Коррозия металла внутренних поверхностей нагрева

Коррозия металла внутренних поверхностей нагрева

При электрохимической коррозии в водной среде одновременно происходят окисление металла с переходом его ионов в раствор и накоплением эквивалентного количества электронов в металле и ассимиляция избыточных электронов частицами, находящимися в растворе электролита. Баланс этих реакций и дает токообразующую реакцию, являющуюся причиной коррозионного процесса, в результате которого может возникать твердая фаза продуктов коррозии. Например:

Молекулы воды в указанных уравнениях опущены. При повышенных температурах металлической стенки определяющее значение имеет химическая коррозия металла внутренних поверхностей нагрева, при которой происходят диффузионные процессы в металлической стенке, в результате чего на ее поверхности образуется защитная пленкой.

Химическая коррозия металла внутренних поверхностей нагрева возникает при взаимодействии с металлом агрессивных газов О₂ и СО₂, а также пара при высоких температурах стенки. Соответственно различают кислородную и пароводяную коррозии.

Реакция окисления металла кислородом протекает по схеме

где т - число взаимодействующих атомов; п - валентность металла; Me - атомы металла.

Состояние равновесия реакции будет иметь место при условии равенства парциального давления кислорода р₀ в газовой фазе и упругости диссоциации оксида р_дМеmО_mn/2. Когда p_o2 >p_дМеm X О_mn/2, реакция будет протекать в сторону образования оксида. При температуре металла например выше 250 °С на его поверхности образуется оксидная пленка в виде плотного слоя, состоящего в основном из Fe₃О₄, препятствующая дальнейшему развитию коррозии. Образованию плотной пленки Fe₃О₄ способствует повышенное значение pH воды. Наличие растворенной в воде СО₂ увеличивает коррозию, поскольку повышается кислотность среды, понижается рН и уменьшается прочность защитной пленки из продуктов коррозии. Для кислородной коррозии характерно появление местных изъязвлений, в том числе в местах соединения отдельных деталей.

Взаимодействие водяного пара с металлом происходит при температурах выше 500 °С путем диффузии. Это взаимодействие является окислительно-восстановительным процессом, при котором происходят следующие реакции:

Образующаяся в результате процесса пароводяной коррозии пленка защитных оксидов при температуре ниже 570 °С преимущественно состоит из Fe₃О₄.

В испарительных поверхностях нагрева в результате взаимодействия металла с едким натрием Na(OH) при высокой его концентрации в воде (более 3 %) возникает щелочная коррозия металла внутренних поверхностей нагрева. Разновидностью щелочной коррозии является межкристаллическая коррозия металла внутренних поверхностей нагрева - каустическая хрупкость металла, которая возникает в вальцовочных соединениях под влиянием высоких механических напряжений при наличии высокой щелочности воды. Предотвращение щелочной коррозии достигается уменьшением агрессивных свойств воды путем поддержания в ней в определенном соотношении концентраций гидратнои щелочи и других ионов.