Válts MeRSZ+ -ra!

MeRSZ online
okoskönyvtár

Több száz tankönyv egy helyen.
Online. Bárhol. Bármikor.

Gerse Károly

Kazánok

2., javított kiadás

4.7. Vízoldali korrózió, meghibásodások

Az erőművi és ipari gyakorlatban előforduló üzemzavarok nagy részét csőmeghibásodás okozza. A végeredmény mindig a cső kilyukadása vagy kinyílása, ami különböző folyamatok következményeként jöhet létre. A nyíláson kiáramló nagy nyomású, expandálódó folyadék, gőz vagy folyadék-gőz keverék rendszerint a szomszédos csöveket is erodálja, az impulzuserő a csövet meggörbítve esetleg mechanikusan is károsítja a környezetet. Forrcső-szakadás cirkulációs zavarokat is okozhat, így a kár rendszerint lényegesen nagyobb, mintha csak a meghibásodott szakasz cseréjére lenne szükség. Ugyanakkor a meghibásodáshoz vezető körülmények a többi csőnél is adottak lehetnek, így további meghibásodások bekövetkezésére is számítani lehet. A gyakorlatban megfigyelt sokféle korróziós folyamat közül terjedelmi okokból csak néhány jellemző meghibásodás okának, lefolyásának, felismerésének ismertetésére térünk ki.
 
A forrcső-meghibásodások megjelenési formái: A meghibásodott cső alakja, a hibahely környezete sokat elárul a hiba keletkezéséről, ugyanakkor a még hibára nem vezető alakváltozások, folytonossági hiányok is előre jelezhetnek későbbi meghibásodásokat, indokolhatnak üzemviteli módosításokat. A jellegzetes hibaalakok a következők:
  • a cső „golyvásodása”, későbbiekben kinyílása a hibahely szélének késélszerű elvékonyodásával, a cső belső felületén esetleg jelentős vastagságú lerakódással (4.40. ábra (a, b, c)),
  • a cső ridegtörése, kinyílása a hibahely szélének alig érzékelhető elvékonyodásával, belső felületen szürkéskék színű, homogénnek tűnő lerakódással (4.40. ábra (d, e)),
  • pontszerű lyukadás, a belső felületen bemaródásokkal, a lyuk közelében esetleg lerakódással (4.40. ábra (g),
  • különálló és összefüggő (üreges, himlőhelyes, vájatos, csipkés) bemaródások, a cső belső felületén esetleg lerakódással borítva (4.40. ábra, (h, i)),
  • egy- vagy többrétegű, részben lazán tapadó lemezes lerakódások (4.40. ábra (f)),
  • az érintkező (összepréselt) felületek közötti résben kialakuló réskorrózió.
 
Az előbbi, szemmel is megkülönböztethető hibák mellett a szerkezeti anyagok szövetszerkezetében is megjelenhetnek elváltozások, az anyag ridegedése, az ötvözők vándorlása, oldódása, a szemcsék közötti korrózió, üregképződés, ezek kimutatására azonban csak szövetszerkezeti vizsgálatokkal, mikrokeménység-méréssel van mód.
A korábbi, oldott sókat tartalmazó tápvízhez, nagy kazánvíz sótartalomhoz kapcsolódó gyakorlati szemlélet a forrcsövek meghibásodását leegyszerűsítve úgy képzelte el, hogy a belső felületen kialakuló vízkőréteg szigeteli a cső falát, amely így túlhevül, az anyag folyáshatára lecsökken, és a cső a belső nyomás hatására kinyílik. Hasonló túlhevülés következik be a cső dugulásakor vagy a cirkuláció más okból bekövetkező nagymérvű leromlásakor. Ma a vízkőképződést a megfelelő táp- és kazánvízminőség alkalmazásával megelőzzük, dugulás, a cső esetleges leürülése pedig csak durva üzemviteli hiba esetén jöhet létre, így az előzőekben felsorolt meghibásodások rendszerint több körülmény, mint például
  • szennyezett belső felület,
  • a csőfal hűtésének leromlása, (vagy) a cső felé irányuló hőáram megnövekedése,
  • lassú magnetit védőréteg képződés, a védőréteg kémiai átalakulása,
  • a védőréteg sérülése, leválása,
  • elégtelen kondicionálás,
  • oxigén-, lúg-, savbetörés,
  • szervesanyag-maradványok,
  • hidrogéndiffúzió,
  • idegen eredetű szennyeződések behordása, lokálelemek kialakulása,
  • nagy helyi feszültségek,
  • nagy áramlási sebesség
egyidejű fennállása esetén következnek be. Az okok meghatározásához, a már említett szövetszerkezeti és mechanikai vizsgálatok mellett, a lerakódások vegyi elemzésére is szükség lehet.
 
4.40. ábra. Hibaalakok: a) a cső túlhevülés hatására bekövetkező feltágulása, b) feltágulás belső lerakódás miatti hőmérséklet-növekedés hatására, c) cső kinyílása a csőszél elvékonyodásával, d) rideg csőanyag ablakos törése, e) átrepedt, rideg cső kinyílása kontrakció nélkül, f) lemezes lerakódások, g) himlőhelyes lerakódások, pontszerű átlyukadás, h) kagylós bemaródások, i) bemaródás a kiszáradás határának körzetében
 
A meghibásodások okára az előfordulási hely is iránymutató lehet. Elgőzölögtetőknél
  • a legjobban fűtött zónákban védőréteg-sérülésből adódó bemaródásokkal, lokálelemek kialakulásából adódó pontkorrózió, lyukadás,
  • a legjobban fűtött zónákban (vegyszerbetörésből, elégtelen kondicionálásból adódó) folyamatos védőrétegsérülés esetén részleges (csak a cső belső felületének közelében megjelenő) vagy teljes keresztmetszeti elridegedést okozó hidrogénkorrózióval,
  • a megfogások, felfüggesztések, bandázsok környezetében fáradásos korrózióval (elridegedéssel), feszültségkorrózióval,
  • a csőrendszerek magasabban fekvő szakaszain elégtelen állásidei korrózióvédelemből adódó, himlőhelyes megjelenésű oxigénkorrózióval,
  • jelentős oxigénbetörésből adódó, himlőhelyes megjelenésű vas-oxid-, -hidroxid-lerakódásokkal,
  • az ejtőcső, bekötőcsövek belépő szakaszain a nagy áramlási sebesség hatására bekövetkező, folyamatos védőréteg-sérülésből adódó eróziós korrózióval
lehet találkozni.
A tápvíz-előmelegítőknél a belépő csőszakaszokon eróziós korrózió, a gáztalanítás hiánya esetén a belépőkamrákban, csőszakaszokon, elégtelen állásidei korrózióvédelemből a teljes csőfelületen himlőhelyes megjelenésű oxigénkorrózió előfordulása említendő. A túlzott mennyiségben adagolt oxigénlekötő vegyszerek hatására bekövetkező, eróziós korrózió hatása esetenként összetéveszthető az oxigénkorrózió megjelenési formájával, miközben az előidéző okban alapvető különbség van.
A túlhevítőknél a korrózióra, a vízelőkészítés hiányára (is) visszavezethető meghibásodásokat leggyakrabban a magnetitréteg túlzott megvastagodása, az epitaktikus réteg leválása miatti dugulás [4.90], a nagy cseppelragadásból adódó lerakódásképződés, a rossz minőségű befecskendező vízzel végzett visszahűtés, az ausztenites csőanyagoknál a feszültségkorrózió okozza.
 
A magnetit védőréteg sérülése: A legtöbb meghibásodásnál szerepet játszik a magnetit védőréteg sérülése, amely mechanikai és kémiai okok miatt is bekövetkezhet. A kémiai okok közül
  • a víz Flade-potenciál alatti kondicionálását,
  • a szennyező ionok (kondenzátorlyukadás esetén elsősorban kloridionok, a rézzel csövezett kondenzátorok, előmelegítők esetén rézionok) kazánba jutását,
  • a lerakódásokat is oldó kelátok (EDTA, NTA) újabb keletű, túlzott alkalmazását és alacsony pH-érték esetén a védőréteg oldását, a védőréteg-keletkezés megakadályozását említjük.
 
A mechanikai okok közé
  • a belső nyomásból adódó feszültségek megszűnése,
  • a hőmérséklet-változás miatti hőfeszültségek kialakulása,
  • az áramlási és tüzelésoldali pulzáció hatására kialakuló hőfeszültségek,
  • a nagy áramlási sebesség miatti kopás és mások tartoznak.
 
Az igénybevételek azért lényegesek, mivel a magnetitréteg rendkívül rideg, az ismert tapasztalatok szerint viszonylag kicsi alakváltozásokat – 1 ezrelék (kb. 200 N/mm2–nek megfelelő) nyúlást és 3 ezrelék (kb. 600 N/mm2-nek megfelelő) összenyomódást [4.69] – visel el károsodás nélkül. Az értékek elsősorban tangenciális irányú alakváltozásokra vonatkoznak, a csöveknél axiális irányban 10 ezrelékes összenyomódásnál sem találtak repedést [4.70].
 
A rossz kondicionálás hatása a magnetitréteg sérülésére: A magnetitréteg sérülését leggyakrabban a víz nem megfelelő kondicionálása okozza [4.71]: semleges vízkörnél a túl alacsony oxigéntartalom, lúgos vízkörnél az elégtelen hidrazin- vagy ammóniaadagolás, illetve a szilárd lúgosítószer hiánya.
A tápvíz alacsony oxigénkoncentrációja semleges vízkörnél oda vezet, hogy a kis nyomású és nagy nyomású előmelegítőknél, részben eróziós korrózió következtében, nagy a vasfogyás, és ez a vas a kazán fűtőfelületein a legjobban fűtött helyeken kiválva vastag, esetleg réteges magnetitlerakódásokat eredményez [4.72], [4.85]. A réteges lerakódás a normál leállás, indítás során is leválik. Az illó lúgosítószerek a kazánból a gőzzel eltávozhatnak, így a forrcső-rendszerben kialakulhatnak olyan szakaszok, ahol a redoxpotenciál állandóan a Flade-potenciál alatt lesz, ami a magnetitréteg folyamatos sérülésével jár [4.71].
 
Intenzív csőanyag-oxidáció [4.86]: A természetes cirkulációjú kazánok forrcsöveinél, elsősorban a fűtésoldali csőfélben, nagy hőterhelésű helyeken, 100 barnál nagyobb üzemnyomásnál, leginkább csak illó kondicionáló szerekkel kondicionált berendezéseknél jelentkezik. Megjelenési formája különböző lehet:
  • A folyamatos oxidáció következtében elvékonyodó csőfal és egyidejűleg a vastagodó oxidréteg következtében megnövekvő falhőmérséklet miatt lecsökkent folyáshatár melletti feltágulás, majd elvékonyodott csőszél melletti felnyílás.
  • A cső ridegtörése (szemcsehatármenti, interkrisztallin töretfelülettel, a következőben részletezendő hidrogénkorrózió [4.109] miatt), a belső felületen esetleg vályús korróziónyomokkal.
  • Az elvékonyodott, a lerakódások miatt megnövekedett hőmérsékletű csőfalban bekövetkező, tartamszilárdság-túllépés miatti kúszást követő törés. A belső felületen vastag, több mm-t elérő, lemezes magnetitbevonat figyelhető meg, amelyben gyakran kloridokból, kalcium-foszfátból, fémrézből álló, elsősorban kondenzátorból származó lerakódások találhatók. Vegyszeres tisztítás után vályús felületrészek maradnak vissza, ahol a falvastagság kisebb a szükségesnél.
    A lemezes magnetitbevonat vékony topo- és epitaktikus rétegekből áll. Ez csak azzal magyarázható, hogy a képződött rétegek rövid időközönként leoldódnak, majd a parabolikus görbe kezdeti szakaszának megfelelően gyorsan új réteg képződik. Ok lehet a képződés közben kialakuló hőfeszültség-különbség is. A jelenség a folyadékhiányos forrás tartományának (3.3.6. fejezet) kezdetével lehet összefüggésben, amikor a falhőmérséklet, mint a 3.27. ábra mutatja, a tüzelés változásából adódó kis hőterhelés-változásra is lényegesen változik. Ez okozhatja a magnetitréteg leoldását, a gyors vízfogyás pótlására a vízben oldott anyagok csőfalhoz szállítását, koncentrációjának növekedését.
 
A rézkiválás hatása: Ammónia (NH3) mint lúgosítószer adagolásakor a rézzel csövezett kondenzátort a levegőelszívó nyílás környezetében (pH > 9 esetén) bedúsuló ammónia megtámadhatja. Így réz kerülhet a kazánba, vagy teljes áramú kondenztisztító esetén annak H2-vel regenerált kationcserélőit gyorsan kimerítheti [4.73]. Réz kazánba jutását az is elősegítheti, hogy gyakori leállás esetén a nedves kondenzátorba bejutó CO2-, SO2-gázok a nedvességben elnyelődve a korróziós hatásoknak alig ellenálló, egy vegyértékű rézoxid (Cu2O) képződésére vezetnek. Ezt az indulás után beáramló kondenzátum lekoptatja, és kondenzvíztisztító hiányában bekerül a rendszerbe [4.74], [4.102].
A kazánba bekerülő réz nagy része a kazán fűtőfelületein kiválik. A kiválás, Mankina összefüggésének [4.17] megfelelően, a legjobban fűtött felületeken a legnagyobb mérvű [4.75], [4.76]. Az így kiváló réz általában a magnetitréteg felületén rakódik le, és nem vezet minden esetben korrózióhoz [4.77]. Más esetekben vastag lerakódást képez [4.103].
 
4.41. ábra. Réz-oxid kiválásával képződött lokálelem [4.36]
 
Irodalmi adatok szerint [4.78], az egy vegyértékű réz (Cu2O) a gőzben jobban oldódik, mint a vízben, így az ilyenfajta réz-oxidok a turbinában az expanzió során a nyomás csökkenésével telítődnek és a 400~450 °C hőmérséklet-tartományban kemény, szinte szinteres [4.11] lerakódás formájában válnak ki, míg a két vegyértékű (CuO) oxidok kiválása elsősorban a kazánban várható. Semleges vízkör, nagy oxigéntartalommal, elsősorban CuO-képződésre vezet, ilyenkor a turbinabeli rézlerakódás kizárható.
 
 
A réz-oxid-lerakódás és a tiszta fém közelsége lehetőség lokálelem képződésre (4.41. ábra): ennek következménye, hogy a vas (mint kevésbé nemes fém) oldatba megy, míg a réz-oxidból a réz beépül a cső anyagába. Ez gyors helyi korrózióra vezethet, amely pontszerű csőlyukadásként jelentkezik. Az ilyen hibák rendszerint a legjobban fűtött szakaszokon lépnek fel [4.16]. A gyakorlati megjelenésre a 4.42. ábra és a 4.43. ábra mutat példát. Az ERŐKAR Anyagvizsgáló Laboratóriuma által a Dunamenti Erőmű 9. hsz. kazánja (15°Mo°3 anyagminőségű, Φ 57
search
5 mm méretű) forrcsövének meghibásodását követően kivágott mintadarabon elvégzett vizsgálat [4.79] során készített − a csövet, a lyukadás metszetét (10-szeres nagyítás), illetve a szövetszerkezetet a lyukadás környezetében (320-szoros nagyítás) bemutató − felvételeken (4.43. ábra) jól megfigyelhető
  • a pontszerű lyukadás,
  • a belső felületen az egyenetlen bemaródás,
  • a lyukadás környezetében a bemaródásszerűen terjedő károsodás,
  • az egyenlőtlen ferrit-perlites szövetszerkezetben, a ferritszemcsékben a szürkés, grafitszerű, folt alakú kiválások, a kristályról kristályra terjedő károsodás, ennek következményeként a felületet borító részben réteges, részben laza, tűs szerkezetű, oxidszerű réteg.
 
4.43. ábra. Eróziós korrózió, a rézkiválás hatása [4.76]
 
A Dunamenti Erőmű 12. hsz. kazánjában 15°Mo°3 anyagminőségű, Φ 57
search
5 mm méretű, 22 860 órát üzemelt forrcső meghibásodásának vizsgálata során [4.76] készített felvételeken (4.43. ábra)
  • a félbevágott csövön a sötétszürke oxidréteg helyenként foltszerűen felpattogzott, egyes felpattogzásoknál bemaródások keletkeztek,
  • a belső felületen egy (a felvételen jelölt) helyen, részben idegen anyaggal kitöltött, üreges hibahely volt található,
  • a hibahelyről készített csiszolat (10-szeres, illetve 50-szeres nagyítás) egyértelműen igazolta, hogy az üreget részben kitöltő idegen anyag réz,
  • nagyobb (100-szoros) nagyításnál a közepes szemcsenagyságú, ferrit-perlit-bainites szövetszerkezet belső felületén helyenként szintén felismerhetők a fémesen csillogó, apró rézszemcsék.
 
A cső károsodását, az elektrokémiai korrózió mellett, a cső hosszmetszetét bemutató ábrán megfigyelhető, anyagfogyás, eróziós korrózió is elősegítette.
 
Feszültségkorrózió: Kristályok közötti (interkrisztalin) vagy kristályokon átmenő (transzkrisztallin) repedés, korrodáló hatású közeg és húzófeszültség egyidejű hatására [4.91]. Kialakulásában a szerkezeti anyag minőségének is lényeges szerepe van. Megjelenését, illetve az előidéző okokat tekintve megkülönböztetik [4.91, 4.92, 4.93]:
  • Az anódos, kristályokon átmenő (transzkrisztallin) repedést, amely kloridok bedúsulása következtében, illetve lúggal érintkező szerkezeti elemeknél (lásd a következőkben) keletkezhet.
  • Az anódos, kristályok közötti (interkrisztalin) repedést, amely hidroxid-, nitrátionok, lúgok hatására jelenhet meg.
  • A katódos, kristályokon átmenő, kristályok közötti, hidrogén hatására bekövetkező repedést.
 
A feszültségkorróziós meghibásodások jellegzetessége (4.44. ábra) a faágszerűen szétágazó repedésalak [4.92]. A repedés a mechanikai igénybevétel és a kémiai behatás hatására helyileg megsérült védőréteg következtében szabaddá váló fémfelületen bekövetkező gyors, anódos fémoldódás hatására terjed. Késélszerű metszeti alakját az oldalfelületek gyors, védőréteggel történő lezáródása magyarázza [4.91]. A hivatkozott irodalom és más források számtalan (nem csak kazánoknál bekövetkezett) meghibásodást ismertetnek.
 
4.44. ábra. Feszültségkorrózió [4.91]
 
A feszültségkorrózió különleges formája a váltakozó igénybevétel hatására megjelenő, fáradásos feszültségkorrózió, amely a magnetitréteg helyi sérüléséből, a szerkezeti anyag helyi (például kazándob-furatperem, ovális csőív, csőfalvastagság-változás, gyors hőmérséklet-változás, maradó feszültségek stb.) túlterhelése miatt bekövetkező, helyi kifáradása hatására keletkező repedésből jön létre, amelynek fenekén korróziós vájat képződik (a repedés széle kigömbölyödik). A repedés és az állásidei korrózió az üzemi ciklusokban ismétlődve terjed [4.94], [4.97], [4.91]. A különféle befolyásoló tényezők közül a legfontosabb a
search
 tágulási tényező, amelynek 10-–6/s értékénél a feszültség indukálta korróziónak maximumát figyelték meg. Az egyéb befolyásoló tényezők közül – állandó nyúlással elvégzett szakítóvizsgálatok alapján – a hőmérséklet hatása 240–250 °C-nál maximális, az oxigéntartalom függvényében csak 5 ppm felett tapasztaltak feszültségkorróziót, 50 ppm felett pedig az előfordulás gyakoriságának növekedését tapasztalták. Felismerése a hibahelyről készített metszeten megfigyelhető, az ismétlődő ciklusok során kitágult, legömbölyödött repedésalakról lehetséges. Alattomos meghibásodásnak tekinthető, mivel hosszú ideig rejtve maradhat, és a váratlanul bekövetkező meghibásodás súlyos következményekkel járhat [4.97]. Ezért az ismétlődő vizsgálatoknál az esetleges repedések megtalálására különösen nagy figyelmet kell fordítani.
A feszültségkorrózió megelőzése érdekében általában a következő lehetőségek kínálkoznak:
  • A feszültségek csökkentése, a falvastagság növelése, erőbevezetés, szerkezeti kialakítás optimalizálása. A húzó igénybevételek csökkentése általában mérsékli a feszültségkorrózió veszélyét. A korrózió biztos elkerülése szempontjából megengedhető feszültséget azonban befolyásolja, hogy a [4.93] irodalomban ismertetett megfigyelések, vizsgálatok alapján létezik egy anyagféleség-függő határfeszültség. Amennyiben ez kisebb az anyag
    search
     folyáshatáránál, és a méretezés a szilárdsági számítási szabályzatokban előírtak alapján történik, mindig számítani lehet feszültségkorrózióra. Olyan esetekben, amikor a határfeszültség nagyobb a folyáshatárnál, a korrózió bekövetkezése az egyéb körülményektől is függ. A határfeszültség értéke a vizsgálatok alapján 13°CrMo°4°4 anyagnál 400 N/mm2, 10°CrMo°9°10 minőségű anyagnál 430 N/mm2 (mindkét anyagféleség ferrit-perlites szövetszerkezetű). Ezzel szemben az ausztenites szövetszerkezetű, X10CrNiNb18-9 minőségű anyagnál csak 160 N/mm2 adódott.
  • A hegesztési varratok megfelelő kialakítása, hőkezelés. Az igénybevételekből adódó főfeszültségek mellett a gyártásból, elsősorban a hegesztésekből adódó járulékos feszültségek csökkentésére is különös figyelmet kell fordítani. A járulékos feszültségek nagyságát a kialakítástól függő feszültségkoncentrációs tényező határozza meg. Ezért olyan megoldásokat (elsősorban hegesztési varratalakokat) kell választani, melyek egyenletes átolvadást, kisebb feszültségtorlódást eredményeznek. A maradó feszültségek csökkentésére a szokásos technológiai előírások alapján nem kötelező, de bizonytalan esetekben is helyi, feszültségmentesítő hőkezelést célszerű végrehajtani. Ugyanakkor a folyamat tervezésénél figyelembe kell venni a szerkezeti anyag összetételét is, mivel bizonyos ötvözőelemek (például molibdén) a hőkezelés eredményeként a keménység és ezzel a feszültségkorrózió előfordulási valószínűségének növekedését is eredményezhetik. A [4.93] irodalomban ismertetett megfigyelések alapján a hegesztési varratok utólagos durva esztergálása, csiszolása is járulékos feszültségnövekedést eredményezhet és növelheti a feszültségkorrózió veszélyét.
  • A nagymértékű hidegalakítások elkerülése, hőkezelés. A gyártás során alkalmazott hidegalakítások (például csőhajlítás, behengerlés) is nagy visszamaradó feszültségeket, ezek eredményeként transzkrisztallin, anódos repedéseket eredményezhetnek. Az optimális megoldást – a konstrukció, az anyagminőség módosítását, a feszültségmentesítő hőkezelés alkalmazását – a költségek figyelembevételével kell mérlegelni.
  • A várható igénybevételeknek, gyártási, szerelési lehetőségeknek megfelelő szerkezeti anyagok választása. Erre gyakran csak a már meghibásodott szerkezetek javításánál kerül sor.
  • Nagyobb korrodálóanyag-koncentráció esetén szóba jöhet a szerkezeti anyagok bevonatokkal történő védelme (plattírozás), katódos, anódos védelem is. Ezeket a kazánoknál, a különleges berendezésektől eltekintve, nem alkalmazzák. Fontos viszont az egyenlőtlen besűrűsödés megfelelő szerkezeti kialakítással történő megelőzése és a besűrűsödő közegek (elsősorban kazánvíz) folyamatos vagy rendszeres hígítása lelúgozással, leiszapolással.
 
Hidrogéndiffúzió, metánképződés: A pontszerű lerakódásnál, kitüntetett helyeken bekövetkező korróziónál veszélyesebb, ha a magnetitréteg nagyobb összefüggő szakaszon sérül meg. Ennek oka lehet a rossz (elsősorban illó lúgosítószerekkel történő) kondicionálás, idegen (a kazánvizet savassá tevő, pl. klorid‑) ionok betörése a kazánba, az epitaktikus réteg és az alapanyag közötti feszültségkülönbség miatti lepattogzás vagy a csőfelület „kihordása”. A magnetitsérülést ismételt magnetitképződés követi, aminek H+ szabaddá válása a következménye (4.2. fejezet). A [4.109] irodalomban ismertetett részletes vizsgálatok szerint:
  • A keletkezés helyén H2-vé rekombinálódott, gázfázisú hidrogén egy része a fűtőfelületen képződött gőzzel távozik.
  • A hidrogén egy további része (mérések szerint 10–25%-a) atomos formában átdiffundál a szerkezeti anyagon anélkül, hogy károsodást idézne elő.
  • A visszamaradt hidrogén a szerkezeti anyag szemcsehatárai mentén rekombinálódik, és nagy (akár 1000! bar) nyomású gázlencséket hoz létre, melyek forró hidrogéntartalma reakcióba léphet a szerkezeti anyag szilárdságát biztosító (Fe3C) vas-karbid széntartalmával [4.78], [4.109]:
 
Fe3C + 2 H2 = 3 Fe + 4CH4
 
Az eredmény oldhatatlan metángáz, amely a szemcsehatárokat szétfeszítve kristályközi repedésre vezethet (4.45. ábra). (Megjegyezzük, hogy a folyamat részletes lefolyását illetően még nem alakult ki egységes álláspont [4.86].)
  • A visszamaradt hidrogén közvetlenül a vas-karbiddal vagy a ferritszemcsék széntartalmával is metángázképződést, ennek eredményeként kristályközi repedést eredményező reakcióba léphet.
 
 
Az utóbbi két folyamatnál a hidrogén – és ez által a metán – egyre mélyebb rétegekbe hatol: a cső teljes keresztmetszetében elridegedik. Ilyen esetben következik be a rideg, minden kontrakció nélküli vagy a külső felületen kis kontrakcióval járó forrcső-szakadás. Mivel a hiba oka nem kapcsolódik kitüntetett helyekhez, a hiba jelentkezésekor már rendszerint a teljes forrcső-rendszer károsodott. A szövetszerkezeti kép a belső felületről induló kristályok közötti és kristályokon átterjedő repedéseket is mutathat [4.101]. Fontos megemlíteni, hogy olyan esetben, amikor az atomi hidrogén csőanyagon át történő diffúzióját a külső bevonatok, kénes lerakódások stb. akadályozzák, a korrózió veszélye megnő [4.109].
Kristályokon átmenő repedést (hidrogénridegséget) elsősorban vegyi üzemekben figyeltek meg [4.92], nagy nyomású és hőmérsékletű hidrogén szerkezeti anyagba történő behatolásakor, de erőművekben is előfordul [4.91]. Legfontosabb előfeltétele a szerkezeti anyag érzékenysége (szövetszerkezete, keménysége) és kevésbé a mechanikus feszültségek. Kialakulásához elégséges tiszta víz, gőz jelenléte is, de a savas szennyeződések, oldatok elősegítik a megjelenését.
 
Vegyszerbetörés: A hidrogéndiffúzióhoz hasonló hatást okozhat sav-, lúgbetörés is, amelynek következménye pórusokban, repedésekben bekövetkező bedúsulás lehet. Nátronlúg esetén pl.
 
Fe3O4 + 4 NaOH = Na2FeO2 + NaFeO2 + H2O
 
Fe + 2 NaOH = Na2FeO2 + H2
 
reakciók játszódhatnak le [4.78]. Ekkor a Na-Fe vegyületek a falról leválnak, a csőfal elvékonyodik, a szakadás elsősorban az elvékonyodás és csak másodsorban az elridegedés miatt következik be. Ha a lúgkoncentráció kisebb, akkor a lassú ridegedés hatása (feszültségkorrózió) a döntő a nagy feszültségnek kitett (hengerelt, hőkezelés nélkül hegesztett), lúgos közeggel érintkező (lúgos kondicionálású) szerkezeti elemeknél, kristályokon átterjedő, transzkrisztallin repedések formájában. A nitrátadagolás inhibitor hatású [2]. A szakadás kontrakció nélkül, ridegen történik. A hibahely szövetszerkezeti vizsgálata során kristályhatárok menti szétesés (interkrisztallin korrózió) is megjelenhet [4.95]. Az előbbi jelenség ma elsősorban a kazánok vegyi kezelésénél, téves üzemviteli manipulációknál, például a vízelőkészítő berendezések regenerálására használt vegyszerek betörésénél [4.33] jöhet létre. Vegyszerbetörések hazánkban is előfordultak: a Bánhidai Erőműben sósav bekerülése következtében a teljes elgőzölögtető csőrendszert és később a kazándobokat is ki kellett cserélni, előbbieknél az elridegedés, utóbbiaknál a furatperemeken megjelenő repedések miatt. Az Ajkai Erőműben a kazán kifőzése nátronlúggal történt, itt csak az elgőzölögtető csőrrendszer cseréjére volt szükség.
 
Szerves anyagok okozta korrózió: Semleges vagy kombinált üzemmódnál, a kondenzátor tömörtelensége következtében, a körfolyamatba kerülő szerves anyagok vegyszerbetöréshez hasonló, súlyos feszültségkorróziót okozhatnak [4.32], amely a teljes szervesanyag-tartalom (TOC, Total Organic Carbon) rendszeres vizsgálatával, korlátozásával előzhető meg. A lerakódásokat is oldó kelátok (EDTA, NTA) újabb keletű, túlzott alkalmazása és az alacsony pH-érték a védőréteg oldódására, keletkezésének megakadályozására vezethet, amely eróziós korrózióhoz hasonló folyamatot indíthat el a nagyobb sebességgel átáramlott tápvezetékekben, ejtőcső-, gőzbekötőcső-szakaszokon [2]. A szabad aminok pontos koncentrációjának meghatározása komoly méréstechnikai felkészültséget igényel [4.96].
 
A kazánvíz nagy sótartalma, nyersvízbetörés: A nagy teljesítményű kazánok teljesen sótalanított tápvízzel üzemelnek. A régebbi, kisebb teljesítményű kazánoknál mind a táp-, mind a kazánvíz jelentős mennyiségű sót tartalmazhat. Ezek az elgőzölgés folyamán kiválhatnak. A lerakódás jellege (4.46. ábra) a tömegáram-sűrűségtől (
search
), a hőfluxustól (
search
) és a folyadék-gőz fázis arányától függ (
search
). Buborékos forrásnál a pontszerű, himlőforma lerakódás a jellemző. A gyűrűs áramlás − nagy tömegáram-sűrűségnél − homogén, a dry out jelenség tollszerű lerakódással jár együtt [4.80].
Az előírtnál nagyobb vezetőképességű és SiO2-tartalmú (átlag 60 μg/kg), NH3-mal 9,2 pH-értékre beállított kazánvízzel végzett kísérletek során tapasztalt lerakódásformákat azzal magyarázták, hogy a gőzképződés egyenlőtlensége miatt buborékos forrásnál a sólerakódások a gőzképződési hely peremén válnak ki, míg nagyobb hőterhelésnél a nagyszámú – szinte összeérő – gőzbuborék a sólerakódásokat is eltávolítja a felülettől. Kis hőterhelésnél a sót a víz oldatban tudja tartani, ezért nincs kiválás. Nagy tömegáram-sűrűségnél a sólerakódásra nemcsak a gőzbuborék, hanem a folyadék filmvastagsága, áramlási sebessége is hat, így keletkezik az egyenletes homogén lerakódás, amely BaSO4, CaSO4, BaCa(CO3)2, CaMgO4, KNaCO3, SiO2, valamint magnézium-alumínium, szilícium-hidroxid komplex keverékéből áll. A lerakódás előtt védő oxidréteg alakul ki, amely a himlőforma-lerakódás alatt – feltehetően a gőzképződés dinamikus, koptató hatására – megsérül. A kihordott vas-oxidok − tűs és lapos formában − a sólerakódás környezetében a csőfelületre tapadnak. A sérülés a cső élettartamát nem befolyásolja lényegesen.
 
4.46. ábra. Különböző lerakódások keletkezése [4.80]
 
Nagy kazánvíz-sótartalom esetén, ami a lelúgozás hiányából vagy nagy kondenzátorbeli nyersvíz-betörésből adódhat, ha a jelenség tartósan fennáll – és egyúttal a pH-érték letörését is okozza –, már néhány nap vagy – enyhébb esetben – hét esetén is gyors lerakódás, illetve korrózió indulhat meg. Ez nemcsak a magnetitréteg sérülését – illetve folyamatos vastagodását –, hanem a falhőmérséklet csőszakadásra vezető megnövekedését is előidézi [4.80]. A folyamat jellegzetes szakaszai:
  • porózus, vas-oxid-részecskékből álló alapréteg kialakulása,
  • a gőzképződési középpontokban só válik ki, emiatt mindig újabb középpontok aktivizálódnak, így az egész felületet egyenletes sólerakódás borítja,
  • a sólerakódás alatt a magnetitréteg megsérül és vastag porózus réteg alakul ki. Utóbbinál a fűtetlen oldalon finomabb, a fűtött oldalon – a fűtés mértékétől is függő nagyságú – durvább magnetitkristályok figyelhetők meg,
  • az alapanyag és az oxidréteg találkozásánál rozsdával kitöltött repedések is megjelenhetnek,
  • a magnetitképződésnél szabaddá váló H2 a cső ridegedését is előidézi.
 
A folyamatnál a gőztartalom, áramlási forma kisebb szerepet játszik, buborékos forrásnál esetleg nagyobb mérvű a korrózió, mint filmelgőzölgésnél.
 
Cseppelragadásból eredő korrózió: A besűrűsödött kazánvízcseppek elragadása a túlhevítők belépőkamráját követő csőszakaszokon okozhat meghibásodást. A kazánvíz összetételétől függően mind lúg-, mind savkorrózió előfordulhat [4.111]. Az előbbinél egy vastagabb, lazán összefüggő oxidkristályokból álló réteg alatt, egy viszonylag zártnak tűnő, szerkezeti anyag közeli, 0,1–0,25 mm vastagságú oxidréteget lehet megfigyelni. Nagyobb nagyításnál feltűnik, hogy az oxidréteg számtalan kicsi pórussal van áttörve, inkább szövetszerű, mint tömör védőhatású benyomást kelt. Az állaga is puhább, mint a szomszéd rétegeké. Ez az oxidfelépítés a tömör lúgok hatására bekövetkező forróvíz-oxidációra jellemző. Más kimart helyeken ~0,7 mm vastag, ívelt rétegekkel, pórusokkal jellemezhető oxidlerakódás figyelhető meg, amelyben zártan megjelenő rétegek szabadon nőtt, magnetitkristály-lerakódásokkal váltakoznak. A forróvíz-oxidációnak ez a formája általában alacsony pH-értékhez kötődik.
 
Oxigénkorrózió, hiányos állásidei konzerválás [4.86]: A felület magnetittel egyenletesen fedett belső csőfelületre utal, helyi korróziós lerakódásokkal, amelyek szürkésfekete magnetit mellett vöröses hematitot is tartalmaznak. A korróziós lerakódások alatt kráteres bemaródások vannak, ezekből a korrózió nem terjed tovább. Független a pH-tól, nagyon alacsony értékeknél inkább lapos anyagfogyás lép fel. Kloridok erősítik, hidroxidok, szilikátok gyengítik a korróziót. 0,03 ppm oxigén felett hematit képződik, hidratálódik, térfogata megnő. A porózus magnetit-hematit réteg gyenge védőhatást biztosít, a himlőhelyszerű lerakódásban a kloridok koncentrációja megnő, oldatba viszik a vasionokat. Sókat, oxigént tartalmazó vízben mindig előfordul, ha a csőfelületen egyenlőtlen lerakódás marad vissza vagy képződik, és nincs megfelelő védőréteg. A himlőhelyek alatt visszamaradó korróziónyomok, repedések vegyszeres kazántisztítás utáni kondicionálására előnyösen alkalmazható a lítium-hidroxid, mivel a lítiumionok a nátriumionoknál könnyebben diffundálnak a repedésekbe, üregek fenekére [4.45].
 
A nagy hőmérsékleten üzemelő csőanyagok korróziója: Nagyobb (9–12%) krómtartalmú ferrites acéloknál a rétegképződés mechanizmusa a 4.2. fejezetben bemutatott folyamathoz képest kismértékben módosul [4.100]. 550 °C-nál nagyobb hőmérsékletű gőzzel érintkezve a felület felé diffundált ionokból kialakul az epitaktikus (Fe3O4) védőréteg. Az Fe2+-ionokhoz hasonlóan a krómionok is a külső felület felé diffundálnak, emiatt a felülethez közeli szemcsék krómtartalma csökken (4.47. ábra (a)) [4.81], [4.110]. Az Fe2+-ionok elvándorlása miatt a védőréteg alatt a krómtartalom megnő, és a legbelső magnetitréteg alatt egy magnetitet és a króm-magnetithez hasonló vegyületét vegyesen tartalmazó, Fe3O4+Cr2O3 összetételű topotaktikus, valamint egy Fe3O4+(Fe,Cr)3O4 összetételű epitaktikus, a két réteg között gyakori üregeket tartalmazó rétegszerkezet jön létre. A króm nagyobb mértékű elvándorlása következtében a felület alatti topotaktikus rétegben a kristályszemcsék, mint a 4.47. ábra (a) mutatja, szétesnek. Az üregek és a nagyobb krómtartalom akadályt képeznek az Fe2+-ionvándorlás elé, ezért a gőzzel érintkezve a magnetit egy része hematittá (Fe2O3) oxidálódik, így a gőzoldalon egy vékony, többé-kevésbé zárt hematitréteg lesz található [4.90]. Maga a magnetitréteg is gátolja az ionok diffúzióját, emiatt a nagyobb krómtartalmú ferrites acélokra összességében a parabolikus rétegvastagság-növekedés (esetenként kettőtől eltérő, változó kitevővel [4.110]) lesz jellemző.
 
4.47. ábra. Nagy hőmérsékleten üzemelő krómacélok korróziója [4.81]
 
A víz-gőz oxidációs folyamatokra a szerkezeti anyag szemcseszerkezetének is lényeges hatása van. Finomszemcsés anyagoknál is bekövetkezik a króm belső felület felé irányuló diffúziója, ugyanakkor a szemcsék károsodása (topotaktikus réteg kialakulása) nagyon lelassul (4.47. ábra (b)). Durvaszemcsés anyagoknál a Cr2O3-réteg a kristályszemcsék érintkezési felületeinek közelében megvastagodhat, megsérülhet, így kevésbé tudja megakadályozni a króm diffúzióját, ezzel a rácsszerkezet tönkremenetelét (4.47. ábra (c)). A finomszemcsés szövetszerkezet mellett a belső felület mechanikus felkeményítése is tömörítő, diffúziót fékező hatású, így a tömörített acélfajtáknál is csökken a korrózió sebessége [4.90].
 
A magnetitréteg vastagodása: A nagy hőmérsékleten üzemelő – túlhevítő, újrahevítő – csövek belsejében az üzemidővel vastagodó magnetitréteg különösen a megnövelt gőzparaméterekkel üzemelő kényszerátáramlású kazánoknál jelenthet problémát:
  • Egyrészt a cső belső érdességének növelésével növeli az ellenállást, ezért a gőznyomás szinten tartására növelni kell a tápvíznyomást, vagy számolni kell a friss-, újrahevítettgőz-nyomás, ezzel a körfolyamati hatásfok csökkenésével. (Kazándob, vízleválasztó edény esetén a megelőző csőfelületekről származó magnetit a folyadékfázisban bedúsulva leválasztható.)
  • Ennél sokkal nagyobb gondot jelent, és a fűtőfelület élettartamára jelentős csökkentő hatással lehet, hogy a magnetitrétegnek a csőanyagnál rosszabb hővezető képessége következtében egyre jobban megnöveli a csőfal hőmérsékletét [4.98]. A fokozatos rétegvastagság-növekedés egyrészt gyorsítja a kúszást (7.1. fejezet), másrészt a belső felület érdességének a növelésével, a munkaközeg által szállított, más felületelemekről levált magnetitszemcsék befogásával lényegesen növelheti a csőrendszer ellenállását. Miután a rétegvastagság növekedési sebessége csőanyagfüggő (4.12. ábra), a valószínűsíthető hőmérséklet-növekedés függ a csőanyagtól. (A nagyobb krómtartalom nemcsak a szilárdsági jellemzőket javítja, hanem az idő előtti meghibásodás veszélyét is csökkenti.) A negatív hatások csökkentésére rendszeres időközönkénti savazásra lehet szükség.
 
4.48. ábra. Túlhevítő cső, vastag lerakódásokkal
 
Amennyiben a visszahűtésre felhasznált víz minősége nem megfelelő, a belőle kivált lerakódások is vastagítják a belső hőszigetelő réteget (4.48. ábra). Így alakulhat ki mintegy 100 000 üzemóra után 1 mm körüli vastagságú belső lerakódás.
 
4.49. ábra. Nagy hőmérsékleten üzemelő krómacél belső felületén kialakult oxidrétegek [4.82]
 
A hosszabb üzemidő után kialakuló réteg szerkezetére vonatkozóan [4.82] a NUON holland villamos társaság HW8 jelű, 680 MW-os kényszerátáramlású blokkja (261 bar, 540 °C), X20°CrMoV°12°1 jelű anyagból készült, 92 000, illetve 107 000 üzemórát üzemelt, kilépő túlhevítő fokozatának vizsgálata megerősítette a korábbi tapasztalatokat: a mért rétegvastagságok többsége 160–260 μm között volt (7.86. ábra). A vizsgálatok alapján, mint a 4.49. ábrán megfigyelhető, az is megállapítható volt, hogy a réteg 50%-ban topotaktikus, 50%-ban epitaktikus felépítésű, és legbelül egy vékony hematitréteg borítja. A mért rétegvastagság-értékek jól megegyeztek a parabolikus növekedésre vonatkozó (4.34) összefüggésből a
search
 = 0,84–0,85 µm2/h értékű rétegvastagság-növekedési sebességi állandóval számított értékkel. A rétegvastagság lehetőséget ad a hőmérséklet- növekedés számítására is (7.85. ábra). Ehhez a (50% topotaktikus, 50% epitaktikus összetételű, 10–20% porozitású) magnetitrétegre az irodalomban található, 0,3–0,6 W/mK hővezetési tényezőből lehet kiindulni. A rétegvastagság és hőmérséklet-növekedés közötti lineáris összefüggést feltételezve, a falvastagság növekedésére vonatkozó (4.34) egyenlet átalakítható, és a
search
 hőáramsűrűség,
search
 magnetitréteg-hővezetési tényező figyelembevételével felírható a hőmérséklet-növekedés és az üzemidő közelítő összefüggése is:
 
search
(4.53)
 
A képlet módot ad arra, hogy a cső élettartama szempontjából megengedhető túlhőmérséklet alapján becsüljük a tisztítás előzetesen várható időpontját. A magnetitréteg tényleges szerkezete, vastagsága a csőanyag minőségétől, kondicionálástól is függ, így a csövek állapotának tényleges megítélésére rendszeres időközönként szükséges a belső vagy mintavételes vizsgálat. Erre különösen olyan, újabb szerkezeti anyagok alkalmazásánál lehet szükség, amelyekre még nem áll rendelkezésre elegendő gyakorlati tapasztalat [4.98].
 
Magnetitsérülés mechanikai okokból: Gyakran felvetődik, hogy a magnetitréteg sérülése a kazánleálláskor a belső nyomás megszűnése és a cső lehűlése következtében jön létre. Ennek az lehetne az oka, hogy a magnetit a cső üzemi állapotában képződik, és akkor feszültségmentesen alakul ki. A kazán leállítása után a belső nyomás megszűnik, a cső lehűl, így a magnetitréteg túlzottan összenyomódik, megrepedhet. A lehűlés azért lényeges, mert a magnetit
search
 lineáris hőtágulási együtthatója 20 és 400 °C között mintegy 3,5·10–6 1/K értékkel kisebb [4.70] az acél lineáris hőtágulási együtthatójánál, így a cső nemcsak a nyomáscsökkenés, hanem a hőmérséklet-csökkentés miatt is összenyomja a magnetitréteget.
13 CrMo 4 4 anyagú, Φ 57
search
5 mm-es csőnél, 190 bar üzemi nyomásról történő leállás estén, az összenyomódás 0,438 ezrelékre adódik. A lehűlésből adódó, hőtágulás-különbség miatti összenyomódás 420 oC üzemi falhőmérsékletet figyelembe véve 1,4 ezrelék. A két érték összege 1,838 ezrelék, alig fele a repedést okozó értéknek, így kimondható, hogy a magnetitréteg sérülése normál üzemi leállítás esetén nem következik be. Más a helyzet, ha a magnetitréteg nem megfelelően tapad a csőfelülethez, ami akkor fordulhat elő, ha a magnetit nem a cső anyagából, hanem a tápvízzel behordott vas-oxidokból keletkezik vagy az állásidei korróziós termékre rakódik rá, illetve korróziós hatásokra gyorsan alakul ki, túlzottan (esetleg 1 mm-t is elérően) megvastagodik. Az ilyen réteg leállásnál vagy az azt követő indulásnál a mechanikai és hőfeszültségek – elsősorban húzófeszültségek – együttes hatására könnyen leválik, és a cső dugulását is okozhatja.
A magnetitréteg stabilitását a gőzoldali pulzáció is befolyásolhatja. Ismeretes, hogy természetes cirkulációjú gőzkazánok gőzfejlődése is rendszeres, a teljes csőrendszerre kiterjedő pulzációval jár együtt (2.2.2.3. fejezet). Ez zavart általában csak a cseppelragadással egyidejű gyűrűs áramlás tartományának végén (a dry out közelében) okoz, különösen, ha az áramlás egyenletességét ívek, hegesztési varratok is megzavarják. Ez vezethet oda, hogy a cső kis részen helyileg kiszárad, esetleg a kiszáradás határa vándorol. Ennek következtében a szerkezeti anyag és vele a magnetitréteg kisfrekvenciájú periodikus hőmérséklet-ingadozásnak van kitéve, amelynél az ismételt nedvesítéskor a belső felületen bekövetkező hősokkszerű lehűlés és az ebből létrejövő összehúzódás okozhatja a védőréteg repedését. Ennek jellegzetes formája a 4.40. ábrán (i) bemutatott V alakú bemaródás, amelyet a hazai kazánoknál (4.43. ábra felső hosszmetszete) is tapasztalhattunk [4.83].
Hasonló jelenség a forrcső-rendszer legjobban fűtött részein (égőövben, átlépő keresztmetszetben, ha
search
> 250 kW/m2) is előállhat, ahol a nagyszámú gőzképződési középpontból kilépő gőzbuborékok az áramlás bármilyen átmeneti zavara (pulzációja) esetén gőzfilmmé állhatnak össze (részleges filmelgőzölgés). Az ilyen helyen tapasztalt falelvékonyodásban – a korrózió mellett – az intenzív gőzképződés dinamikus hatása is közrejátszhat. A felület átmeneti kiszáradása és hőmérséklet-növekedése kedvező a magnetitréteg vastagodásához, a levált réteg újraképződéséhez, ezáltal a hidrogénfejlődéshez, a hidrogén diffúziójához, ugyanakkor az anyagszerkezet elhasználódását is fokozza, gyorsítva ezzel a ridegedés folyamatát.
A tüzelésoldali pulzáció – a normál lángfrekvenciából (6.1. fejezet) és a szabályozási lengésből adódó hőfluxus-ingadozás – azáltal okozhat repedést a magnetitrétegben, hogy a cső falhőmérsékletét periodikusan változtatva váltakozó irányú hőfeszültséget hoz létre a magnetitrétegben. A külső szál hőmérséklete az előbbi összefüggésnek megfelelően hol melegebb a belső szál hőmérsékleténél (húzó igénybevétel a magnetitrétegben), hol hidegebb lehet annál (nyomó igénybevétel a magnetitrétegben). Az igénybevétel nagysága a maximális hőmérséklet-különbségtől (a hőmérséklet-különbség amplitúdójától) függ.
13 CrMo 4 4 anyagminőséget, 400 oC átlagos hőmérsékletet figyelembe véve,
search
 = 1 Hz esetén a pulzáció még a belső felületen is előidéz hőmérséklet-ingadozást, a szokásos lángfrekvenciák (szénporlángnál 4 Hz, olajláng 80–100 Hz, gázlángnál 60–120 Hz) számára azonban a csőfalvastagság végtelennek tekinthető [4.34]. Hasonlóan, a tüzelésszabályozás esetleges periodikus lengésének sincs hatása a magnetitréteg esetleges mechanikai okok miatti sérülésére [4.34].
Az előbbi pulzációnál sokkal lényegesebb lehet a széntüzelésű kazánoknál alkalmazott vízlándzsázás hatása. Az ennél létrejövő gyors csőlehűlés − elsősorban membránfalas kazánoknál − könnyen előidézhet a belső falfelületen olyan alakváltozást, amely a magnetitréteg helyi sérüléséhez vezethet. A vízlándzsázás a csőfal kifáradását is előidézheti [4.84].
A gőzképződési helyek közelében a falhőmérséklet a buborék mérete függvényében változik (3.4. ábra). Ez a változás nagyon gyors folyamat. A buborékképződés a nyomástól, gőzképződési középponttól (stb.) függő többlethőmérséklettel indul, amely a buborék növekedése közben csökken, így a magnetitréteg elméletileg emiatt is változó terhelésnek van kitéve. A számítható hőmérséklet-ingadozás hatása azonban a magnetitréteg élettartama szempontjából elhanyagolható [4.34]. Ennek ellenére az intenzív gőzképződési helyek közelében falvastagság- csökkenés tapasztalható, amely azzal magyarázható, hogy a gőzképződési középpontban besűrűsödő, oldott „korrózióterméket” (Fe(OH)2, FeO, vas-oxidok) a buborékképződés dinamikája kihordja az üregből, így ott újabb oldódás indulhat meg. Hosszú üzemidő és intenzív gőzfejlődés esetén ez mérhető falelvékonyodást okozhat.
 
A magnetitréteg leválása: Nagy hőmérsékleten üzemelő kazánoknál, a hagyományos 10 CrMo 9°10, X20 CrMoV 12 1 jelű túlhevítő anyagoknál, illetve 18% Cr-tartalmú ausztenites anyagoknál könnyen leváló, epitaktikus rétegképződést tapasztaltak [4.90]. A kiváltó ok: a terhelésváltoztatások, de elsősorban az indítás-leállítás hatására a csőfalban ébredő nyírófeszültség. A folyamat során a nyírófeszültség hatására csak az epitaktikus réteg válik le. A normál üzemállapot visszaállását követően megkezdődik az ismételt rétegképződés mind a topo-, mind az epitaktikus rétegben. Miután az előbbi nem vált le, tovább vastagodik, míg az újonnan képződő epitaktikus réteg vékony marad és gyengébben tapad, mint az eredeti réteg, így a következő mechanikus terhelésnél könnyen leválik. Ezért a szövetszerkezeti vizsgálatok, a 4.49. ábrától eltérően, nem szimmetrikus, közel azonos vastagságú rétegeket, hanem vastag topotaktikus és vékony vagy hiányzó epitaktikus réteget mutatnak. A nagy mennyiségben összegyűlő anyag a csőívekben dugulást, ebből adódóan a csövek gyors meghibásodását okozta. Az utóbbi különösen a nagyobb lineáris hőtágulási együtthatóval jellemezhető ausztenites anyagoknál jelentkezett. A meghibásodások több berendezésnél (de nem kizárólagosan) jellemző módon a víznyomáspróbákat követően jelentkeztek, ugyanis a próbához felhasznált víz leürítésekor az alsó csőívekbe mosta a levált korrózióterméket. Olyan fűtőfelületeknél, ahol a gőzáram magával tudta vinni a levált korrózióterméket, meghibásodás nem következett be. Megelőzésre csak a krómtartalom (20% fölé) növelésével, a belső csőfelület felkeményítésével van mód.
 
Eróziós korrózió: Az eróziós korrózió a magnetit képződést befolyásoló áramlási és vízkémiai folyamatok együttes hatására vezethető vissza. Kényszerátáramlású kazánoknál a nagyobb áramlási sebességek mellett megjelenő, bordázott magnetitréteg a korróziót megelőző fokozatnak tekinthető. Növekvő áramlási sebességgel a képződött Fe(II)-oxidok, illetve magnetitté átalakult szemcsék nem tudnak a képződés helyén kiválni, hanem csak a csőrendszer más helyén, itt azonban a lerakódás már nem lesz egyenletes. A képződött hullámok minimumhelyei kedvező feltételeket kínálnak további lerakódásokra. Növekvő sebességgel a kiválás egyre inkább eltolódik, az epitaktikus és topotaktikus rétegek eredeti, 1:1 aránya megváltozik, a képződés helyén egyre inkább csak a topotaktikus réteg marad vissza. Epitaktikus réteg nem vagy csak alig tud kialakulni. A folyamatos oldódás (Fe(OH)2-képződés) miatt anyagfogyás jelentkezik. A folyamatot az Fe-ionok diffúziója (oldódása), az áramlási sebesség (különösen gőzfejlődésnél, illetve 4 m/s fölött [4.73]), a hőmérséklet (a korróziósebesség maximuma ~150 °C-nál figyelhető meg), a pH-érték (pH < 9,3-nál megnő az anyagfogyás), a víz oxigéntartalma (növekvő oxigénkoncentráció stabilizálja a magnetitréteg képződési helyen történő kialakulását), az anyagösszetétel (Cr, Cu, Mo stabilizáló hatásúak, beágyazódva fékezik a diffúziót, az ausztenites anyagok ellenállónak tekinthetők), a vezetékszakasz kialakítása befolyásolja [4.86], [4.87], [4.88], [4.89]. A sérült felület (topotaktikus réteg) vízáramlásnál fényes fekete. A befolyásoló paraméterek kísérleti vizsgálatára, illetve üzemi tapasztalatok alapján a meghibásodások megelőzésére az anyagfogyást számító eljárásokat is kifejlesztettek [4.89], [4.105]. Gázturbina-hőhasznosító kazánoknál 1–2% Cr-tartalmú acélok alkalmazása, alkalikus kondicionálás és foszfátadagolás a kazándob és az elgőzölögtetők védelmére megállíthatja az eróziós korróziót [4.51].
A hagyományos, vízáramlásnál fényesre koptatással, nedves gőzáramlásnál bordázottsággal jellemezhető megjelenésű eróziós korrózió mellett az úgynevezett kavitációs eróziót és a vízcseppek becsapódásából adódó eróziót is meg kell említeni [4.89]. Előbbinél a gőzbuborékok folyamatos képződése, összeroppanása károsítja a magnetitréteget, akadályozza meg kialakulását. A hibahelyek mélyebb, vonal mentén elhelyezkedő egyedi vagy összefolyó bemélyedések formájában jelennek meg. A vízcseppek – elsősorban csőivekben bekövetkező – becsapódásából adódó eróziónál nagyobb felületre kiterjedő anyagfogyás figyelhető meg. Védekezés a kavitáció lehetőségének megelőzésével, illetve a csőszakaszok kedvező kialakításával lehetséges.
 
Réskorrózió: A nyomástartó rendszernél csövek (csőtartó falba, kamrába, kazándobba történő) behengerlésénél alakulhat ki, mivel a résekből a kazántisztítás során a szennyeződéseket általában nem lehet teljes mértékben eltávolítani, illetve a tisztítást követően oxigén hiányában nem tud védőréteg kialakulni, vagy a megsérült védőréteg nem tud regenerálódni. Az ebből kialakuló redoxpotenciál-különbség elektrokémiai korróziót eredményez. Mind a rés (katód), mind közvetlen környezete (anód) korrodálódhat. A résbe bejutó oldott szennyeződések, szilárd kondicionálószerek a folyamatot gyorsíthatják. A korrózió eredményeként keletkező rozsda a rést tágítja, rossz hővezető képessége következtében a csőfalaknál a falhőmérsékletet növelheti (2.30. ábra, 2.31. ábra). Megoldást a rések elkerülése (hegesztett kötések alkalmazásával), kellő feltágítása (a koncentrációkülönbség megelőzésére), illetve a tiszta szerelés jelenthet.
 
Állásidei konzerválás: Korrózió nemcsak üzem közben, hanem a berendezések leállítása esetén is bekövetkezhet. A leggyakrabban oxigénkorrózió vagy – a kazánvízben visszamaradt vegyi anyagok hatására – általános korrózió következhet be [2]. Induláskor az utóbbi rosszul tapadó korróziótermékei leválhatnak, és a berendezésben dugulást okozhatnak. Ezért a kazánokat az állásidő hosszától, a leállítás céljától függően konzerválni kell. A konzerválás a nedvesség, oxigén, szennyezőanyagok eltávolítását célozza. Rövid (<72 óra) időre történő leállás esetén a vegyi gáztalanításnál használatos oxigénlekötő vegyszer (elsősorban hidrazin) koncentrációját kell megnövelni mintegy 0,05 ppm értékre. Hosszabb időre történő, a kazán lehűlésével járó leállításnál a pH-értéket a megengedett érték felső határára célszerű növelni és a nyomás lecsökkenésekor a hidrazin koncentrációt mintegy 20 ppm értékre megnövelni. Oxigénnel kondicionált kazánoknál hidrazin nem adagolható, ezeknél a leállás előtt az oxigénadagolást meg kell szüntetni, és a levegőbetörés megakadályozására a kazán gőzterét nitrogénnel célszerű feltölteni.
Karbantartásra történő leállításnál célszerű a kazán leállítás során történő kiszárítása, a még meleg kazán leürítése. Ennél fennáll azonban a veszély, hogy a túlhevítők, tápvíz-előmelegítők mélyebben fekvő csöveiben – különösen akkor, ha a füstgázjáratok teljes lezárására nincs mód – víz marad vissza. Mintegy egy hónap időtartamra (az oxigénnel kondicionált berendezéseket kivéve) a kazán ~25 ppm hidrazinnal (vagy más ezzel egyenértékű oxigén lekötő szerrel) és ~10 ppm ammóniával kondicionált, lágyított vízzel való teljes feltöltése biztosíthat megfelelő védelmet. Ezek mellett a nitrogénnel való feltöltés, korróziógátló vegyszerek adagolása, a kazán szárítóberendezéssel történő kiszárítása és ezt követő folyamatos szárítása jöhet szóba. Célszerű a kazán szállítójának előírásai szerint eljárni.
Kazánok

Tartalomjegyzék

Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2020

ISBN: 978 963 454 492 0

Műszaki tudományokBME GPK tankönyvek

Háztartásokban, ipari üzemekben, erőművekben széleskörűen alkalmaznak tüzelőanyag elégetésével vagy más módon bevezetett hőmennyiség hőhordozó közeggel történő hasznosítására szolgáló berendezéseket: kazánokat. A könyv ezek tervezésének, üzemeltetésének, vizsgálatának szerteágazó konstrukciós, hőtechnikai, áramlástani, szilárdságtani, vegyészeti és más ismereteit foglalja össze, az egyetemi oktatásban és a gyakorlati életben is hasznosítható módon. Az elméletet élő gyakorlattal ötvözve elsősorban erőműi, ipari, távhőszolgáltató kazánokkal foglalkozik, de a folyamatokra, szerkezeti kialakításra, gyakorlati viselkedésre vonatkozó utalások kisebb berendezéseknél is alkalmazhatók.

Hivatkozás: https://mersz.hu/gerse-kazanok//

BibTeXEndNoteMendeleyZotero
Kivonat
fullscreenclose
printsave