Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние систем теплоснабжения с точки зрения надежности металла тепловых сетей 12
1.1. Современное состояние системы централизованного теплоснабжения Новокузнецка 13
1.2. Методика определения дефицита природного тепла и мощности системы централизованного теплоснабжения 15
1.3. Система централизованного теплоснабжения Новокузнецка 20
1.4. Надежность и живучесть систем централизованного теплоснабжения 29
1.5. Коррозия теплопроводов - основная причина высокой аварийности тепловых сетей 33
1.6. Способы борьбы с внутренней коррозией в тепловых сетях 42
Выводы 47
ГЛАВА 2. Физико-математическая модель внутреннего коррозионного износа трубопроводов водяных тепловых сетей 48
2.1. Механизмы внутренней коррозии трубопроводов водяных тепловых сетей 50
2.2. Факторы, влияющие на внутреннюю коррозию трубного металла водяных тепловых сетей 55
2.3. Физико-математическая модель внутреннего коррозионного износа трубопроводов водяных тепловых сетей 65
2.3.1. Общий коррозионный износ 65
2.3.2. Локальная коррозия 80
Выводы 83
ГЛАВА 3. Исследование коррозионного износа 84
3.1. Цели исследований 85
3.2. Отбор и идентификация образцов 85
3.3. Внешний вид образцов 89
3.4. Обработка образцов 93
3.5. Профиль коррозионных язв 94
3.6. Коррозионные характеристики надежности трубопроводов тепловых сетей 96
3.7. Скорость коррозии в язвах 99
3.8. Измерение средней скорости общей внутренней коррозии 101
3.9. Язвенный фактор 104
Выводы 105
ГЛАВА 4. Выбор новых металлических материалов для систем транспорта тепла 107
4.1. Методика определения срока службы трубопроводов 108
4.2. Применяемые в тепловых сетях металлические материалы 115
4.3. Основные рекомендации по выбору материалов для труб тепловых сетей 121
4.4. Применение труб с покрытиями 126
Выводы 129
ГЛАВА 5. Разработка теплосетевого коррозиметра для определения скорости внутренней коррозии 131
Необходимость экспериментального исследования внутренней коррозии трубных материалов 131
5.1. Методы и устройства для исследования скорости коррозии металлов в химических технологиях 132
5.2. Типовое устройство для исследования кинетики коррозии в тепловых сетях 134
5.3. Описание теплосетевого коррозиметра 137
5.4. Экспериментальное исследование кинетики внутренней коррозии с помощью теплосетевого коррозиметра 141
Выводы 142
ГЛАВА 6. Экономическая эффективность применения труб из кремнемарганцовистых сталей для сооружения трубопроводов водяных тепловых сетей 143
4. Выводы 149
Заключение 150
Библиографический список использованной литературы 152
Приложения 165
- Коррозия теплопроводов - основная причина высокой аварийности тепловых сетей
- Факторы, влияющие на внутреннюю коррозию трубного металла водяных тепловых сетей
- Коррозионные характеристики надежности трубопроводов тепловых сетей
- Методы и устройства для исследования скорости коррозии металлов в химических технологиях
Введение к работе
Сети централизованного теплоснабжения (тепловые сети - ТС) - одна из самых сложных инженерных систем городов. Их протяженность в крупных городах достигает сотен и тысяч километров, а в целом по России составляет более 250 тыс. км [1].
Повреждаемость ТС в результате коррозии во многих промышленных центрах России в начале 90-х гг. уже достигала 0,5-^1 случаев на 1 км трассы в год, а в настоящее время она безусловно выше ввиду выработки ресурса до 70 % и снижения качества ремонтного металла [2]. Таким образом, надежность теплоснабжения снижается, в чем немалую роль играет коррозия теплопроводов, относящаяся к разделу элементной надежности систем. Поэтому весьма актуальными являются исследования и задачи повышения качества линейной части систем централизованного теплоснабжения (СЦТ) с точки зрения влияния коррозии, изучение закономерностей коррозионного процесса в реальных условиях эксплуатации ТС, создание методики прогнозирования реального срока службы теплопроводов с учетом их коррозии.
Тепловые сети городов проложены, в основном, в подземных каналах. Каналы часто подвергаются затоплению своими и грунтовыми водами, заносу грунтом, что усиливает процессы коррозии трубопроводов. Это особенно проявляется в условиях большой насыщенности городов другими подземными ин-
7
*i* женерными коммуникациями, зачастую находящимися в неисправном состоя-
нии.
Агрессивность сетевой воды, металлургические дефекты труб ТС, их напряженное состояние и ряд других факторов инициируют внутреннюю коррозию трубопроводов.
Считается, что на долю наружной коррозии приходится более 60 % общего числа повреждений теплопроводов ТС [3]. Однако, доля внутренней коррозии в общей коррозии трубопроводов составляет не менее 25 % при наибольшей для одного объекта 95 %. Средняя удельная повреждаемость от внутренней коррозии не менее 0,125 (кмгод)"1 при максимальной для одного объекта 0,94 (км-год)"1. В результате средний срок службы канальных прокладок (по горо-дам России) составляет 12 лет, а бесканальных - 6 лет, тогда как нормативно полная их замена предполагается через 25 лет работы теплопроводов. Поэтому ясно, что ремонты ТС проводятся, большей частью, в аварийных условиях. Вероятно, что доля внутренней коррозии в общей коррозии трубопроводов будет возрастать в связи с расширением применения более герметичных (со стороны грунта) конструкции теплопроводов.
Исследование надежности теплоснабжающих систем - многолетний труд большого числа специалистов. Академиком Ю.Н. Руденко создана теория надежности систем энергетики, которая продолжает развиваться в Институте систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН. Проблема надежности прораба-тывается во Всероссийском теплотехническом институте, Академии комму-
8
ф} нального хозяйства им. К.Д. Памфилова, ВНИПИэнергопроме. Работы в этом
направлении ведут Л.С. Попырин, А.А. Ионин, Ю.В. Балабан-Ирменин, Е.В. Сеннова, А.С. Басин, Я.А. Ковылянский и др. Проблема надежности тепловых сетей исследуется также в ряде вузов России. Здесь необходимо отметить труды Сибстрина-НГАСУ (А.А. Сандер и др.), Ростовского государственного
строительного университета (В.В. Иванов), Воронежской государственной арфі
хитектурно-строительной академии (Э.В. Сазонов), Пермского государственного технического университета (А.В. Гришкова, Б.М. Красовский). Значительная часть работ по основной причине высокой аварийности линейной части теплоснабжающих систем - коррозии металла трубопроводов - проводится также в
вузах металлургического и химического профиля.
Изучением закономерностей коррозионных процессов в системах тепло
снабжения занимались многие ученые-энергетики, в том числе: A.M. Сирота,
Б.И. Нигматулин, Л.И. Зайчик, В.А. Першуков, В.И. Латунин и другие. За ру
бежом исследования коррозии трубопроводов также проводятся, но ввиду бо
лее низких параметров теплоносителя и более высокого качества металла эта
** проблема менее значима.
Большая часть достижений в области повышения надежности систем теп
лоснабжения касается источников тепла и системной надежности СЦТ [4]. Ма
ло работ посвящено изучению надежности тепловых сетей. В частности, в ли
тературе имеется относительно мало сведений о закономерностях коррозионно-
# го износа (КИ), протекающего именно в условиях эксплуатации ТС. В настоя-
щее время из-за сложности этого процесса нет единой теории КИ теплопрово-
9
4? дов. В результате, нормативные требования и рекомендации по материалам
труб (сталей) теплопроводов расплывчаты, что не обеспечивает достаточную надежность строительного проектирования тепловых сетей. Поэтому, в частности, является актуальной разработка модели внутреннего КИ трубопроводов ТС, которая могла бы обосновать нормативную методику определения срока службы трубопроводов с учетом их коррозии.
В связи с этим определена цель и обозначены задачи исследования.
Цель работы: теоретическое и экспериментальное изучение закономерностей кинетики внутренней коррозии трубопроводов тепловых сетей в реальных условиях их эксплуатации.
.. Задачи исследования:
Разработать методику теоретического расчета скорости внутренней коррозии трубопроводов водяных ТС.
Провести экспериментальное исследование скорости внутренней коррозии трубопроводов водяных ТС в процессе эксплуатации.
Разработать рекомендации для определения срока службы теплопро-водов с учетом измеренных скоростей коррозии и других характеристик коррозионного износа.
Разработать рекомендации по применению коррозионно-стойких металлических материалов для трубопроводов тепловых сетей и определить возможный экономический эффект.
$
10
*<, 5. Разработать методику ускоренных испытаний коррозионной стойко-
сти материала труб тепловых сетей.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
1. На основе теоретического и экспериментального изучения кинетики
коррозионных процессов разработаны формулы для оценки средней скорости
Ф внутреннего КИ и скорости локальной (язвенной) коррозии стальных трубо-
проводов водяных тепловых сетей.
Произведена экспериментальная оценка коррозионных характеристик скорости внутренней коррозии и показателей локальной надежности трубопроводов тепловых сетей крупного города в условиях их эксплуатации.
Разработана методика определения срока службы теплопроводов с учетом их коррозии как показателя надежности систем централизованного теплоснабжения.
Разработано новое усовершенствованное устройство - теплосетевой коррозиметр - и методика ускоренных испытаний коррозионной стойкости перспективных стальных труб тепловых сетей.
Практическая ценность работы. Результаты работы могут быть исполь
зованы в проектных организациях для учета коррозии при определении срока
службы трубопроводов тепловых сетей, а также в организациях, эксплуати
рующих тепловые сети, для определения остаточного ресурса трубопроводов с
^ учетом коррозии при планировании профилактических ремонтов, принятии
решений о реконструкции теплопроводов и т.п.
Диссертационная работа выполнена на кафедре теплогазоснабжения и вентиляции Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета.
Экспериментальное исследование коррозии тепловых сетей проводилось в системе централизованного теплоснабжения г. Новокузнецка.
Автор выражает благодарность руководителям и сотрудникам кафедры теплогазоснабжения и вентиляции Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета, кафедры теплогазоснабжения и вентиляции Сибирского государственного индустриального университета, лаборатории теплофизики энергетических материалов Института теплофизики СО РАН и сотрудникам ФГУП ПИ «Сибирский Сантехпроект» за оказанное содействие при подготовке материалов данной диссертационной работы.
А также - Государственному проектному институту «Кузбассграждан-проект», Муниципальному унитарному предприятию «Тепловые сети Новокузнецка», Главному управлению архитектуры и градостроительства Новокузнецка за оказанную помощь в получении данных по тепловым сетям г. Новокузнецка и проведении исследований.
Коррозия теплопроводов - основная причина высокой аварийности тепловых сетей
Выше было показано, что повышение уровня надежности СЦТ является актуальной и комплексной задачей.
В работе Л.С. Попырина [16] дано определение надежности СЦТ, под которой понимается свойство СЦТ сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения и технического обслуживания. Увеличение надежности СЦТ - составная часть в комплексе укрепления энергетической безопасности населения городов.
Энергетическая безопасность - одна из важнейших составляющих национальной безопасности и определяется степенью бесперебойности энергоснабжения, доступности топливно-энергетических ресурсов, обеспеченности их запасов и др. [17]. Новое научное направление, связанное с энергетической безопасностью России и ее регионов, сформировано ИСЭ им. Л.А. Мелентьева СО РАН и развивается в настоящее время под руководством чл.-корр. РАН Н.И. Воропая.
Надежность СЦТ можно повысить двумя способами - увеличением ее структурной (резервирование) и элементной составляющих. Структурная составляющая это преимущественно резервирование в ТС. Качество металла и труб ТС относится к элементной составляющей. Резервированию СЦТ посвящено много работ. Задача повышения структурной надежности сформулирована достаточно давно, активно прорабатывается Л.С. Попыриным, А.А. Иониным, Е.В. Сенновой, ЯЛ. Ковылянским и др. [4, 18-21]. Разработаны основные вероятностные и детерминированные показатели надежности, которые определяют структуру системы, ее структурный и транспортный резервы. Определены методы оценки надежности СЦТ (аналитические, аналитико-статистические, статистического моделирования), основанные на обработке данных эксплуатации или статистических испытаний об отказах системы [4]. Созданы математические модели, компьютерные программы для оценки надежности объектов теплоэнергетики [19, 22, 23]. Ставится вопрос о учете нелинейных и плохоуправляемых человеческих подсистем при решении проблем надежности [24]. Л.С. Попыриным обозначены следующие направления, по которым за последние 15+20 лет исследования надежности СЦТ получены наибольшие результаты [16]: 1. Постановка проблемы надежности СЦТ с позиций системного подхода, реализованная путем представления СЦТ городов в виде нескольких иерархических соподчиненных подсистем; 2. Разработка методов анализа надежности заданных технологических схем СЦТ и синтеза схем с оптимальной надежностью. В данных методиках используются вероятностные модели функционирования системы; 3. Разработка метода расчета надежности сложных ТС с использованием вероятностной модели функционирования ТС и детерминированной модели гидравлического расчета; 4. Разработка метода обоснования надежности тупикового ответвления от узла многоконтурной ТС до потребителя; 5. Разработка методов расчета и обоснования надежности источников теплоты; 6. Обоснование показателей и критериев надежности СЦТ и их элементов; 7. Нормирование надежности теплоснабжения потребителей; 8. Совершенствование процессов восстановления системы теплоснабжения после отказа (аварии). Что же касается живучести СЦТ, то это свойство теплоснабжающих систем в настоящее время почти не изучено. Работу в этом направлении ведет Л.С. Попырин, который определяет оісивучесть как свойство СЦТ, состоящее в ее способности противостоять развитию критических отказов из дефектов и повреждений при установленной системе технического обслуживания и ремонта или свойство СЦТ сохранять ограниченную работоспособность при воздействиях, не предусмотренных условиями эксплуатации, или свойство СЦТ сохранять ограниченную работоспособность при наличии дефектов или повреждений определенного вида, а также при отказе некоторых компонентов [16]. Предмет исследования живучести - процесс возникновения возмущений, реакция СЦТ на них, последствия и способ их устранения (компенсации). Повышение уровня живучести СЦТ даст возможность более эффективного управления их развитием и функционированием, а также возможность преодолевать различные внутренние и внешние возмущения. Методы анализа СЦТ на живучесть только начинают развиваться. Например, в работе Л.С. Лопырина [25] предложена методика оценки уровня живучести на стадии проектирования относительно наиболее неблагоприятных воздействий. Следует сказать, что обеспечение нормативного уровня надежности только резервированием увеличивает затраты в ТС на 40- 70 % [21]. Там же показано, что рациональная доля резервирования ТС в требуемом повышении надежности составляет 40ч-70 %. Доведение надежности СЦТ до требуемого уровня должно осуществляться, в основном, за счет перехода на более эффективные конструкции теплопроводов, включая применение специальных, более качественных и принципиально новых труб и трубных материалов [26, 27].
Факторы, влияющие на внутреннюю коррозию трубного металла водяных тепловых сетей
Как уже сказано, внутренняя коррозия стали при водно-химических параметрах сетевой воды (таблица 6) обусловлена присутствием растворенного в воде кислорода. В результате внутреннего КИ на стенках труб образуются оксидные пленки, наиболее плотная из которых - магнетит БезО являющиеся для окислителя-кислорода диффузионным барьером. Утолщающиеся со временем пленки продуктов коррозии постепенно снижают скорость коррозии стали. Так как скорость диффузии Ог в пленке пропорциональна его концентрации, то и скорость коррозии железа пропорциональна концентрации (. Из рисунка 8 видно, что зависимость скорости коррозии от концентрации Ог носит линейный характер. Однако в чистой воде (не имеющей анионов SO42" и СГ) наблюдаются отклонения от линейной зависимости, где при достижении определенной концентрации кислорода (6 мл/л при рН =10) происходит снижение скорости коррозии. Г.Г. Улиг и Р.У. Реви [67] отмечают, что это значение концентрации возрастает при растворении в воде солей, при повышении температуры и снижается с увеличением скорости перемешивания и рН.
В [67] сделано предположение, что снижение скорости коррозии при концентрации Ог более 12 мл/л (рисунок 86) обусловлено пассивацией железа избытком кислорода, при которой на поверхности трубы возникает пленка магнетита-гематита из-за неуспевшего прореагировать по реакции (11) кислорода. В местах нарушения пленки возникают питтинги. а) вода содержит 165 мг СаСЬ/л; б) дистиллированная вода При отсутствии в сетевой воде кислорода скорость коррозии незначительна, однако с ростом температуры она возрастает вследствие действия соб ственных анионов ОН" в воде. Агрессивные анионы Ю.В. Балабан-Ирменин показал, что наиболее коррозионно-опасными из анионов являются SO4 и С1 , которые адсорбируются на поверхности стали и образуют с железом растворимые соединения. При этом влияние S042_ на коррозию сильнее, чем СГ [5]. С увеличением их концентрации в диапазоне, имеющем место при эксплуатации ТС, возрастает скорость внутренней коррозии металла. Однако, в [67] показано, что при таких концентрациях их влияние на внутреннюю коррозию по сравнению с кислородом невелико. Хотя свободная углекислота Н2СО3 в сетевой воде менее опасна, чем кислород, анион НСОз обладает способностью восстанавливаться в результате распада продукта коррозии - бикарбоната железа Ре(НСОз)2 и вступать в реакции коррозии вновь (химические реакции приведены в главе 1). В главе 1 показано, что интенсивность углекислотной внутренней коррозии стали практически одинакова по всей длине теплопровода. Из рисунка 9 видно, что в открытой системе скорость внутренней коррозии увеличивается с ростом температуры до 80С, а затем падает до очень низкого значения при закипании воды. Это объясняется заметным уменьшением растворимости 02 в воде при повышении температуры выше 80С и его выходом из системы. В закрытой системе этого не наблюдается. Как будет показано ниже, скорость внутреннего КИ материалов трубопроводов теплосетей, в результате изменения при высоких температурах знака температурного коэффициента растворимости ионов железа, достигает максимума при температуре 150С, но при дальнейшем повышении температуры снижается. Это обстоятельство, главным образом, определяет то, что подающие трубопроводы ТС корродируют интенсивнее, чем обратные, и их износ чаще приводит к аварийным остановкам подачи тепла. Обратные трубопроводы имеют меньший внутренний КИ также по причине значительного снижения концентрации ( (если не было присосов воздуха). При неодинаковых температурах отдельных участков трубопровода возникают термогальванические коррозионные пары, в которых более нагретый участок становится анодом, а менее нагретый - катодом.
Коррозионные характеристики надежности трубопроводов тепловых сетей
Продлить срок службы трубопроводов, а значит - повысить надежность систем транспорта тепла, возможно путем применения качественных материалов для тепловых сетей. В данной главе даны рекомендации по их подбору.
Как было показано выше, наиболее слабым звеном в СЦТ российских городов остаются ТС, особенно их подающие трубопроводы. На их долю приходится -70 % всех случаев повреждений от внутренней коррозии теплопроводов. При этом только 6ч-7 % внутренней коррозии развивается на сварных швах, сальниковых компенсаторах, задвижках и пр., a 93-:-94 % - на прямых участках трубопроводов [3].
Стимулированию появления очагов наиболее опасной язвенной коррозии труб способствуют дефекты поверхности металла и оксидной пленки на нем (рисунки 6 и 18). Как показывают металловедческие данные, неоднородность оксидного слоя наблюдается даже на поверхности новых труб, поставляемых на монтажные площадки. На их внутренней поверхности (при диаметре трубы 530 мм и более) обнаруживаются параллельные сварному шву темные полосы окалины, прикатанной к поверхности в процессе изготовления [39]. В этом слое окалины всегда имеются дефекты (трещины, поры), в которых и зарождаются язвы.
Изучение влияния изменяющихся в течение года водно-химических, тепловых и гидродинамических режимов ТС на величину изменения толщины стенки трубопровода позволяет обоснованно определять срок службы проектируемых Тсс и оценивать остаточный ресурс хор действующих трубопроводов ТС в конкретных условиях эксплуатации.
Как уже было сказано, применение в теплосетях современных герметичных со стороны грунта конструкций теплопроводов способствует росту доли их повреждений именно от внутренней коррозии. В таких случаях (рисунок 13) в результате локальной (язвенной) внутренней коррозии образуются сквозные коррозионные свищи. То есть возникает ситуация, когда язвенная внутренняя коррозия начинает определять срок службы трубопроводов ТС. Тогда, определив значение скорости локальной внутренней коррозии К„ закладываемого в проект трубного металла, зная толщины стенки трубы по сортаменту SKC и рассчитанную по прочностным характеристикам Snp, можно рассчитать тсс где У, Коя, rrip, тур - коэффициенты: возможной перегрузки при гидроударах, однородности металла, условий его работы при разрыве трубы, условий работы трубопровода, соответственно (типичные коэффициенты в [69] приведены).
Расчет по справочнику Р.В. Щекина и др. [74] сводится к определению Snp по номинальному допускаемому напряжению от внутреннего давления при расчетной температуре теплоносителя адоп, кГ/мм , с учетом коэффициента прочности продольного шва (рпр, для гибких и сальниковых компенсаторов, соответственно: где уд;6), уга, Yty - коэффициенты надежности: по нагрузке от внутреннего давления, по материалу и по материалу труб при расчетной температуре эксплуатации, соответственно. На рисунке 29 сопоставлены результаты расчета по [69, 74] и СНиП 2.04.12-86 значений Sxvp для труб различного условного диаметра Dy из стали 20 (наиболее часто применяемой в теплосетях) со значениями Smx труб ТС, взятыми по сортаменту [75], для давления Рраб =1,6 МПа - максимального для трубопроводов IV категории [76]. Так как для стали 20 нормативные ствр = 340+490 МПа [73], на рисунке 29 показан диапазон возможного изменения Snp для каждого Dy. Очевидно, что такой разброс авр тоже вносит некоторую неопределенность при прогнозировании тсс. Из рисунка 29 видно, что определенные в [74] по номинальному допускаемому напряжению от внутреннего давления стдоп значения Snp(Dy) (линия /) близки к рассчитанным по СНиП 2.04.12-86 (линия 2), а расчет по [69] дает значительно более низкие S„p (линии 3, 4, 5) и, следовательно, завышает тсс в сравнении со СНиП 2.04.12-86. К тому же, в соответствии с СНиП 2.04.12-86, расчет трубопроводов ТС на прочность регламентируется «Правилами устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды». Исходя из изложенного, наиболее целесообразно для определения величины 5Гф использовать методику [74]. После определения Snp по [74] был выполнен оценочный расчет тсс трубопроводов из стали 20 при Кя = 0,28 мм/год (для теплосетей Новокузнецка - см. п. 3.7) по формуле Из рисунка видно, что средний срок службы трубопроводов из стали 20 в теплосетях Новокузнецка (Кл = 0,28 мм/год) составляет 10 лет, что согласуется с эксплуатационными данными. Некоторый разброс в значениях тсс для разных Dy связан с различием по сортаменту исходных толщин стенок труб 5,HCX(Dy). На рисунке 29 и рисунке 30 представлены результаты расчетов Sw и Тсс для стали 17ГС, о чем будет сказано в п. 4.3. На основании изложенного приводится методика определения срока службы трубопроводов, а значит и их остаточного ресурса.
Методы и устройства для исследования скорости коррозии металлов в химических технологиях
Углеродистые стали, рекомендуемые и применяемые для изготовления теплосетевых труб, достаточно пластичны, хорошо поддаются гибке и правке в горячем и холодном состояниях, хорошо свариваются и достаточно прочны при нагреве до 450С. Эти стали дешевы, но надежность их низка ввиду недостаточно высокого качества по дефектам. Эта ситуация «заложена», можно сказать, в исходную НТД [76]: из теплосетевых сталей только стали СтЗ и 20 не подлежат контролю микроструктуры (таблица 1, с. 87 [76]). Согласно таблице 2, с 91 [76] не подвергались контролю микроструктуры бесшовные трубы из сталей 10, 20, 10Г2, 09Г2С, 15ГС, 16ГС, 12МХ, 15ХМ. Но именно сталь 20 (качественная, по ГОСТ 1050) рекомендовалась к применению в ТС в период масового строительства жилья 60х-80х г.г. и использовалась в новых ТС преимущественно, как самая дешевая (в том числе в Новокузнецке, см п. 3.2).
Кроме того, отмечается ухудшение в последние десятилетия качества стали этих марок, что способствует интенсификации процесса внутренней коррозии. В работе Ю.В. Балабан-Ирменина и др. [3] отмечена высокая коррозионная стойкость «старых» углеродистых сталей: например, сталь поставки 1936 года более корозионно-стойкая, чем сталь выпуска 70-г80-х гг.
И.И. Реформатская и др. [78] пришли к заключению, что содержащиеся в углеродистой стали неметаллические включения (особенно сульфиды MnS, CaS, смешанные сульфиды типа (Са, Mn)S, (Са, Mg, Mn)S и оксисульфиды MexOySz) заметно снижают стойкость стали к локальной коррозии. Вредное влияние сульфидов и оксисульфидов объясняется повышенной скоростью коррозии стали вблизи включений, что может быть связано с повышенным сродством к кислороду Са, Mn, Mg по сравнению с Fe и вызвано активированием поверхности стали под влиянием продукта их разрушения - сульфид-ионов или H2S. Содержание серы в стали 3 до 0,05 % (ГОСТ 380), а в стали 10 и 20 до 0,04 % (ГОСТ 1050). В то же время данные коррозионных испытаний, проведенных Л.В. Лагутиной и A.M. Рубашовым [79], показывают, что повышение содержания серы в стали 20 более 0,01 % увеличивает скорость ее коррозии в сетевой воде на 30 %.
Н.Д. Томашов в книге [80] показал, что содержание легирующих элементов в сталях менее 2-гЗ % при их коррозии в природной воде очень мало влияет на коррозионные характеристики. Аналогичная ситуация - при наружной коррозии стальных трубопроводов в грунте (Г.Г. Улиг и Р.У. Реви [67]). Однако, результаты исследования [81], проведенного ВТИ, показали, что в условиях теплосети имеются различия в интенсивности язвенной внутренней коррозии углеродистых и низколегированных сталей. Показано, что внутренняя коррозия труб из сталей 10 и 20 приводит к образованию цепочек глубоких воронкообразных язв (рисунок 24а), в то время как внутренняя поверхность труб из крем-немарганцовистых сталей типа 17ГС после некоторого периода эксплуатации была покрыта мелкими блюдцеобразными язвами. В работе [81] сказано, что повышение концентрации Мп в стали до 1 % приводит к очень существенному изменению состояния частиц сульфида MnS, проявляющемуся в их дроблении и соответствующем увеличении их количества. В результате уменьшается суммарная анодная поверхность, на которой происходит окисление металла, а в целом снижается скорость анодного растворения металла на поверхности язвы.
Важным остается вопрос применения коррозионно-стойких материалов для сооружения систем ГВС [82]. СНиПом 2.04.07-86 для них предписано применять в закрытых системах оцинкованные водогазопроводные или эмалированные, а в открытых системах - неоцинкованные трубы. О низкой коррозионной стойкости труб из углеродистых сталей, не имеющих коррозионно-стойкого покрытия, уже сказано. В тоже время, как отмечено в [83], цинковые покрытия обеспечивают удовлетворительную защиту стальных труб лишь в слабоагрессивных водах (с карбонатной жесткостью 2-ьЗ (мг-экв)/кг, согласно ГОСТ 2874-82).
В целом, низкая элементная надежность линейной части ТС объясняется и комплексом следующих причин. 1) Отсутствие в России специальных ТУ на трубы для ТС, согласованных с Госгортехнадзором. Наличие большого числа НТД на одну и ту же продукцию (таблица 11) не препятствует поставке труб более низкого качества, чем требуется по условиям эксплуатации ТС. 2) Разнообразие сортамента труб и марок труб, листа и трубной стали при относительно небольшом объеме производства. 3) Трудности, возникающие при покупке и доставке труб определенных сортамента и марки стали на отдельные объекты ТС с относительно малой протяженностью, вынуждают применять трубы для строительства и ремонта ТС, существенно отличающиеся от требуемых по проекту. 4) Транспортировка труб общепромышленного назначения (сталь 20) в открытых вагонах и грузовиках. 5) Хранение труб на открытых площадках. Это вызывает развитие атмосферной коррозии (кислотные дожди) и, как следствие, монтаж ТС из труб, исходно не отвечающих требованиям длительной безаварийной эксплуатации ТС.
