Разданской ГРЭС; они могут быть рекомендованы также для использования в исследовательских и проектных организациях Минэнерго (ВТИ, ЦКТЙ, ЙВТ АН СССР и др.), ведущих работы по организации водных режимов ТЭС.
По результатам исследования опубликованы 3 печатные работы, выпущен I отчет. Диссертационная работа изложена на 152 стр.,
включает 109 стр. машинописного текста и 43 рис. на 43 стр. и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, а также приложения, содержащего таблицы исходных экспериментальных данных на 22 стр.
На защиту диссертации выносятся следующие положения:
Поведение продуктов коррозии алюминия в условиях конденсатно-питательного тракта ТЭС с ВКУ в широком диапазоне температур и значений рН среды.
Поведение продуктов коррозии алюминия и железа в условиях кон-денсатно-питательного тракта ТЭС с ВКУ при фосфатном водном режиме.
Математические модели растворимости продуктов коррозии алюминия и железа в интересующих практику условиях.
Рекомендации по выбору водно-химических режимов ТЭС с ВКУ.
Факторы, влияющие на коррозию сплавов алюминия и растворимость их продуктов коррозии в рабочей среде ТЭС
. В исследованиях, проведенных на Разданской ГРЭС, было показано, что образование отложений продуктов коррозии алюминия существенно зависело от используемого водного режима: при работе котла в режиме фосфатирова-ния(концентрация фосфатов в соленом отсеке около 10-15 мг/кг) -отложения соединений алюминия на поверхностях котла практически отсутствовали даже при концентрации алюминия в котловой воде соленого отсека 4500-7750 мкг/кг. В условиях же безфосфатного водного режима в котле откладывалось до 80-90$ , вносимых с питательной водой,соединений алюминия. На основании проведенных исследований был сделан вывод, что при концентрации фосфатов в соленом отсеке около 10-15 мг/кг и содержании алюминия в питательной воде 20-30 мкг/кг отложения на поверхностях нагрева котла практически будут отсутствовать. Опыты, проведенные на котле СКД, [2] работавшем при давлении 26-27 МПа и температуре пара 550-560С, показали, что при концентрации алюминия в питательной воде 10 мкг/кг образования отложений в котле не наблюдалось.
Известно [15,16,17,18,19] , что качество питательной воды определяет качество, поступающего на турбину, пара. Наличие продуктов коррозии конструкционных материалов в питательной воде в растворенном состоянии неминуемо вызывает загрязнение пара этими соединениями, которые далее могут отлагаться в проточной части турбины. В [20,21] приведены данные о составе отложений, найденных в турбинах, в частности, отложений, включающих в себя продукты коррозии конструкционных материалов; наличие же отложений в проточной части турбины будет сказываться на показателях ее работы. Так, например, на энергоблоке ТЭС Армстронг мощностью 165 мВт (давление 14,5 мПа, температура 543С) конденсатор имел трубки, изготовленные из сплава алюминия [2] . Через год после начала эксплуатации блока с реализацией гидразинного водного режима (рН=8,0-8,5) было отмечено снижение к.п.д. турбины, обусловленное образованием отложений в ее проточной части. Анализ отложений турбины Кливленд №3 показал наличие в них соединений алюминия: в ЦВД в количестве до 10$ и в ЦСД в количестве до Ь%. На ТЭС Уоррик-Уорке (США) трубки конденсатора были выполнены из алюминия и в течение одного года эксплуатации мощность турбины блока (давление 14,5 МПа, температура 540С) снизилась с 138 до 128 мВт. При осмотре турбины было отмечено наличие большого количества отложений окислов алюминия, преимущественно на лопатках ЦВД. Поступление в рабочую среду ТЭС соединений алюминия и последующее образование отложений Л?2з по Р81 М0ГУТ быть связаны с неполнотой коагуляции при использовании в качестве коагулянта серно-кислого алюминия. Так, анализ отложений в тракте энергоблока $5 ТЭС #23 Мосэнерго показал наличие в НРЧ соединений алюминия до 5% от общего количества отложений; на 4-й ступени ЦВД отложения А 03 составляли 10,5 , а на 9-й даже 13,53$ [22J .
Таким образом, из приведенного литературного обзора следует, что пока не существует единого мнения о том, каким должен быть водный режим на тепловых электростанциях, на которых в качестве конструкционного материала применяются сплавы алюминия, в частности на ТЭС с воздушно-конденсационными установками. Поэтому выдача рекомендаций для оптимизации водного режима в системах с использованием сплавов алюминия, имеет практическое значение.
Выше отмечалось, что на ряде энергетических установок, в том числе на энергоблоках с ВКУ, в качестве конструкционных материалов используются сплавы алюминия.
В литературе [9,10,11,23-30] имеются многочисленные данные о влиянии различных факторов (рН, концентрация анионов - хлоридов, сульфатов, фосфатов, растворенного кислорода и др.) на скорость коррозии сплавов алюминия, в том числе и в случае использования фосфорной кислоты в качестве ингибитора коррозии /"23, 31-35J . Так, в [23] отмечается, что в воде, содержащей фосфат-ионы, при температуре 92С скорость коррозии сплава алюминия меньше, чем в дистиллированной воде (рис.1.2 и 1.3).
Достаточно высокая коррозионная стойкость сплавов алюминия объясняется образованием на его поверхности при контакте с водой защитной многослойной пленки, представляющей собой продукты окисления алюминия [36,37,38] . Пленки, образующиеся на контактирующих с водой поверхностях алюминия, состоят, в основном, из гидроокиси Аб(0Н)3 и окисигидроокиси алюминия А600Н, структура которых существенно зависит от температуры [39,40,41] .В [39,40, 42,43,44] показано, что в интервале температур 40-350С оксидные пленки на поверхности алюминия и его сплавов в дистиллированной воде состоят в основном из 2-х слоев: внутренний, сплошной слой для всех исследованных температур представляет собой мелкокристаллическую оксигидроокись алюминия со структурой бемита. При низких температурах (до 80С) внешний слой состоит в основном из кристаллов -гидроокиси алюминия со структурой байерита 3% В интервале температур 80-П0С на поверхности сплошного слоя образуются тонкие пластины со структурой бемита, рост которых практически отсутствует, а увеличение толщины оксидной пленки при этих температурах происходит только за счет роста внутреннего сплошного слоя оксигидроокиси алюминия.
Контролируемые показатели работы установки. Методы контроля за качеством исследуемого раствора
Перед началом каждого опыта проводилась промывка всего тракта установки обессоленной и обескислороженной водой, которая непосредственно после ионообменных фильтров 3 прокачивалась через установку с помощью насоса 8. Контроль за промывкой осуществлялся по значениям рН и удельной электрической проводимости. Промывка заканчивалась при достижении постоянных значений рН и удельной электрической проводимости воды до и после установки. После окончания промывки в стенд с помощью плунжерных насосов типа НЖР заканчивался исследуемый раствор, приготовление которого проводилось следующим образом. В предварительно отвакууми-рованную емкость 6 одновременно подавались: вода,непосредственно после системы подготовки воды, и концентрированный раствор продуктов коррозии алюминия. Последний готовился в емкости 7 методом анодного растворения пластин из сплава алюминия. Далее, в емкость для приготовления исследуемого раствора вводились фосфаты в виде КН2Р04 и К2НР04; для создания требуемого значения рН дозировался едкий калий. После тщательного механического перемешивания раствбра(для лучшего перемешивания раствора в емкость 6 помещались стружки из сплава алюминия), он закачивался в стенд. Концентрация алюминия в исследуемом растворе, поступающем в теплообменные участки, составляла от 60 до 380 мкг/кг.
В процессе прокачки исследуемого раствора через экспериментальнуго установку проводилось измерение его значений рН до и после тешюобменных участков: равенство значений рН на входе и выходе из них указывало на то, что установка заполнена исследуемым раствором. Далее устанавливался требуемый для проведения эксперимента расход раствора через установку около I л/ч и давление поднималось до заданного значения (5,6 МПа). После стабилизации давления начинался подъем температуры раствора; при достижении требуемого значения проводилась дополнительная стабилизация параметров , после чего (примерно через 60 мин.) начинался отбор проб.
После окончания этой операции при заданной, более низкой температуре осуществлялось дальнейшее повышение температуры раствора до следующего значения, стабилизация параметров и отбор проб, который, таким образом, проводился при температурах 50,100, 150,200 и 250С. Следует отметить, что часть опытов проводилась не только в условиях повышения температуры, но и в условиях ее снижения.
Одна из ошибок определения растворимости продуктоз коррозии конструкционных материалов может быть связана с отсутствием химического равновесия. Для установления химического равновесия при постоянных физико-химических параметрах системы (рН, Ь , Р) важное значение имеет время, в течение которого система выдерживается при постоянных параметрах, и исходная концентрация системы.
Для определения этих условий, необходимых для обеспечения представительности отобранных проб с точки зрения установления равновесия, т.е. соответствия между концентрацией исследуемого вещества и его растворимости, были проведены специальные тариро-вочные опыты.
Для определения времени, требуемого для достижения химического равновесия при растворении продуктов коррозии алюминия, были проведены опыты в диапазоне рН, соответствующих минимальному и максимальному значению растворимости, установленных в данном исследовании, т.е. рН=5,0 и 8,5 и температурах 50,150 и 250С.
После закачки в стенд раствора с концентрацией, превышающей предполагаемую растворимость согласно данным [3,45] , через равные промежутки времени (5 мин) и при постоянном расходе рабочей среды 0,5 л/ч, в пробах после установки определялось содержание алюминия. Результаты проведенных опытов приведены в табл. 2.1. и на рис.2.2; из полученных данных видно, что для температур 50, 150 и 250С время требуемое для установления постоянства концентраций алюминия в пробах после стенда, составляло примерно 30 мин. Аналогичные зависимости были получены при дозировании в воду фосфатов (табл.2.1, рис.2.3). Таким образом, для температур 50,150,250С и значений рН=5,0 и 8,5 пребывание раствора в стенде свыше 30 мин практически не оказывало влияние на концентрацию алюминия в отбираемых пробах.
Полученные данные позволяют говорить о том, что время, необходимое для установления химического равновесия, для исследуемого диапазона значений рН и температур составляло ЗО мин. Следовательно, пребывание раствора при постоянных параметрах в течение 30 и более минут было достаточным для достижения химического равновесия и получения представительных проб по всем контролируемым показателям.
Схема планирования и расчета коэффициентов уравнения регрессии методом полнофакторного эксперимента
Результаты данной работы подтвердили то, что растворимость продуктов коррозии алюминия в воде существенно зависит от температуры. Для растворов, не содержащих фосфаты, характер температурной зависимости растворимости продуктов коррозии алюминия для всего исследованного диапазона рН одинаков: с увеличением температуры растворимость снижается (рис.3.4). Это подтверждается также результатами проведенных расчетов (раздел 3.4): температурный коэффициент растворимости ПКА, рассчитанный для трех диапазонов изменения рН, отрицателен и имеет один и тот же порядок.
Характер изменения растворимости оксидов и гидроксидов алюминия от температуры, полученный из результатов экспериментов данной работы, согласуется с результатами испытаний на одном из действующих котлов ПК-30 СЕД, работавшем при давлении 26-27 МПа [2] (рис.1.6). К сожалению в работе не указано, к каким соединениям алюминия относятся представленные зависимости. Очевидно только, что с повышением температуры от 290С до 4ЮС растворимость соединений алюминия снижалась.
Одним из факторов, влияющих на изменение растворимости продуктов коррозии алюминия при различных температурах, бесспорно является различие в формах существования их твердой фазы. Сопоставление характера зависимостей, полученных в работе, с литературными данными [38,39,40,41] подтверждает это предположение. Так, при температурах до 80С по данным [39І преимущественно стабильно существует і(0Н)я, растворимость которого выше растворимости других форм кислородсодержащих соединений алюминия [37] , например, гидраргиллита 3% СУ ществующего при температурах около 300С.
Характер зависимости растворимости продуктов коррозии алюминия от рН при постоянной температуре достаточно хорошо согласуется с литературными данными, имеющимися для температур 25С [37J , 285С (р=7,0 МПа) и 355С (р=18,6 МПа) [3,4] .
Из проведенных расчетов растворимости ІЖА в воде видно, что нормированный коэффициент, характеризующий влияние рН на растворимость во всех диапазонах изменения последнего положителен. Однако значений этого коэффициента различно: при рН 5-6,8 он равен 2; при рН 6,8-8,0 - 21,4; при рН 8,0-8,5 - 12,9. Сравнение величин нормированного коэффициента показывает, что наибольшее влияние на растворимость ПКА рН должно оказывать в интервале его значений от 6,8 до 8,0, что подтверждается экспериментальным данными. Полученный характер зависимости растворимости ПКА от рН может быть объяснен тем, что с изменением значения рН меняется форма существования продуктов коррозии алюминия в воде. Оценить формы существования соединений алюминия в воде при повышенных температурах для различных значений рН в рамках проведенной работы не представлялось возможным. В литературе также отсутствуют данные, на основании которых можно было бы сделать такую оценку. Поэтому для объяснения полученной экспериментальной зависимости использовалась диаграмма Пурбэ в координатах: потенциал - рН, рассчитанная для температуры 25С [12,66] . Используя диаграмму Пурбэ для соединений алюминия при температуре 25С, можно говорить о том, что рН оказывает влияние на формы существования алюминия в воде (рис.4.2). Так, из рассмотрения этой диаграммы следует, что при окислительно-восстановительном потенциале -IB,для рН ниже 4 алюминий находится в виде Лъ+ ; при рН 4-8,5 - в виде МОг , а при рН выше 8,5 - в виде иона МО .
Сопоставляя данные диаграммы Пурбэ с результатами данного исследования о влиянии рН на растворимость соединений алюминия в воде, можно предположить, что для всех исследованных температур в интервале значений рН 5-7 форма существования соединений алюминия остается практически неизменной. При рН выше 7 их форма существования отличается от той, в которой они находились при рН воды 5-7.
При одновременном наличии в воде продуктов коррозии алюминиевых сплавов, фосфатов и едкого калия, используемого для регулирования значения рН, создается сложная многокомпонентная система, в которой возможно образование различных по своему составу фосфатсодержащих соединений алюминия.
В [23] высказано предположение, что ингибирующее действие фосфатов по отношению к сплавам алюминия связано с тем, что в состав слоя, образующегося на поверхности сплава, входят фосфаты. Так, при температуре 195С при наличии фосфатов в воде в концентрации 5 мг/кг, слой состоял из Ж2Р0 (0Н)д . В [67] было найдено, что в присутствии фосфатов слой представлял собой смесь, состоящую из Мг0ъ -jMzDy O и 2МЕг05Рг05- 3HZ0 . Однако данные о составе раствора, контактирующего с вышеуказанными пленками, практически отсутствуют; имеются лишь отрывочные данные о том, что при температуре около 300С в воде, содержащей фосфаты, возможно существование простейшего соединения Л?0А [35]
Из полученных в данной работе экспериментальных данных (рис.3.6, 3.7) видно, что в зависимости от значения рН увеличение температуры по-разному влияет на характер изменения растворимости продуктов коррозии алюминия в воде. Так, при рН меньше 7,5 растворимость уменьшается при увеличении температуры, а при рН больше 7,5 - увеличивается.
Этот характер зависимости подтверждается также результатами расчетов растворимости ПКА (табл.3.9). Анализ математических моделей растворимости показывает, что при переходе от кислой среды к нейтральной знак нормированного температурного коэффициента меняется от минуса к плюсу; в щелочной среде (рН 8-8,5) его значение резко увеличивается. Возможно, что изменение растворимости при различных температурах и значениях рН связано с образованием различных по составу фосфатсодержащих соединений алюминия.
Поведение продуктов коррозии алюминия в воде в присутствии фосфатов
Анализ уровней растворимости ПКЖ (табл.ЗЛО) показывает, что нормированные коэффициенты, показывающие влияние фосфатов на растворимость ПКЖ, практически одинаковы во всех диапазонах изменения рН.
Повышение растворимости продуктов коррозии железа в воде с увеличением концентрации фосфатов при постоянных температурах и значениях рН связано, вероятно, с образованием фосфатсо-держащих соединений железа. В [72] отмечено, что при взаимодействии раствора, содержащего Nci и РОц ъ соотношении 2,13 с магнетитом при температуре 315С обнаружена твердая фаза, в основном состоящая из tf Гег03 и фаза, содержащая к +и /", состав которой расшифровать не удалось. Данные, относящиеся к составу фосфатсодержащих соединений железа в воде при повышенных параметрах, отсутствуют.
При выборе водного режима ТЭС с ВКУ необходимо учитывать следующие основные факторы: а) скорость коррозии конструкционных материалов б) интенсивность образования отложений, в частности, продуктов коррозии конструкционных материалов. Выше (раздел I) отмечалось, что минимальная скорость коррозии углеродистой стали наблюдается при практическом отсутствии кислорода при рН 9,6, а сплавов алюминия в диапазоне значений рН от 5,5 до 7,0. Наличие фосфатов приводит к снижению скорости коррозии алюминия, особенно при значениях рН около 5 [73] . Из результатов данного исследования следует, что при значениях рН от 5,0до Орастворимость продуктов коррозии алюминия, являясь минимальной, остается практически постоянной; резкое увеличение растворимости начинается от рН 7,0 и выше. Аналогичные зависимости имеют место при наличии в воде фосфатов; в этом случае резкое возрастание растворимости наблюдается уже при рН около 6,5. Дозирование фосфатов во всем исследованном диапазоне рН приводит к увеличению растворимости ПКА. Растворимость продуктов коррозии железа как при дозировании фосфатов в воду, так и без них, в интервале значений рН от 7,0 до 8,5 практически постоянна. Увеличение концентрации фосфатов повышает растворимость ЇЇКЖ в указанном диапазоне рН.
Сопоставление имеющихся в литературе данных по коррозии конструкционных материалов [10,11,12,13,14,23,24,19] и растворимости их продуктов коррозии (рис.4.14) позволяют сделать вывод, что для ТЭС с ВКУ наиболее приемлемыми являются два водных режима, а именно: бескоррекционный водный режим (рН 7,0) и водный режим с дозированием фосфатов (рН 7,0-7,5). Более высокие значения рН поддерживать недопустимо, так как резко возрастает скорость коррозии алюминиевых сплавов даже в присутствии фосфатов [64,65] . При фосфатном режиме для снижения интенсивности накипеобразования на парогенерирующих поверхностях целесообразно проводить дозирование фосфатов непосредственно в котел.
В процессе генерации пара часть фосфатов, в соответствии с коэффициентом распределения, переходит из кипящей воды в пар. Экстраполяция данных, приведенных в [72] по коэффициентам распределения фосфатов на давление 15,5 МПа, показывает, что для этого давления коэффициент распределения равен 0,12.
По отечественным нормам при бесступенчатой схеме испарения содержание фосфатов в котловой воде должно поддерживаться равным 5-15 мг/л. Концентрация фосфатов в паре в этом случае в соответствии с коэффициентом распределения будет составлять
0,6-1,8 мг/кг. Наличие же фосфатов способствует снижению интенсивности коррозии алюминиевых сплавов [24,31,67] . Принимая во внимание то, что на ТЭС с ВКУ сплавы алюминия используются в качестве основного конструкционного материала для изготовления теплопередающих поверхностей в градирне Геллера, можно утверждать, что фосфаты, переходящие в конденсат в процессе конденсации пара, будут уменьшать коррозию используемого алюминиевого сплава. Поэтому с точки зрения скорости коррозии алюминиевых сплавов фосфатный водный режим более предпочтителен, чем бес-коррекционный.
Подтверждением преимущества фосфатного водного режима для электростанций, на которых используется оборудование из сплавов алюминия являются расчеты, показывающие влияние качества питательной воды на загрязнение пара продуктами коррозии алюминия.
В барабанных котлах в отличии от прямоточных существует возможность вывода примесей из пароводяного тракта путем продувки. Баланс примесей, поступающих в котел и выводимых с продувочной водой, может быть представлен в виде:
