Газдар мен пайдаланылған газдардағы коррозия – газды ортада металдар мен болаттың коррозиясы

Газ және түтін газдарының коррозиясы технологиялық газдармен, жану өнімдерімен және олардың конденсаттарымен жанасқан кезде пайда болатын металлдың бұзылуы процестерін қамтиды. Бұл орталар қазандықтарда, өнеркәсіптік пештерде, жылу алмастырғыштарда, электр станцияларында, қалдықтарды жағу пештерінде, шығару жүйелерінде, мұржаларда, химиялық және мұнай-химия қондырғыларында, сондай-ақ жылуды қалпына келтіру жүйелерінде және басқаларында болады.
Газдың агрессивтілігі тек оның химиялық құрамына ғана байланысты емес. Температура, су буының мөлшері, қысым, оттегінің, күкірттің және хлор қосылыстарының, шаң мен күлдің болуы және конденсаттың пайда болу мүмкіндігі де маңызды факторлар болып табылады. Сондықтан, егер металл бетінде сұйық конденсат пайда болса, газдар мен пайдаланылған газдардағы коррозия жоғары температуралы және электрохимиялық сипатта болуы мүмкін.

Газдардағы коррозия және жоғары температуралы коррозия

Газдар мен шығатын газдардағы коррозияны тек жоғары температуралы коррозиямен ғана салыстыруға болмайды. Жоғары температурада металдар сұйық электролиттің қатысуынсыз газ тәрізді ортамен тікелей әрекеттесуі мүмкін. Содан кейін тотығу, күкірттену және басқа да химиялық реакциялар жүріп, коррозия өнімінің қабаттарының пайда болуына әкелуі мүмкін.
Дегенмен, температура тиісті шық нүктесінен төмен түскенде, бетінде конденсация пайда болуы мүмкін. Егер түтін газының компоненттері онда ерісе, нәтижесінде пайда болған орта құрғақ газдың өзіне қарағанда айтарлықтай агрессивті болуы мүмкін. Сондықтан, орналасқан жері мен бетінің температурасына байланысты бір қондырғыда әртүрлі коррозия механизмдері пайда болуы мүмкін.

Газдар мен пайдаланылған газдардағы коррозияға әсер ететін ең маңызды факторлар

Шығару жүйесінің коррозиясы

Шығарынды газдар - газдардың, су буының және көбінесе қатты бөлшектердің қоспасы. Олардың құрамы отын түріне, жану процесіне, температураға, ауа көлеміне және қолданылатын шығарынды газды тазарту жүйелеріне байланысты. CO₂, H₂O, O₂ және N₂-дан басқа, олардың құрамында күкірт қосылыстары, азот оксидтері, хлор қосылыстары және отыннан немесе жанып жатқан материалдан алынған басқа компоненттер де болуы мүмкін.
Жоғары температурада газ-металл реакциялары және тұндыру басым болуы мүмкін. Жүйенің суық бөліктерінде конденсация ерекше маңызды бола бастайды. Сондықтан жану камерасында, қыздырғышта, экономайзерде, түтін газы құбырында және мұржада мүлдем басқа жағдайлар орын алуы мүмкін.

Шығарылған газдың шық нүктесі және коррозиясы

Шық нүктесі газ фазасындағы компоненттің қай температурадан төмен конденсациялана бастайтынын анықтайды. Ең қарапайым жағдайда бұл су буына қатысты, бірақ құрамында күкірт қосылыстары бар шығарынды газдарда қышқыл шық нүктесі де ерекше маңызды.
Егер металл бетінің температурасы тиісті компоненттердің конденсация температурасынан төмен түссе, бетінде сұйық қабат пайда болуы мүмкін. Бұл қабатта қышқыл шығарынды компоненттерінің еруі қоршаған ортаның агрессивтілігінің тез артуына әкелуі мүмкін. Осы себепті, газ температурасының өзі әрқашан жеткілікті ақпарат бола бермейді - металл бетінің нақты температурасы да маңызды.

Қышқыл шық нүктесі және төмен температуралық коррозия

Күкірт қосылыстары бар түтін газдарында кейбір SO₂ SO₃-қа дейін тотығуы мүмкін. Су буы болған кезде бұл күкірт қышқылының (H₂SO₄) түзілуіне және оның салқын беттерде конденсациялануына әкелуі мүмкін. Бұл құбылыс қышқыл шық нүктесінің коррозиясының себептерінің бірі болып табылады.
Бұл мәселе қазандықтарда, экономайзерлерде, ауа жылытқыштарда, түтін газы арналарында, мұржаларда және жылуды қалпына келтіру жүйелерінде және басқаларда орын алады. Жергілікті беткі температурасы төмен аймақтар әсіресе қауіп төндіреді.
Барлық түтін газдары үшін бірыңғай, әмбебап қышқыл шық нүктесі жоқ. Ол су буының мөлшері, SO₃, компоненттің парциалды қысымы және технологиялық жағдайлар сияқты факторларға байланысты. Сондықтан, бұл мәнді нақты қондырғы үшін анықтау керек.

Конденсациялық коррозия

Конденсациялық коррозия металл бетінде еріген газ компоненттері бар сұйық конденсат пайда болған кезде пайда болады. Нәтижесінде пайда болған электролит классикалық электрохимиялық процестердің дамуына мүмкіндік береді.
Конденсаттың рН деңгейі төмен болуы және құрамында сульфаттар, хлоридтер және басқа да агрессивті қосылыстар болуы мүмкін. Мұндай жағдайларда жалпы коррозия, шұңқырлар мен саңылаулардың коррозиясы, ал қолайлы жағдайларда жергілікті коррозияның басқа түрлері дамуы мүмкін.
Циклдік ылғалдандыру және кептіру де маңызды. Су буланған кезде тұздар мен басқа қосылыстар бетінде қалады, ал олардың жергілікті концентрациясы бастапқы конденсатқа қарағанда бірнеше есе жоғары болуы мүмкін.

Күкірт қосылыстарының әсері

Күкірт температура мен атмосфералық құрамға байланысты материалдарға әртүрлі әсер етуі мүмкін. Жоғары температурада күкірт қосылыстары бар орталар металдың күкірттенуіне, яғни сульфидтердің түзілуіне әкелуі мүмкін. Сульфид қабаттары көбінесе ыстыққа төзімді болаттарда пайда болатын тұрақты хром оксиді қабаттарына қарағанда айтарлықтай аз қорғаныс береді.
Төмен температурада күкірт қосылыстары қышқыл конденсаттардың түзілуіне қатыса алады. Сондықтан күкірттің болуы жоғары температуралы коррозия үшін де, төмен температуралы конденсациялық коррозия үшін де маңызды болуы мүмкін.

Хлор мен хлоридтердің әсері

Хлор көптеген жану орталарының ерекше қауіпті құрамдас бөлігі болып табылады. Хлор қосылыстары, мысалы, қалдықтарды, биомассаны және құрамында хлор бар отындарды жағу кезінде болуы мүмкін. Жоғары температурада олар қорытпа беттеріндегі қорғаныш қабаттарының тез бұзылуына әкелетін реакцияларға қатыса алады.
Конденсация пайда болғаннан кейін, хлоридтердің болуы тот баспайтын болаттардың жергілікті коррозия қаупін одан әрі арттыруы мүмкін. Сондықтан, ылғалды, хлоридтерді, жоғары температураны және конденсация циклдерін біріктіретін орта бір факторлық талдаудан күтілетіннен әлдеқайда агрессивті болуы мүмкін.

Жоғары температуралы тотығу

Жоғары температурада металдар газ құрамындағы оттегімен тікелей әрекеттесуі мүмкін. Материалдың кедергісі көбінесе түзілетін оксид қабатының түрі мен тұрақтылығына байланысты.
Ыстыққа төзімді болаттарда хром маңызды рөл атқарады, себебі ол хром оксидінің (Cr₂O₃) қорғаныс қабатын түзе алады. Кейбір жоғары температуралы қорытпаларда алюминий де маңызды рөл атқарады, бұл өте тұрақты Al₂O₃ қабатының түзілуіне мүмкіндік береді.
Қорғаныш қабаты тек химиялық тұрақты ғана емес, сонымен қатар негізге жақсы жабысып, температура өзгерген кезде үздіксіздікті сақтауы керек. Циклдік қыздыру және салқындату қақтардың кернеуіне, жарылуына және босаңсуына әкеліп, жаңа металл бетін ашуы мүмкін.

Шөгінділер, күл және шөгінділер астындағы коррозия

Түтін газы жүйелерінде металл беттері көбінесе шаңмен, күйемен, күлмен және өңдеу өнімдерімен жабылған. Шөгінділер тек механикалық мәселе емес. Олар ылғал мен агрессивті қосылыстарды ұстап, масса алмасуын шектеп, негізгі газ ағынынан айтарлықтай ерекшеленетін құрамы бар жергілікті микроорталар жасай алады.
Жоғары температурада кейбір шөгінді компоненттері сұйық фазаларды немесе баяу балқитын тұз қоспаларын түзе алады, бұл материалдың ыдырауын айтарлықтай жеделдетеді. Мұндай құбылыстар әсіресе қазандықтарда, қоқыс жағатын пештерде және күкірт, хлор, натрий, калий және басқа күл компоненттері бар отынмен немесе шикізатпен жұмыс істейтін басқа қондырғыларда маңызды.

Ыстық коррозия

Кейбір жоғары температуралы қондырғыларда балқытылған тұздар металл бетінде пайда болуы немесе шөгуі мүмкін. Олардың болуы ыстық коррозияға әкелуі мүмкін. Балқытылған тұздар қорғаныш оксид қабаттарын бұзып, материалдың өте тез тозуына әкелуі мүмкін.
Бұл құбылыс, әсіресе, газ турбиналарында, қазандықтарда, жану қондырғыларында және басқа да жабдықтарда маңызды, мұнда жоғары температура мен агрессивті тұздары бар шөгінділер бір мезгілде пайда болады. Ыстық коррозияны қарапайым атмосфералық коррозия емес, жоғары температуралық деградацияның ерекше жағдайы деп санау керек.

Шығарылған газ ағынының жылдамдығының әсері

Газдың жоғары жылдамдығы және қатты бөлшектердің болуы коррозия өнімі қабаттарының механикалық түрде жойылуына әкелуі мүмкін. Егер қорғаныш оксиді қабаты үздіксіз тозса, металл беті қайта ашылып, қоршаған ортамен тезірек әрекеттесуі мүмкін.
Мұндай жағдайларда коррозия мен эрозия бір мезгілде әсер етуі мүмкін. Эрозия-коррозия деп аталатын бұл құбылыс екі процестің жеке әрекет етуіне қарағанда материалдың жоғалуына әлдеқайда тез әкелуі мүмкін.

Газдардағы және пайдаланылған газдардағы көміртекті болаттар

Көміртекті болаттар жану жүйелерінде жиі қолданылады, бірақ олардың кедергісі температура мен конденсация әлеуетіне қатты тәуелді. Құрғақ жағдайда және тиісті температура диапазонында олар ұзақ уақыт жұмыс істей алады, бірақ қышқыл конденсатпен жанасу қарқынды коррозияны тудыруы мүмкін.
Жоғары температурада тотығу және қақтың пайда болуы да шектеулерге айналады. Сондықтан температура жоғарылаған сайын легирленген болаттар, ыстыққа төзімді және сырғымаға төзімді болаттар және тиісті никель қорытпалары қолданылады.

Газдардағы және пайдаланылған газдардағы тот баспайтын болаттар

Тот баспайтын болаттар көптеген газ және түтін газ жүйелерінде жоғары кедергіні қамтамасыз ете алады, бірақ оларды таңдауда басым коррозия механизмін ескеру қажет. Хлоридтері бар дымқыл конденсатқа жарамды марка өте жоғары температуралы қызмет көрсету үшін міндетті түрде оңтайлы болмауы мүмкін.
Конденсациялық ортада хром, молибден және никель, сондай-ақ жергілікті коррозияға төзімділік маңызды. Дегенмен, жоғары температурада қорытпаның тұрақты және тығыз қорғаныс қабатын қалыптастыру қабілеті өте маңызды болады.

Ыстыққа төзімді және сыдырылуға төзімді болаттар

Жоғары температурада қызмет көрсету үшін тотығуға төзімділік пен механикалық қасиеттерге арналған болаттар қолданылады. Хромның жоғары мөлшері қорғаныш Cr₂O₃ қабатын қалыптастыру мүмкіндігін арттырады, ал мұқият таңдалған қорытпа құрамы стандартты 304L немесе 316L тот баспайтын болаттардан айтарлықтай жоғары температурада жұмыс істеуге мүмкіндік береді.
Дегенмен, ыстыққа төзімділік пен сырғымаға төзімділікті ажырата білу маңызды. Ыстыққа төзімділік негізінен материалдың жоғары температурадағы газдардың химиялық әсеріне төзімділігін сипаттайды, ал сырғымаға төзімділік жоғары температурада ұзақ уақыт жұмыс істеген кезде қажетті механикалық қасиеттерді сақтау мүмкіндігін білдіреді.

Газ тәрізді ортадағы никель қорытпалары

Никель қорытпалары ерекше талапшыл жоғары температуралы және химиялық қондырғыларда қолданылады. Дұрыс таңдалған Ni-Cr және Ni-Cr-Mo қорытпалары тотығуға төзімділікті әртүрлі агрессивті қоршаған орта компоненттеріне төзімділікпен біріктіре алады.
Дегенмен, барлық шығатын газдарға төзімді бірыңғай, әмбебап никель қорытпасы жоқ. Жоғары тотығу орталарына арналған материал күкірт қосылыстары, хлор қосылыстары немесе балқытылған тұздар бар атмосферада әртүрлі әрекет етуі мүмкін. Сондықтан газ бен шөгінділердің құрамын температура сияқты мұқият талдау қажет.

Газ және шығатын газдар ортасына арналған материалдарды индикативті таңдау

Кесте жалпы сипатта. Материалды таңдау нақты шығатын газ құрамына, металл температурасына, конденсация әлеуетіне, шөгінді түріне және механикалық жағдайларға негізделуі керек.

Қалдықтарды жағу қондырғылары – ерекше агрессивті орта

Қалдықтарды жағу қондырғылары жоғары температуралы коррозия тұрғысынан ең күрделі қолданыстардың бірі болып табылады. Отын құрамы әртүрлі, ал пайдаланылған газдар мен шөгінділерде хлор, күкірт және сілтілік металл қосылыстары болуы мүмкін. Жоғары температураның, шөгінділердің және агрессивті қосылыстардың бірігіп болуы материалдың өте тез бұзылуына әкелуі мүмкін.
Мұндай қондырғыларда материалды таңдау тек газ температурасын ғана емес, сонымен қатар құбыр бетінің температурасын, шөгінділердің құрамын, жергілікті жану жағдайларын және балқытылған тұздың пайда болу мүмкіндігін де ескеруі керек.

Қазандықтар және жылу алмастырғыштар

Қазандықтар мен жылу алмастырғыштарда газ температурасы мен металл температурасы арасындағы айырмашылық ерекше маңызды. Ыстық шығатын газдар қабырғаның екінші жағындағы ортаға байланысты температурасы айтарлықтай төмен беттің айналасында ағып кетуі мүмкін.
Егер беткі температура тиісті шық нүктесінен төмен түссе, конденсация басталуы мүмкін. Керісінше, сол құрылғының ыстық бөліктерінде жоғары температуралы тотығу басым болуы мүмкін. Сондықтан, бір жылу алмастырғыш бір уақытта бірнеше әртүрлі коррозия аймақтарын қамтуы мүмкін.

Мұржалар мен түтін құбырлары

Мұржалар мен түтін құбырлары, әсіресе іске қосу, өшіру және аз жүктемемен жұмыс істеу кезінде конденсация коррозиясына өте сезімтал. Түтін газының температурасының өзгеруі шық нүктесінің асып кетуіне, бетінің мезгіл-мезгіл ылғалдануына әкелуі мүмкін.
Нашар оқшауланған аймақтар, жылу көпірлері және қоршаған ауамен қарқынды салқындатылатын құрылымдардың бөліктері де маңызды. Ондағы жергілікті беткі температура қондырғының қалған бөлігіне қарағанда айтарлықтай төмен болуы мүмкін, бұл конденсация қаупін арттырады.

Газдар мен шығатын газдардағы коррозияны қалай азайтуға болады?

• газ бен пайдаланылған газдардың тек температурасын ғана емес, толық құрамын анықтау,
• металл элементтерінің беткі температурасын бақылау,
• су мен қышқыл шық нүктесін ескеріңіз,
• жергілікті конденсацияны және құрылымдағы суық аймақтардың пайда болуын шектеу,
• күкірттің, хлордың және басқа да агрессивті ингредиенттердің мөлшерін бақылау,
• жылу алмастырғыш беттерге шаңның, күлдің және тұздың түсуін шектеу,
• жоғары температуралы және конденсация аймақтары үшін материалды бөлек таңдаңыз,
• қыздыру және салқындату циклдарын және қақтан арылу мүмкіндігін ескеріңіз,
• ағын жылдамдығын және эрозиялық бөлшектердің болуын талдау,
• іске қосу, тоқтату және жартылай жүктеме жағдайларын ескеріңіз.

Газдар мен шығатын газдарға арналған материалды қалай таңдауға болады?

Бірінші қадам газ құрамын, ең төменгі және ең жоғары температураларды және металл бетінің нақты температурасын анықтау болуы керек. Келесі қадамда су немесе қышқыл конденсациясының ықтималдығын және нәтижесінде пайда болған конденсаттың құрамын анықтаңыз.
Жоғары температуралы қондырғыларда оттегінің, күкірттің, хлордың және су буының мөлшеріне, сондай-ақ күл мен шөгіндінің құрамына қосымша талдау жүргізу қажет. Температураның өзгеруі, механикалық жүктеме және материалдың қажетті сырғымаға төзімділігі де маңызды факторлар болып табылады.
Материалды тек оның максималды жұмыс температурасына негіздеп таңдау дәл болмауы мүмкін. Таза ауада тотығуға төзімді сорт хлор, күкірт немесе агрессивті шөгінділер бар шығарынды газдарда міндетті түрде бірдей беріктік көрсетпеуі мүмкін.

Газдар мен пайдаланылған газдардағы коррозия атмосфера құрамына, температураға және конденсация әлеуетіне тәуелді процестердің кең тобын қамтиды. Жоғары температурада тотығу, күкірттену және басқа да газ тәрізді реакциялар, сондай-ақ шөгінділердің әсері басым болуы мүмкін. Суық аймақтарда қышқыл шық нүктесінің коррозиясын қоса алғанда, конденсация коррозиясы ерекше маңызды болады.
Мұндай ортаны бағалау кезіндегі ең үлкен қателік - тек газ температурасын талдау. Сондай-ақ ескеру маңызды металл бетінің температурасы, шық нүктесі, пайдаланылған газдың құрамы, күкірт пен хлордың мөлшері, шөгінділердің болуы, қондырғының ағыны және жұмыс циклдарыТек бүкіл жүйені талдау ғана жұмыс жағдайларына арналған болат немесе қорытпаны дұрыс таңдауға мүмкіндік береді.

Болат пен металдардың коррозиясының түрлері

Болат пен металдардың біркелкі коррозиясы
Тот баспайтын болаттардың шұңқырлы коррозиясы
Тот баспайтын болаттардың саңылау коррозиясы
Тот баспайтын болаттың аралық түйіршік коррозиясы
Стресстік коррозиялық крекинг SCC
Гальваникалық коррозия
Эрозиялық коррозия
Кавитация коррозиясы
Коррозиядан шаршау
Қабат коррозиясы
Микробиологиялық коррозия MIC
Жоғары температуралы коррозия

Коррозияның қоршаған ортаға байланысты жіктелуі

Теңіз коррозиясы – теңіз суындағы болат пен металдардың коррозиясы
Атмосфералық коррозия
Жердің коррозиясы
Тұщы және өнеркәсіптік судағы коррозия
Хлоридті ортадағы коррозия
Қышқыл ортадағы коррозия
Сілтілі ортадағы коррозия
Газдардағы және пайдаланылған газдардағы коррозия
Ағынды сулар мен кәріз жүйелеріндегі коррозия
Химиялық және мұнай-химиялық ортадағы коррозия

Ұқсас тақырыптар

CPT – тот баспайтын болаттар мен никель қорытпаларының коррозиясының маңызды температурасы
PREN – тот баспайтын болаттың коррозияға төзімділік индексі
CCT – тот баспайтын болаттар мен никель қорытпаларының критикалық саңылау коррозиясының температурасы