автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Повышение работоспособности элементов судовых энергетических установок в условиях накипеобразования и коррозии

УДК 621.181:791.052+ 629.12.004 . • На правах рукописи

/ .-'!,■) ( . .---4

Добржанский Виталий Георгиевич

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК В УСЛОВИЯХ НАКИПЕОБРАЗОВАНИЯ И КОРРОЗИИ

05.08.05 - Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

УДК 621.181:791.052+ 629.12.004 На правах рукописи

Добржанский Виталий Георгиевич

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК В УСЛОВИЯХ НАКИПЕОБРАЗОВАНИЯ И КОРРОЗИИ

05.08.05 - Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Работа выполнена в Дальневосточном государственном техническом университете (кафедра Морских технологий и энергетики) и Институте химии ДВО РАН (лаборатория морской коррозии).

Научный консультант Официальные оппоненты

Заслуженный деятель науки РФ доктор технических наук, профессор Ильин А. К.

Заслуженный деятель науки и техники РФ доктор технических наук, профессор Слесаренко В.Н.

Член-корреспондент РАН доктор химических наук, профессор Сергиенко В.И.

Доктор технических наук Матохин Г.В.

Ведущая организация

Хабаровский филиал НПО ЦНИИ Технологии судостроения

Защита состоится " 17 " декабря-1998 г. в 10°°-часов на заседании диссертационного Совета Д064.01.01 по защите диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук при Дальневосточном государственном техническом университете по адресу: 690600, г. Владивосток, ГСП, ул. Пушкинская, д.10, ДВГТУ,.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДВГТУ.

Автореферат разослан "14" ноября 1998 г.

Учёный секретарь диссертационного Совета

кандидат технических наук доцент

Борисов Е.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность.

Морская индустрия как комплексная система мирового хозяйства включает в себя кроме основных производственных и перерабатывающих средств освоения океана также развитую структуру обеспечивающих средств. В состав этих средств входят рыбодобывающие и рыбообрабатывающие суда и транспортный флот, и военно-морские силы страны. Прогресс в развитии этой сферы производства, в том числе в освоении шельфа и охраны суверенитета России, возможен только на базе надежной и производительной морской техники. Функционирование всей этой системы основано на надежном и автономном обеспечении энергией всех видов и пресной ведой, а также на высокоэффективном их получении. Жесткие требования по массогабаритным показателям и надежности, предъявляемые к автономным энергетическим установкам (ЭУ) морской техники, можно обеспечить за счет совершенства конструкции всех элементов. В этих условиях неизмеримо возрастает значение обеспечения работоспособности используемого оборудования и качества производимой ими продукции, то есть надежности системы. В особенности это касается судовых энергетических установок (СЭУ). Наиболее сложные условия эксплуатации у поверхностей нагрева паропроизводящей и теплообменной аппаратуры. Высокие значения динамических нагрузок, как механических, так и тепловых, необходимость осуществления маневренных (переменных) режимов усугубляется невозможностью обеспечить постоянство качества рабочего тела. Серьезную проблему представляет обеспечение главных котлоагрегатов качественной питательной водой, недостаток которой принуждает использовать воды иного назначения, вплоть до забортной. Несоответствие качества воды значительно снижает ресурс котлов и всей установки в целом. Известно, что надежность главной ЭУ обеспечивается работоспособностью опреснительных установок (ОУ) по схеме последовательного соединения.

Дальнейшая интенсификация эксплуатации ЭУ возможна не столько за счет совершенствования рабочего процесса и улучшения теплообмена, сколько за счет сохранения работоспособности аппарата в целом. Существующие судовые ОУ имеют наработку на отказ менее 180 часов, и основной причиной отказов являются коррозионные разрушения элементов и деталей установки, а также накипеобразование на поверхностях нагрева. Считается, что в безнакипном режиме наработка на отказ может возрасти до 300 часов и выше.

Основной причиной возникновения отказов из-за коррозии является коррозия под напряжением (КРН). При статических напряжениях проявляется коррозионное растрескивание (КР), характерное для трубных досок, корпусов теплообменников и других подобных деталей. При циклических - мало... и многоцикловая коррозионная усталость (КУ), характерная для трубопроводов, трубных элементов в местах их крепления в трубных досках и барабанах котлов и в других подобных элементах.

Повышение параметров рабочего процесса и интенсивности теплообмена при одновременном уменьшении габаритов аппаратов пытаются достичь снижением агрессивности рабочей среды или с помощью применения новых коррозионно-стойких материалов. Однако такие решения приводят к снижению надежности установки в целом из-за хрупких разрушений во внешне благоприятных ситуациях Примером может служить растрескивание коррозионно-стойких титановых сплавов в деаэрированном дистилляте или в слабоагрессивных средах.

Работоспособность поверхностей нагрева зависит от многих факторов, часть из которых возможно учесть при проектировании. К этим факторам относятся выбор тепловой схемы, конструктивные решения, учитывающие качества питательной воды (топлива), особенности компоновки оборудования и учет действия инерционных сил (от волнения и др.), отработка

конструкторских решений на технологичность и уровень технологической культуры. Особое значение для обеспечения надежности энергетического оборудования имеет выбор конструкционных материалов и способов их соединения, способных удовлетворять специфическим требованиям к узлам или деталям. То есть, при проектировании кроме теплофизиче-ских характеристик требуется учитывать весь комплекс механических свойств материалов, включая такие как с02, о,, ст.,, 65, а„, и трещиносгойкость - К1С, К^сс, К,,,.. Наиболее сложно сохранить комплекс свойств выбранных материалов в процессе выполнения технологических операций на стадии изготовления, при монтаже и наладке изделия. Особенного внимания требует учет характеристик нагрузки и совместного влияния технологических повреждений и на-кипеобразования как усугубляющего фактора.

Проблема повышения работоспособности элементов и эффективности работы СЭУ, улучшение их массогабаритных характеристик сводится, в конечном счете, к согласованию возможностей выбранных материалов, технологии изготовления и условий работы и к жесткому соблюдению принятых решений.

Поэтому разработка расчетных методов прогнозирования и способов управления наки-пеобразованием и коррозионными процессами для предотвращения ухудшения теплообмена и развития разрушающих коррозионных повреждений в специфических условиях теплообмен-ной аппаратуры весьма актуальна.

Тема диссертации непосредственно связана с программами научных исследований Дальневосточного государственного технического университета и Института химии ДВО РАН. Работа выполнялась в соответствии с научно-техническими программами государственного и регионального значений.

Государственные (союзные) программы - "Мировой океан" (в 1991 -1995гг.), в том числе по проекту "ВЕСТПАК" (разд. 04.01.Н5а и разд. 04.01.Н5б); международный проект "ЮжноКитайское море" (разд. 04. 05. НЗб), в том числе в рамках двустороннего советско-вьетнамского сотрудничества; общегосударственная программа фундаментальных исследований "Проблемы биоповреяодений" на 1992...2000гг. Утверждена Отделением общей биологии РАН 4.11.88г. п.5.1.3. (разделы 5.1.3., 5.1.4., 5.2.2., 5.З.1.); "Единый план работ МНТК" Антикор" ГКНТ СССР и АН СССР" (задание 15.01.Н) 1996...98г. "Сводный план научно-исследовательских, проектно-конструкторских и технологических работ по сварочной науке и технике" (ИЭС им. Е.О. Патона) ГКНТ СССР тема 0.72.01.02.13. раздел 2 1982 ...1986г.г. Государственные программы по военно-промышленному комплексу - 2 программы.

Республиканские программы - Минвуза РСФСР "Исследование и освоение Мирового Океана" (1976-1980 г.г.), направление "Разработка методов и средств по определению, очисже и энерготехнологическому использованию вод Мирового Океана". Р.073.11. "Защита металлов от коррозии" (1992-1995гг.). - "Задания программ фундаментальных исследований РАН и ее отделений" 2.17 (2.17.1.1, 2.17.1.3, 2.17.6, 2.17.7.4) тема "Синтез и исследование строения веществ и материалов с заданными функциональными свойствами, в том числе перспективных для морских технологий и техники" N8 гос. регистрации 01960010350.

Планами отраслевой научно-исследовательской лаборатории "Энергсгтехнологическое использование морских, сточных и нефтесодержащих вод на рыбопромысловых судах и плавбазах" (ЭТИМСВ) Минрыбхоза СССР при ДВПИ (согласование Минвуза СССР N8 93-01-03/1213 от 0.01.81 и приказов Минвуза РСФСР и Минрыбхоза СССР № 385/500 от 1.09.81.

Целью работы является повышение работоспособности элементов СЭУ путем прогнозирования и управления процессами, происходящими в аппаратах (элементах) пароэнергетаческих установок при использовании морской воды и ее рассолов и конденсатов.

Разработка комплексной модели, основанной на исследованиях теплофизических и физи космических процессов, протекающих в рабочем пространстве аппаратов СЭУ, описывающей процессы накипеобразования и развития коррозионных повреждений при различных режимах работы теплообменных аппаратов (испарители, теплообменники) и повышение эффективности работы этих элементов.

Для решения поставленной цели выполнены: анализ процесса термического распада карбонатной системы и выпадения накипеобразователей; исследованы процессы накипеобразования при нагреве и испарении морской воды; исследованы особенности процессов теплообмена и сдвига химических равновесий при нагреве и кипении растворов в большом объеме, включая кипение на горизонтальных трубах; разработаны методики расчета химических равновесий в растворах и у поверхности металла с учетом закономерностей теплообмена и коррозии; определено влияние технологического воздействия, параметров рабочих процессов и действующих напряжений на электрохимические характеристики металлов и их сварных соединений и на скорость коррозии.

Научная новизна. Решается комплексная система взаимовлияния тепловых, физико-химических и механохимических процессов, позволяющая прогнозировать работоспособность элементов СЭУ (испарители, теплообменники) и повысить эффективность работы этих элементов. Система учитывает закономерности и взаимное влияние теплообмена, накипеоб-разования и развития коррозионных повреждений, а также воздействие режима работы.

• Для повышения качества прогнозирования накипеобразования впервые разработана методика расчета выпадения солей, учитывающая режимные параметры теплообмена, а также испарение микрослоя под паровым пузырем при кипении растворов. Для определения основных исходных зависимостей проведены исследования теплообмена при кипении морской воды при различных тепловых потоках и давлениях насыщения.

• Установлено, что при кипении растворов на горизонтальных поверхностях нагрева образование накипи начинается с нижней образующей нагревателя. Впервые объяснено развитие первичных накипных отложений зарождением и развитием паровых пузырей в этих местах и испарением микроспоя под пузырем.

« Уточнено влияние давления насыщения, теплового потока и диаметра нагревателя на теплоотдачу при кипении на горизонтальных трубах закономерности в качестве составной части модели накипеобразования. Систематизированы закономерное™ теплообмена для различных способов нагрева и испарения воды.

• На основе положений теории гидратации в растворах электролитов О. Я. Самойлова и подходов, развитых A.C. Соловкиным, впервые разработана методика расчета индивидуальных коэффициентов активности ионов многокомпонентных растворах типа морской воды, необходимая для расчетов ионных равновесий в растворах и их изменения при коррозии и накипеобразовании. Предложен инженерный вариант расчетных формул для океанической воды.

• Систематизированы многочисленные разрозненные сведения по константам равновесия компонентов карбонатной системы и на основании термодинамического анализа полученных данных определены значения ДНреакц и ДЭреащ. для возможности расчета значений этих констант при различных температурах.

• Получено теоретическое решение нелинейной задачи распределения коррозионных токов в многоэлектродных системах и на основе этого впервые подтверждено взаимное влияние теплообмена, коррозии и накипеобразования. Разработанная методика расчета позволяет произвести расчетную оценку коррозионной стойкости сварных соединений в конструкциях и деталях установок и прогнозировать возможность возникновения отказов. Определено влияние режимов сварки и сопутствующей технологической обработки на электрохимический потенциал зон сварного соединения для основных конструкционных материалов.

• На основе проведенных исследований с использованием положений теории коррозии и подходов механохимии и линейной механики разрушения разработан вариант расчета изменения электрохимического потенциала локальных зон поверхности металла под воздействием механических напряжений, технологических воздействий и химической обстановки в приэлектродной области.

• Предложены, разработаны и апробированы: метод ускоренных коррозионных испытаний при движении жидкости; раннего дистанционного определения при натурных испытаниях момента и места возникновения коррозионной трещины в сварных моделях большого размера; подход к определению в полевых условиях значений трещиностойкосги по размерам остановившейся трещины; методика определения методом магнитной анизотропии напряженного состояния и разделения напряжений в габаритных сложных конструкциях, позволяющий выявлять неразрушающим методом места возможных отказов.

Практическая ценность работы

состоит в новых инженерных методах моделирования процессов накипеобразования и коррозии, обеспечивающих эффективное решение широкого круга задач, возникающих при комплексном решении проблемы повышения работоспособности элементов СЭУ. Результаты работы имеют широкую область применения в судостроении, машиностроении, пищевой промышленности и других сферах производства, для которых характерно использование процессов и аппаратов, работающих в коррозионно-акгивных и на-кипеобразующих средах.

Разработаны решения для повышения работоспособности и эффективности использования судовых опреснительных установок. Результаты исследований использованы ЦНИИ судового машиностроения (ЦНИИ «Компас») в качестве рекомендаций при проектировании судовых ОУ. Впервые успешно применен метод магнитной обработки морской воды совместно с установкой реактора - декарбонизатора, позволившие увеличить в два раза наработку между чистками от накипи для ОУ ппавзаводов проекта 393 (Дальморепродукт) и кораблей ВМФ (Техническое управление КГОФ). Полученные в исследованиях решения позволили: усовершенствовать процесс испытаний материалов на коррозионную стойкость; оптимизировать выбор технологии сварки конструкций, работающих в агрессивной среде (в том числе концентратах морской воды), и конструкций из высокомодульных сплавов; усовершенствовать контроль действующих напряжений в конструкциях элементов СЭУ и на этой базе повысить качество производства крупногабаритных сварных конструкций (ДВЗ «Звезда», «Дальзавод» и ВРПО «Приморремрыбфлот»), Внедрение результатов исследований в учебный процесс способствует повышению качества подготовки инженеров специальностей 1402 и 1405 в ДВГТУ и других вузах. Экономический эффект от внедрения результатов исследований составил более 600 тыс. рублей (в ценах 1985 г.). Материалы исследований отмечены премиями и дипломами Прим. отд. НТО им. акад. А.Н. Крылова.

В диссертации решена проблема повышения работоспособности теплообменных аппаратов и эффективное™ работы судовых ЭУ, имеющая значительную практическую ценность для развития ресурсосберегающих и природоохранных технологий, а также средств освоения Океана. Решение проблемы выполнено на основе развиваемого автором научного направления «Комплексное моделирование процессов накипеобразования и коррозии в теплообменном оборудовании».

Материалы исследований вошли разделами в 3 учебные дисциплины; 2 учебных пособия (1-е грифом Министерства общего и профессионального образования), в курсовое и дипломное проектирование специальности 05.08.05.

Автор защищает:

Совокупность решений по повышению работоспособности элементов СЭУ, основанной на исследовании теплофизических и физико-химических процессов, происходящих в аппаратах (элементах) пароэнергетаческих установок при использовании морской водь!, ее рассолов и конденсатов.

1. Комплексную модель накипеобразования и коррозии в теплообменных элементах СЭУ и подходы к управлению этими процессами.

2. Методику расчета ионных равновесий в многокомпонентных растворах, расчета индивидуальных коэффициентов активности ионов на основе термодинамически обоснованных величин в широком диапазоне изменений концентраций и химического состава и температуры раствора.

3. Совокупность новых результатов экспериментальных исследований процессов, протекающих при кипении морской воды в теплообменных аппаратах СЭУ и уточненных зависимостей влияния конструктивных параметров на теплообмен.

4. Теоретическое решение задачи по определению скорости развития коррозионных повреждений при одновременном действии теплообмена, накипеобразования и напряженного состояния.

5. Результаты исследований влияния технологического воздействия при изготовлении конструкции и внешних условий на электрохимические характеристики материалов и их сварных соединений.

6. Комплекс методик для проведения коррозионно-механических исследований в реальных эксплуатационных условиях

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались на Всесоюзных конференциях и научных семинарах в ведущих организациях страны, а также на международных конференциях:

II Всесоюзный семинар "Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем. Москва, 1969.1-ое и 2-ое Всесоюзные научно-технические совещания по теплообмену и теплофизическим свойствам морских и солоноватых вод при их использовании в парогенераторах и опреснителях - Баку, 1973,1976.

Научно- технические семинары Института Теплофизики СО АН СССР: "Нелинейные волновые процессы в двухфазных средах". 1977г. и 'Теплообмен и гидрогазодинамика при кипении и конденсации" Новосибирск, 1979г.; кафедры общей теплотехники ЛТИХП им. М.В. Ломоносова, 1981 г., кафедры "Сварочного производства" МВТУ им. Н.Э. Баумана (1984) и МИНХ и ГП им. Губкина (1985г), "Сварочного производства" КПИ, Киев, 1988 г.

Всесоюзные научно-технические конференции:

ВСНТК, посвященная 50-летию подготовки инженеров-сварщиков, Владивосток, 1980.

"Повышение надежности и долговечности деталей машин, механизмов и сварных конструкций". Могилев, 1982. IV ВСНТК "Мировой Океан". Владивосток, 1983. "Сварка в судостроении и судоремонте". Владивосток, 1983. "Использование морских, сточных и нефтесодержащих вод на судах и береговых предприятиях"- Владивосток, 1984. "Использование современных физических методов в неразрушающих исследованиях и контроле "Дальстандарт". Хабаровск, 1984 и 1987 г. "Повреждения и эксплуатационная надежность судовых конструкций Владивосток, 1987. "Пути ускорения научно-технического прогресса в сварочном производстве". Владивосток, 1987. "Теория и практика электрохимических процессов и экономические аспекты их использования". Барнаул, 1990. "Проблемы коррозии и защиты сплавов металлов и конструкций в морской воде". ДВО РАН 1991.

Международные конференции:

34 Internationales Wissenschaftliches Colloquium. Ilmenau, 1989. "Экология и безопасность жизнедеятельности", Владивосток, 1994. "Международные решения проблем экологии прибрежных районов" Владивосток, 1995. "Проблемы прочности и эксплуатационной надежности судов". Владивосток 1996. XVIII International Symposium on ship power plants. Gdynia, 1996. The eleventh Asian tedinical exchange and advisory meeting on marine structures. TEAM'97 Singapore, 1997. "Кораблестроение и океанотехника. Проблемы и перспективы" и "Вологдинские чтения", Владивосток 1998г.

Публикации

Список публикаций по материалам диссертации включает 98 работ, в том числе 2 учебных пособия, 7 авторских свидетельств, раздел в монографии Л.Н. Сень, Ю.В. Якубовский "Парогенераторные установки на морской воде" Л. -1979. С. 132...171.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов и заключения, содержащих 327 стр. машинописного текста, 59 рисунков и 37 таблиц. Список использованных источников содержит 401 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение посвящено характеристике и анализу состояния исследуемой проблемы обоснованию актуальности работы и формулировке ее цели.

Глава 1 «Проблемы повышения работоспособности элементов СЭУ» В главе проведен анализ проблемы повышения работоспособности теплообменной аппаратуры, в основном, на примере судовой опреснительной установки как элемента СЭУ, наиболее полно отражающий весь комплекс факторов и процессов, влияющих на работоспособность аппаратов и связанных с условиями работы поверхностей нагрева и агрессивностью рабочего тела.

Современная океаническая индустрия использует широкий спектр судов и кораблей различного назначения (промыслового, транспортного и военного). Все суда испытывают недостаток пресной воды пресной водой, величина которого зависит от назначения и типа судна. Наиболее остро проблемы с водообеспечением характерно для рыбообрабатывающих судов и кораблей ВМФ.

Обеспечение жизнедеятельности экипажа и нужд технологического производства пресной водой в основном производится путем термической дистилляции морской воды в опреснительных установках (OY) непосредственно на борту судна. Выполненные Ю.В. Якубовским исследования по водообеспечению различных типов судов показали, что наиболее остро вопрос с водой обстоит на рыбообрабатывающих судах, на которых имеется постоянный

дефицит пресной воды и происходит он из-за снижения производительности ОУ. Производство пресной воды по Минрыбхозу в целом достигало до перестройки 25-Ю6 тонн в год, при этом на получение пресной воды с помощью термической дистилляции на рыбообрабатывающих забирается от 10 до 30% всего энергопотребления судна. В утилизационных опреснительных установках производится менее 7% общего производства воды. Причиной снижения производительности ОУ являются следующие факторы: накипеобразование на греющих поверхностях и затраты времени на проведение кислотных чисток от накипи; аварийные остановки ОУ из-за собственных отказов (насосы, клапаны) и внешних (котлы и их системы), вызванных прежде всего коррозионными разрушениями. Возникающий из-за снижения производительности дефицит воды приходилось восполнять подвозом ее в районы промысла, при этом ежегодно стоимость подвоза составляет около 5 млн. руб. (в ценах 1935 г.).

Годовая загрузка ОУ равномерна и составляет 5900...6200 часов. При этом опреснительные установки находятся в эксплуатации около 70% времени. Средняя наработка на отказ составляет 170...175 часов; математическое ожидание параметра потока отказов составляет (о*=(5,71...5,88)-10"3 час'1. Практическая потребность в проведении кислотной чистки ОУ от накипи возникает при падении производительности ОУ на 20%. и возрастании удельных затрат пара до 128%. этот период составляет около 1200 (средне статистическое значение 1191). В тоже время нормативные документы устанавливают этот срок 2000...2500 часов. В среднем цикл остановок для чистки происходит через шесть подциклов - остановок на внутренний отказ. Коррозионные повреждения наружной поверхности трубок охладителей эжекторов (со стороны парогазовой смеси) вызываются углекислотой коррозией. Скорость разрушений такова, что через 1,5... 2 года приходится заменять поверхности нагрева полностью.

Хотя потери от отказов котлов менее значительные и не так часты, однако они также имеют место. Эти отказы вызываются теми же причинами: коррозионным растрескиванием и накипеобразованием. По данным А.Г. Масютина из-за снижения водообеспечения кораблей ВМФ наработка трубной системы уменьшилась с 14169 до 10216 часов. Локализация коррозионных разрушений - трубные доски и листы соединения труб и трубных досок. Эти потери также вызываются снижением работоспособности корабельных ОУ.

Убытки, возникающие от совместного действия коррозии и накипеобразования, повышения площади теплопередающих поверхностей и снижения теплонапряжэнности теплообменников, ведут к увеличению массогабаритных характеристик не только элемента СЭУ, но и всего корабля в целом при условии жестких требований к объекту (например, военная и специальная техника, транспортные суда).

Таким образом, коррозионные разрушения деталей насосов и поверхностей нагрева в котлах, а также зарастание поверхностей нагрева элементов ОУ накипью является основными причинами отказов. Поскольку эти процессы являются взаимосвязанными, то требуется комплексный подход к решению проблемы совместного управления упомянутыми процессами.

Поверхность нагрева постоянно находится под действием двух взаимосвязанных и взаимосогласованных процессов, определяемых рабочими условиями: отложение накипи и продуктов коррозии, и, кроме того, биоотложений и их уносом (смыванием) с поверхностей нагрева за счет движения рабочей среды. Обобщающая схема взаимодействия металла поверхности нагрева и рабочей среды (раствора) приведена на вкладке. Считается, что темпы поверхностной коррозии и коррозионных отложений очень велики по сравнению с кислородной диффузионной поляризацией; кроме того, существенный рост на теплопередающих поверхностях биоорганизмов для определенных интервалов температур может быть решающим. Биоотложения могут служить адсорбционной пленкой, повышающей скорость выпадения кристаллов или способствовать образованию шлама в объеме испарителя и затем его прикипания.

Тепловые и химические процессы в системе поверхность металла - жидкость

Класс материала Марка сплава

Предыстория

материала

Е технологического воздействия

Состояние поверхности: спец. покрытия, адсорбционные и до. слои

Рабочие напряжения особенности нагружения: статика, циклика

К

/

Неравномерность распределения:

Покрытий и отложений

Химического состава става

Структуры: ЗТВ, наклеп... ,

характеристик: анода 8а, аа,

катода вк, ак -^

напряжений С = фг/г) и цикличн. их действия

Коррозионная усталость (КУ)

' Коррозионное растрескивание ОСРЮ

Продувка

вынос солей и шлама

Исследование влияние карбонатно-кальциевого равновесия (А.Н. Маркин) показало, что наиболее существенный вклад в углекислотную коррозию стали вносят ионы Сз2* при ис-чезающе малом влиянии СГ. Для этих условий скорость равномерной коррозии К, г/(м2-ч) в диапазоне концентраций [Са24] и [СГ] 0,05...30 г/л и Рссо = 101 кПа аппроксимируется зависимостью:

К=1,119+0,214([Са2Ч-1,025)+0,0026([СГ]-20).

При кислородной деполяризации в природной воде обычно образуется катодный осадок из СаСОз, "барьерные" свойства которого уменьшают скорость коррозии. В условиях деаэрированной воды углекислотная коррозия стали стимулируется совместным осаждением накипных отложений, катодного осадка СаСОз и продуктов коррозии, состоящих из сидерита, цементита, матрицы и фазы, изоморфной сидериту.

Немалую роль в развитии коррозионных повреждений теппообменных аппаратов играют термогальванические эффекты, вызываемые градиентом температуры. По данным С.А. Калужиной, на стали Ст. 3 в диапазоне температур 293 - 323 К (25 - 50°С)' градиент температур, равный с!Т/с1/ = 3,84 К/см, вызывает перепад электрохимического потенциала Дф = 3,5 мВ (в растворе 0,5М №С1) и 50 мВ (водопроводная вода). Это явление осложняется возникновением переполюсовки с катода на анод в диапазоне температур вблизи Т = 307 К (34°С) и возвратом потенциалов при Т«321 К (48°С). Локальные потери от коррозии в результате термогальванического эффекта возрастают в 1,6... 1,7 раза.

Задачи исследования.

Проведенный анализ позволил выявить следующие задачи исследования.

На исследовании исследований теплофизических и физико-химических процессов, происходящих в аппаратах (элементах) СЭУ, предложить комплексный подход к решению задачи повышения работоспособности элементов пароэнергетических установок при использовании морской воды, ее рассолов и конденсатов.

Рассмотреть совокупность явлений взаимодействия поверхности нагрева в теппообменных элементах СЭУ с рабочим раствором и комплексную систему моделирования процесса теплообмена с учетом накипеобразования и коррозии

Развить методику расчета ионных равновесий в многокомпонентных растворах, разработать программу расчета индивидуальных коэффициентов активности ионов в широком диапазоне изменений концентраций и химического состава и температуры раствора.

Провести экспериментальные исследования кипения морской воды в теппообменных аппаратах СЭУ с точки зрения взаимосвязи накипеобразования, тепловых и физико-химических процессов и выявить закономерности влияния конструктивных параметров на теплообмен.

Разработать методику расчета скорости накипеобразования, учитывающую условия теплообмена и концентрирования раствора. Для этого собрать исчерпывающие данные по термодинамическим характеристикам накипеобразующей системы, прежде всего карбонатной, и разработать методику расчета химических равновесий в многокомпонентных растворах, включая расчет коэффициентов активности ионов.

Получить теоретическое решение задачи определения коррозионных токов в многоэлектродной системе и на ее базе скорости развития коррозионных повреждений при одновременном действии теплообмена, накипеобразования и напряженного состояния и методику расчета механохимического эффекта на поверхности металла и химической обстановки у коррозионного электрода.

Исследовать влияние технологического воздействия и внешних условий на электрохимические характеристики основных конструкционных материалов и их сварных соединений.

Проработать комплекс методов и оборудования для проведения коррозионно-механических исследований в реальных эксплуатационных условиях.

Глава 2 «Накипеобразование при нагреве и кипении растворов»

Рассмотрены основные закономерности и механизм накипеобразования в разнообразных условиях, в том числе кипения жидкости на поверхности нагрева и протекания коррозионных процессов.

Кристаллизация солей - накипеобразователей в теплопреобразующих элементах судовых энергетических установках определяется условиями теплообмена у поверхности обмена, нагрева объема жидкости и концентрирования в различных областях аппарата. В существующих моделях накипеобразования учет теплообмена производится только в части повышения температуры стенки нагревателя и стационарной концентрации раствора. Процесс концентрирования описывается схемами реактора идеального вытеснения (РИВ), идеального смешивания (РИС) или их сочетанием. Нагрев жидкости также сводится к основным процессам: нагреву без кипения внутри труб (РИВ) или в большем объеме (РИС), а также нагреву с кипением на поверхности нагрева или при мгновенном вскипании. Наибольшую сложность для моделирования представляет накипеобразование при наличии фазового перехода жидкости, при котором в различных зонах реализуются разные схемы концентрирования: для объема жидкости - РИВ, для микрослоя под пузырем -РИС.

Адекватное моделирование процесса кристаллизации накипеобразователей возможно только при установленных закономерностях протекающих процессов. К ним относятся: гидродинамика обтекания поверхности нагрева; концентрирование раствора в тепловом пограничном слое, под пузырем и в объеме жидкости; теплообмен и испарение при сбросе пара из микрослоя под паровым пузырем непосредственно в пузырь и через зеркало испарения; сдвиг химических равновесий в растворе, массоперенос и кинетика кристаллизации.

В зависимости от режима обтекания греющих поверхностей и гидродинамических условий в объеме парогенератора возможна реализация процессов, характерных для реакторов идеального смещения (РИС) или идеального вытеснения (РИВ). Для основных накипеобразователей (Мд(ОН)г, СаСОз и СавО^) характерной является кинетика, соответствующая реакции первой или нулевой степени. Для расчета схемных приближений РИВ и РИС использованы известные зависимости

С|ст =(С1вх-0 вхА/апп + к-С: раан)/(0 вхА/апп + к) = (С1«/Т проц + к-С|равн)/{(1/т уапп)+к} и Т проц. = \/апп I О вх = (С|вх —/т)/к (С1ст3ад- Сиравн)

Основная проблема при моделировании процесса кристаллизации накипеобразо-ватепей из растворов карбонатного типа состоит в определении доли распавшихся би-карбонатных ионов и кинетики распада карбонатной системы.

Пересыщение по накипеобразователям у поверхности нагрева для условий пузырькового кипения и чисто конвективного теплообмена происходит разными путями. При кипении на поверхности нагрева оно зависит от условий образования перегретого пограничного слоя а = => Д1 = я/а; б = ^N11) => ^(Че, Рг, Ла...) и возникает вблизи границы фазового перехода (возникновение парового пузыря). В случае конвективного теплообмена за счет массопереноса з объёма жидкости.

Поверхность вносит в процесс испарения жидкости существенные особенности изменяя градиент температур в пристенном тепловом пограничном слое у поверхности нагрева, в котором возникает и растет пузырь. При числе ^<1 (высокие давления) пузырьки сферические и малоподвижные из-за малой скорости роста. При низких давлениях ^»1 форма пузырьков близка к полусферической, под пузырьком существует тонкий микрослой с практически неподвижной жидкостью. Это положение о неподвижности жидкости в микрослое весьма важно для моделирования процесса накипеобразования. Изменение концентрации в микрослое под пузырем в период его роста с учетом выпадения солей описывается соотношениями (РИВ)

Смс рост — Смс — (Смс — Сравн.) ©хр (- К*Троста) И Смс ~ Сст( 1 + \/Гуз / \/Мс)! в период отсутствия пузыря определяется условием диффузии солей из объема

Смс ОЖ = Смс рост — О'Ат (Смс рост - Сет) / 5диф. здесь \/пуэ, \/мс - объем пузыря и микрослоя соответственно, Сравн. - равновесная концентрация, К - константа кристаллизации, Троста - время роста пузыря, О - коэффициент диффузии; Дт - время отсутствия пузырей, бдиф - толщина диффузионного пограничного слоя.

Начальная толщина микрослоя (без учета испарения) определяется соотношением Купера: 60 = С5*(у'л),/2; С'8 = С5 .я5/2/( 2тс2+П), п

здесь «П» - показатель степени в законе роста пузыря Я = А«Т . Совместное решение зависимостей роста микрослоя и скорости роста пузыря позволяет рассчитать степень концентрирования раствора. Это значение превышает 12-ти кратное. При моделировании процесса нами учтено чередование стадий процесса мас-сообмена, определяемых условиями теплообмена и кипения раствора: 1. кбнцентрирова-ние солей в микрослое и их частичное выпадение в течение времени роста пузыря; 2. последующее за отрывом пузыря размывание этих отложений. Зависимость длительности "ожидания" образования следующего пузыря от условий теплообмена исследовалась экспериментально, и в расчетной модели усреднялось.

Кристаллизация накипеобразователей происходит по диффузионно-кинетическому механизму и представляет гетерогенную двух стадийную реакцию. Процесс кристаллизации солей удовлетворительно описывается уравнением массообмена

4 = Рг (С; -Сравн.О = & * ДС|, здесь ^ - удельный поток кристаллизирующегося вещества, - общий коэффициент массопе-реноса \ - того вещества, определяемый соотношением = 1/рад+ 1/рг- Для случая теплообмена при вынужденном движении рд может быть найден из соотношения Мио=01023Рео'875Рго0'25 ; коэффициент рк должен быть определен из экспериментальных данных или оценен по зависимости Я.И. Френкеля рк = (ЯТ/2лМ)"2 ехр{-Еа/ЯТ}.

Большую сложность при моделировании процессов накипеобразования представляет определение доли распавшихся бикарбонатных ионов в зависимости от скорости нагрева жидкости, температуры, выхода С02 и испарения воды. Попытки найти кинетические закономерности распада карбонатной системы для растворов Мд(НС03)г или Са(НС03)2 делались неоднократно. Однако при этом измерялась скорость общего процесса распада и кристаллизации. Решения состояния карбонатной системы исходят из положения, что при выходе С02 равновесие меяеду С032', С02, НС03" и ОН" устанавливается практически мгновенно. Нашими исследованиями показано, что этот процесс проходит с малой скоростью.

Глава 3 «Установки и исследование процессов накипеобразования» посвящена результатам исследования процессов накипеобразования при кипении морской воды и растворов в диапазоне давлений от 8 до 16 кПа. Исследование кинетики накипеобразования на поверхности нагрева проводилось на специально созданной экспериментальной установке (см. рис. 1). Рабочий участок состоит из стеклянной трубы размерами 6000x57x3 мм, внутри которой размещен плоский медный нагреватель такой же длины с электрическим нагревом от расположенной внутри спирали ли паровым нагревом от электрокотла. Установка может быть наклонена на угол до ±10° относительно горизонтали, что позволяет моделировать накипеобразование при большом объеме и в стекающей пленке.

Разряжение в установке создается вакуумным насосом до 10 кПа и регулируется контактным мановакуумметром. Распределение температур вдоль поверхности нагрева

определяется при помощи 12 ХА термопар, позволяющих их перемещать перпендикулярно к поверхности нагрева для жидкости. Морская вода подается через электронагреватель на вход в рабочий участок. Скорость движения жидкости вдоль поверхности нагрева поддерживается около 0,6 мм/с. В процессе эксперимента рассол, получаемый после частичного

выпаривания морской воды, проходит через шламоотделитель и собирается в сливную емкость. Пар сепарируется, конденсируется и также сливается. Уровень воды регулируется переливом. По результатам химического, термографического и петрографического анализов и распределению накипных отложений вдоль участка выявляются кинетические особенности процесса кристаллизации накипи.

Проведенные эксперименты при Р8=100кПа и Я=20 кВт/м2 показали, что основное

количество накипи выпадает через 1,3 часа после входа воды на рабочий участок. В начале рабочего участка на длине 0,4 м накипь практически отсутствует; в конце участка, после 3,5 м длины, накипи также нет, за исключением небольших отложений шлама.

Схема экспериментальной установки для исследования процессов накипеобразо-вания, шламообразования и пенообразова-ния при кипении морской воды в большом объеме приведена на рис. 2. Рабочим участком установки является цилиндрический корпус 5 диаметром 220 мм и длиной 2 м, выполненный из сплава МНЖ-5-1. В нижней части корпуса установлены 5 медных трубчатых поверхностей нагрева с электроподогревом от силитовых стержней, питаемых регулируемым тиристорным выпрямителем оригинальной конструкции. Снаружи корпуса установлен охранный нагреватель. Питание рабочего участка раствором (морской водой) производится плунжерным насосом через регулируемый подогреватель; расход воды контролируется ротаметром, уровень - по водомерному стеклу.

Паропроизводительность определяется по ротаметру, установленному для замера конденсата. Давление в рабочем участке создается или вакуумным насосом или дроссельным клапаном. Измерение температуры наружной стенки нагревателей и температуры кипения рассола осуществляется ХА - термопарами, а высоты подъема пены при кипении морской воды - специальным датчиком оригинальной конструкции.

Процесс парообразования при кипении в морской воде и дистилляте исследовался на установке (см. рис. 3) - модели кипящего выпарного аппарата с горизонтальными

Рис. 1 Установка для исследования кинетики накипеобразования

ния накипеобразования и пенообразова-ния при кипении морской воды в большом объеме.

цилиндрическими греющими элементами. Установка позволяет изменять давление, тепловой поток концентрации рассола в широком диапазоне. Регистрация процесса парообразования производилась киносъемкой одновременно двух проекций парового пузыря в фас и профиль и с частотами кадров ^48... 1500 с"1. Горизонтальные греющие элементы выполнены из медных труб диаметрами 10...70мм. Спай термопары заглублен на 0,05 ...0,07 мм от наружной поверхности. На этой установке, в соответствии с поставленными задачами, разработана методика комплексного исследования процесса кипения на горизонтальных трубах (применительно к судовым испарителям), позволяющая достаточно детально исследовать механизм процесса кипения и получить необходимые для моделирования накипеобразующих процессов характеристики.

В результате исследований теплообмена и кипения на поверхности нагрева определены основные закономерности образования паровой фазы: отрывного диаметра парового пузыря, частоты их генерации, распределение центров кипения и т.д.

При пониженных давлениях фиксированные центры парообразования возникают только в районе нижней и верхней образующих поверхности нагрева. Появление устойчивых центров парообразования в районе верхней образующей (при кипении дистиллята они полностью отсутствовали) объясняется выпадением кристаллов накипи, которые стали центрами кипения. В остальном влияние накипи на процесс теплообмена в указанном диапазоне давлений замечено не было. При Р5 = 8... 13 кПа, я = 80*10 Вт/м2 в течение более 150 часов работы установки заметного появления накипи не было. При Рэ = 20 кПа, q = 8*104 Вт/и2 температурный напор через 100 часов работа увеличился в^го на 1,5...2 °С и в течение 50 часов оставался постоянным. При Р5 = 50 кПа и ц=80>10 Вт/м2 температурный напор возрастал в течение 2 часов, после чего в течение 8 часов оставался неизменным. Затем в последующие 10 часов он достиг Д1 = 4°С и до 130 часов вновь не изменялся. При Рз = 100 кПа и д=80'103 Вт/м^ Д{ст_ж несколько уменьшался в течение первых двух часов, после чего равномерно возрастал в течение 140 часов, т.е. накипеобразова-ние по периметру греющей поверхности не прекращалось. Через 10 часов после начала кипения отмечено помутнение воды из-за образования в ней шлама и появление тонкой

Рис 3. Установка для исследования процессов кипения и накипе-образования

полоски накипи вдоль верхней образующей нагревателя. В режиме развитого кипения примерно через сутки на верхней образующей рабочего участка появляются новые центры парообразования. При нарастании накипи на верхней части нагревателя толщины создаются более благоприятные условия для образования отложений на его нижней части. Начальный рост накипи вдоль верхней образующей объясняется появлением зоны встречного потока жидкости со шламовыми частицами, вызванного отрывом и всплытием парового пузыря. За 100 ч работы коэффициент теплопередачи уменьшился от 6,6 до 4,2 кВт/(м3 К). Изучение накипи под микроскопом показало, что шероховатость ее поверхности и размер кристаллов зависят от температуры и времени пребывания воды в испарителе. Изменение структуры накипи объясняется тем, что при достижении слоем накипи определенной толщины (0,1-0,2 мм) происходит не только концентрация солей жесткости под пузырьком пара, но и прикипание шлама, обезвоживания нижних слоев накипи и, как следствие, ее уплотнение. С этого момента начинается не-офаниченный рост накипи. Таким образом, особенностью накипеобраэования на цилиндрических теплопередающих поверхностях при больших давлениях и тепловых потоках является то, что в начальный период работы рост накипи происходит на верхней и нижней образующих. Распределение толщины накипи по периметру трубы диаметром 34 мм при Рэ = 100 кПа и q = 80-103 Вт/м^ и т = 60 часов указывает, что самое интенсивное отложение накипи происходит в районе нижней образующей поверхности нагрева. В дальнейшем выпадение накипи распространяется на всю поверхность.

Глава 4. "Исследование закономерностей теплообмена" посвящена определению влияния режима работы и диаметра нагревателя на теплообмен. Приведены результаты экспериментальных исследований парообразования и теплообмена при кипении дистиллята и морской воды на горизонтальных нагревателях (диаметры 10...70 мм). Как отмечено выше в условиях естественной конвекции зарождение паровых пузырей начинается на нижней (лобовой относительно набегающего потока) части с последующим их развитием при обтекании боковых образующих и отрывом в кормовой области. Диаметр трубы является основным фактором, определяющим динамику движения и роста паровых пузырей. За счет продолжительного временного интервала нахождения паровых пузырей у криволинейной поверхности нагрева их отрывные диаметры по много раз превосходят таковые при кипении на горизонтальных плоских поверхностях и тонких проволоках С увеличением диаметра трубы возрастают отрывной диаметр и путь скольжения (обтекания) парового пузыря по поверхности нагрева.

Найдено, что скорость роста паровых пузырей пропорциональна Т .значение п(т) зависит от диаметра поверхности нагрева (см. рис. 5. и табл. 1). В диапазоне диаметров от 10 до 32мм П(т) = 0,1007 -Он ' (достоверность = 0,97); для Он = 70мм значение П (т) = 1,4825, что выпадает из обобщающей зависимости. Усреднению изменение П(т) в диапазоне Он = 10...70мм описывается зависимостью П(г) = 0,0697*0н°'6982 (достоверность 0,994). В теоретических моделях значение п(т) = 0,5 и постоянно во всем диапазоне диаметров. Увеличение теплового потока практически не влияет на отрывной диаметр паровых пузырей; перенос теплоты возрастает за счет увеличения частоты их образования.

-180 -во 20 120

Утоп <р, град

Рис. 4. Распределение накипи на поверхности нагрева в начальный (48 часов) период работы модели ОУ

100 1000 Время х, мс

Рис. 5. Кинетика роста паровых пузырей (обратный отсчет времени)

Чем больше диаметр трубы, тем выше относительная скорость парообразования. Зависимость коэффициента теплоотдачи от теплового потока приведена на рис. 6. Частота генерации паровых пузырей описывается зависимостью: = А[(Ои) * С|1'4, с'1; значения А^он) зависят от диаметра нагревателя как

А^Цн) = 0,248 - 0,83*0н (м) и изменяются от АрН) = 0,24 для Он = 10мм до А(он) = 0,19 для Он = 70мм.

Средний температурный напор начала пузырькового парообразования в лобовой часто трубы уменьшается с увеличением ее диаметра. Снижение давления от атмосферного в зону глубокого вакуума вызывает увеличение температурного напора, температурных пульсаций и значительный рост паровых пузырей. Ухудшение тепло-

Р0 33 л Определена область перехода режима парообразования (Р8 < 30 кПа), при котором процесс кипения сходен с кипением металлов^ а влияние давления мало (а~Рн 'Ч

Смена механизма парообразования у труб с большим диаметром возникает при более высоких давлениях Это явление может быть использовано, как для интенсификации теплообмена в 1,5 ...2 раза, так и для управления накипеобра-зованием в глубоковакуумных утилизационных кипящих испарителях с помощью установки в нижней части ряда горизонтальных греющих нафевэтелей больших диаметров (32...50) мм в качестве генераторов пузырей. Основные характеристики процесса теплообмена приведены на рис. 7.

Соленость раствора влияет на теплоотдачу достаточно сложно и зависит от давления насыщения. При атмосферном давлении при изменении концентрации (по №С1)

1 Ю

Тепловой поток С|, кВт/м2

Рис. 6. Влияние теплового потока на коэффициент теплоотдачи

Таблица. 1.

Диаметр DH, ММ Зависимость R„w =ф(т),мм Достоверность, R2 Периоды роста

Начальный (тм < Хпер) заключительный

70 32 24 16 10 0,332-т0'728; 0,3692-х0,8417; 0,4878-х0'5357; 0,6129-х0,4453; 0,6055-х0,40СЗ; 0,9811 0,972 0,9692 0,9969 0,9944 б-Ю7-!^^' 8,4 •Т-0'1232 5,875-Х-0,1528 4,1778.-е-0'1105 3,2773*Х~°'1586 12,67.T"U'U67 3.105.Х"2'7907 1763,6*Х~17235 2455,1»Х 1,9323 71,234.x"1'1443

1000 п

от Ci = 5% до предела растворимости коэффициент теплоотдачи имеет минимум при концентрации С, = 15%, (<X2i = 0,734X2,0; foi =0,8 fa); при дальнейшем увеличении концентрации теплоотдача улучшается за счет повышение частоты парообразования (Q = 25% - f, =1,4 foi). Для очень низких давлений влияние солености раствора и концентратов морской воды на теплоотдачу незначительно; (Xj ~ const Тем не менее, процесс парообразования заметно изменяется: диаметры паровых пузырей уменьшаются на 20%, в то же время частота их образования возрастает в 1,4 раза. Все эти явления оказывают существенное влияние на накипеобра-зование за счет влияния гидродинамической обстановки у поверхности нагрева.

При отсутствии накипеобразо-вания теплообмен при кипении морской воды нормальной концентрации (Crrr 35 %о, глубокий вакуум Ps < 20 кПа) практически не отличается от такового для чистой воды. Поэтому коэффициенты теплоотдачи для инженерных тепловых расчетов могут быть получены на основе данных для дистиллята.

Изменение поперечного размера пузырей от положения на поверхности нагрева (угла) описывается выражением вида 8(ф) = Аф(Он) в № , в котором

ар (он) = -0,0016*dh2 + 0,2084-Dh - 0,5832 П(ф)=0,0268-0н"0,3557. Влияние давления насыщения на средний темперагу^ый напор начала кипения описывается зависимостью вида: AT(ps, Dh) = АдТ(РЭ, DH)*Ps (Ps>- Значения коэффициентов AAT(Ps, Dh) И ri(Ps) зависят от диаметра нагревателя и диапазона Ps. Эти зависимости сведены в табл. 2.

Таблица 2

Диматр нагревателя Он,

Рис. 7. Характеристики процесса парообразования (Ps = 100 кПа, q = 80*103 вт/м2)

диапазон давлений AatîPs. Dh) H(Ps)

Ps =8...14кПа Ps =14 ...100 кПа 27,966 - 0,6858-DH si.gss^'0476^ 0,3299 + 0,0074-Dh - 0,5466 + 0,0153- DH - 0,0003-Dh

Обработка полученных опытных данных по частоте генерации паровых пузырей зависимости от теплового потока и диаметра нагревателя показала следующее. Уточненные значения коэффициента он) = 0,5741, а также Пфн) = -0,3015 и rif(q) = 1,41 в

зависимости f(q Dh) = Afrq Dh'i'^k"'10"' С[Пад, что хорошо согласуются с опубликован-

33 0 25

ными данными других исследователей по формуле fo = 0,12-q ' -DH ' . Влияние диа-

* п

метра на коэффициент теплоотдачи в общепринятой формуле ссг = Аэ q учтено через изменение Аэ = 1,5352 D^'25 (Ps = 100 кПа).

Глава 5 "Химические равновесия и термодинамические характеристики" посвящена рассмотрению химических равновесий в растворах типа морской воды и анализу опубликованных данных о термодинамических характеристиках растворов до высоких значений солености, необходимых для моделирования процессов.

Значения термодинамических характеристик для многокомпонентных растворов не только представлены в виде экспериментальных частных значений, в форме различного вида уравнений и т.д., но и зачастую имеют значительный разброс или рассогласование зависимостей. С целью приведения всех найденных данных к единому виду и исключения явных промахов в них, опубликованные и найденные значения были усреднены статистическими методами и приведены к зависимостям вида К = exp{AH/RT- AS/R}. Обработка производилась из допущений, что в небольшом интервале температур ЛН°Т = ЛН°2де (ДСр=0) и применимо уравнение: ln Кртг/ Kpn = (AH°29s/R)/(1/T, - 1/Т2) и Кртг= 1п Крив + AH0298/(R-298) - AH°29e/(R-T2), в которых Круг и Крт1 - константы равновесия при температурах Т, и, Т2 соответственно.

Сведений по ДН°2де и AG°2se дпя интересующих нас ионов и реакций явно не достаточно. Поэтому эти значения в первом приближении были найдены по разрозненным сведениям о Кдиос, Креакц и другим характеристикам, приняв, что АН = const, так как разброс значений Кдисс значительно превышает ошибку от принятого допущения. Используя выражение AG0 = ДН° - TAS, получаем: TAS = AH°2se - AG°2se. При наличии значений Кр хотя бы двух температур можно рассчитать AH°2se и AS°2se: Исходя из выражения константы равновесия аппроксимирующая зависимость ln Кр(т) имеет вид, ln Кр(т) = А + В/Т, в которой А = AS°z3e/R; В = - AH°2ge ÍR

Определение энергии активации реакции и зависимости константы скорости реакции от температуры производилось по известному выражению скорости реакции К = Ko-expfE,/ RT} =

(К'о-Т°,5)-ехр{- Еа/ RT}- Обычно влияние температуры на Ко значительно меньше влияния

экспоненты на К; поэтому принято считать Ko=const. Изменение константы скорости реакции

от температуры выразить в виде К = Ko-expfE,/ RT} = ехр{-Еа/ RT + InKo} = ехр{АЯ + В}. Как известно, константа равновесия реакции определяется соотношением скоростей реакции в прямом и обратном направлениях; при изобарно-изотермических условий протекания энергия

активации имеет также структуру AG: Еакт = = ДН°акт (ДЦ) - Т-ДЭакт. Таким образом, задача о влиянии температуры на скорость реакции сводится к предыдущей.

В работе приведены удобные для расчетов формулы, полученные в результате его обработки данных о коэффициентах диффузии для ионов и соединений, кинетических характеристикам процесса распада карбонатной системы и кристаллизации накипеобразова-телей, а также константы равновесия элементов накипеобразующей системы по уравнению вида Y =А.е . Пример такой обработки приведен в табл. 3.

Таблица 3

Соединение В А

или ион

СаСОзобщ -2004,1 770,69-10"9 947,12И О"9

СаСОзип -2087,3

СаСОз -1836,2 370,0 -10"9

К+ -951,87 349,2 -Ю-9

Na+ -1088,2 400,0 -10"9

Са2+ -855,41 108,27-10"9

С02 -1792,2 775,8-10"9

о2 -2342,6 5772,5-10"9

CI -1014,4 440,99-10"9

S042* -1106,6* 309,84-10"9

Теплофизические характеристики дистиллята

Комплекс в А

Рг1 1724,7 0,0168

РГ -169,03 1,5553

г, кДж/кг 134,82 1572,8

ц' н-с/м2 1603,8 0,3835*10"5

а',вт/м-с К -134,19 0,977

ter*. =

-А[

В работе рассмотрены методы расчетного определения выпадения накипных отложений и скорости контактной коррозии. Эти процессы локализуются часто в одних и тех же местах рабочего пространства аппарата и зависят от условий теплообмена и поведения лабильной системы на-кипеобразователей. На распределение и перераспределение электрохимического потенциала под действием эксплуатационных факторов также основное влияние оказывают химические равновесия у поверхности металла. Влияние химического состава электролита определяется не столько общей концентрацией солей, сколько активностью ионов (активной концентрации) и их свойствами. На-хоздение активностей ионов металлов в растворах электролитов, особенно таких сложных, как морская вода, затруднено.

Расчеты значений у+, у~ в концентратах морской воды представляют интерес для прогнозирования процессов коррозии, а также на-кипеобразования, в испарительных и парогене-рирующих аппаратах, работающих на морской воде. Для растворов высоких концентраций (высоких значений ионной силы) наиболее известным является уравнение Робинсона и Стокса:

содержащее, кроме предельного закона Дебая-Гюккеля, эмпирические коэффициенты А и В (зависящие от температуры) и гидратное число h, определяемое путем подбора. На основании подходов О.Я. Самойлова и A.C. Соловкина и в результате проведенных расчетов получено упрощенное уравнение:

lgy.= +fdQ,K+hiKp.

' 1 + b;d,Qi а/К 1 1

в котором а,, bi, di, fj, hj, Qi, p - расчетные коэффициенты для i - го иона раствора, К -степень концентрирования (коэффициент упаривания). Значения расчетных коэффициентов для ряда главных ионов в морской воде приведены в табл. 6. Для морской воды значения «р» = 0,899. Рассчитанные по этой формуле значения коэффициентов активности ряда главных ионов морской воды и ее концентратов при различных значениях ионной силы приведены в табл. 6. и рис. 8. Анализ полученных значений коэффициентов активностей у+, у., и опубликованных данных (Робинсон и Стоке, Соловкин, Garrels, Pytkowicz ,Хорн)

показывает их хорошее согласование между собой. Значения у+ ионов К+, Н+, Na+, Ca2* хорошо совпадают с экспериментальными данными для морской воды. Значительные отклонения для некоторых ионов могут быть объяснены особенностями применяемого «среднесолевого»

метода. Вычисленные значения у Mg2+ = 0,374 хорошо согласуются со значением У м 2+ = 0,36 по

работам Garrels R.M., Pytkowicz R.M. По иону Мд2+ разброс справочных данных достигает 600%. Эти данные получены более 25 лет назад и, очевидно, несогласованными методиками, поскольку разные авторы дают значительно отличающиеся результаты.

Таблица 4 Кинетические характеристики распада карбонатной системы и кристаллиза-

Константа скорости К =А-ев"1/т В А

Красп СаНСОз Т» 60...98°С Красп СаНСОз Т= 6О...8О0С Красп СаНСОз Т= 80..Э8°С Ккрист СаСОз Ккрист СаСОЗ: Кд' (см4/ммоль-с) Кд -3819,9 -682,41 -7715,7 -4175,2 -4124,9 -4462,5 1714-Ю' 0,1712-Ю7 8-Ю7 1,52-Ю5 2-107 1-107

Изменение [МО] = [ [Мд] (по°с) [Мд] (1зо °С) [Мд] (150°с) «жцентрац Мд]о-ев'т •0,0844 -0,1423 -0,1992 4И [Мд]0

Изменение активности Эса~ Эо* е-

аСз(93°С) -0,0727

аСа(эо°с) -0,0443

Зса (80 °С) -0,025 ао

аса (70 °с) -0,0223

Эса (60 °С) -0,023

Скорость кристаллизации СаСОз СкрСаСОз= 1,5151* [ДС]2 (90 °С) С крСаСОз = 1,1697* [ДС]2 (80 °С) С крСаСОЗ = 0,7626* [ДС] 2 (70 °С)

Таблица 5

Константы равновесия элементов накипеоб-разующей системы К = А-ев

IMÍT

Константа _ в А

Комплексы

Кд MgS04° Кд NaC03- 1451,7 1253,9 2,578-10'5 1,708-Ю""3

КдыаНСОЗ0 168,64 1,014 7 Ю-11

КДСаОН* (усредн) 5397,3

КдсаОН 5431,4 7-10-7

КдсаНСОЗ 3822,5 3-10 7

Кдсансоз (дряеточ.) 1874,9 60,8-10 3

Кд CaS04° 2069,9 6,1-10"6

KflNaS04 1652,5 1-10 3

КДМдНСОЗ КДМдОН KflNaOH0 4168 1158,5 483,6 6-Ю"8 1,283-Ю"4 0,9849

Соединения

Кг 1751,7 Э-Ю""'

Кжгсоз 116,35 3,122-10'7

(5 ...110°С)

KtH2CO3(5...60°C) -441,68 18,89-Ю'7

К, Н2С03 = 783,84 0,478-10'7

(60...110°С) 63,4*10-11

Кг нгсоз -750,56

Kw -6547,7 1*10"5

Произведения растворимости

ПРмд(ОН)2 КДМд(ОН)2 La СаСОз 3265,4* 1215,4 3237,6 4-Ю"16 1,033-10"4 8-Ю"14

Laca(OH)2 LacaS04 La Мд(ОН)2 КмдСОз 3674.6 3584,5 774,41 3902.7 3-Ю"11 2-Ю"10 5,4 9-10"13 1*10"9

Параметры для расчета коэффициентов активности ионов в морской воде_Таблица 6

Ион a¡ ь, di í h¡ Q¡

Na+ Мд2+ Са2+ К+ Н+ СГ S042" нсоз" ОН" 0,434 1,298 1,298 0,375 0,560 0,540 0,540 0,540 0,540 0,561 0,513 0,580 0,644 0,546 0,857 0,989 0,992 0,747 1,205 1,477 1,227 0,977 1,364 0,726 0,0334 0,00255 9,0810"® 0,0479 0,0523 0,0467 0,0411 0,0559 0,0482 0,0482 0,0482 0,0482 0,00494 0,0115 0,00548 -5,48-10"4 0,00878 -0,00548 -0,00932 -0,0104 -0,00539 1,903-0,0492K 2317-0,0244K 2,102-0,0340K 1,378-0,0474K+0,00792K0,5 2,003-0,0481К 1,90-0,0673 К0,5 1,90-0,0673 К0'5 1,90-0,0673 К?'5 1,90-0,0673 К0'5

Коэффициенты активности ионов морской воды

Таблица 7

Ион Ионная сила I

0,7 1,4 2,1 2,8 3,5 4,2 4,9 5,6 6,3

Кратность упаривания К

1 2 3 4 5 6 7 8 9

0,677 0,712 0,781 0,869 0,975 1,097 1,236 1,393 1,570

Мд2* 0,374 0,432 0,549 0,728 0,990 1,370 1,922 2,729 3,915

Са2+ 0,244 0,215 0,214 0,223 0,239 0,259 0,283 0,312 0,345

К* 0,643 0,626 0,638 0,664 0,699 0,740 0,789 0,843 0,904

Н+ 0,690 0,817 1,021 1,313 1,720 2,286 3,077 4,189 5,767

СГ 0,446 0,376 0,343 0,324 0,313 0,307 0,304 0,302 0,303

эо/- 0,283 0,166 0,110 0,078 0,057 0,43 0,033 0,026 0,021

НСОз" 0,281 0,165 0,109 0,076 0,056 0,042 0,032 0,025 0,020

ОН" 0,285 0,168 0,112 0,080 0,059 0,045 0,035 0,027 0,022

По приближенной формуле Дэвиса г? 1 +1,571

для всех двухзарядных ионов при I = 0,7 коэффициент активности равен 0,63, а для однозарядных - 0,89, т.е. разброс рекомендованных значений еще больше. Поэтому возможность получения обоснованных значений снимает вероятность спекулятивного использования значений умд

На рис. 8 приведено влияние ионной силы раствора, а на рис. 9. - температуры (при ионной силе I = 0,7) на коэффициенты активности катионов и анионов для раствора типа морской

воды. Аппроксимирующая

зависимость уг = а + Ь-Т +

с-Т2 показывает, что влияние температуры практически одинаково для всех ионов, поскольку в расчетах учитывалось только изменение диэлектрической постоянной воды б, и не учитывалось изменение степени гидратации р.

Значения а для ионов Ма* = 0,4487; Мд2+= 0,1419; Са2+,8г2+ = 0,0904; Н+= 0,3376;

К =0,4198 С1 =0,2219 ЭоД Вг", ОН", НС03" СОз2" = 0,0828. Значения Ь для СГ = 0,0018; для Мд2* = 0,0019, для Саг+ и Бг2* = 0,0013; Н* = 0,0022; К* =0,0017; 80/-, ВГ, ОН", НСОЗ , СОз2 " = 0,0016; значения С для ионов №+, К+, Са2+, Бг2+ ,СГ, 3042", Вт"-, ОН", НСОз", СОз =-3-10 ;дляМд2+иН =-4-10"^;.

В предложенной зависимости в явном воде не учитывается выпадение солей при концентрировании морской воды. Хотя общее содержание выпавших накипеобразукхшх солей незначительно, влияние их на у может быть заметным, так как ионы Мд +, Са Б04 " оказывают существенное влияние на гидратацию других ионов. Учет выпадающих

\ /

Мд \ V

к ! /

с в * г

' 11 ' 4- —

4 в

Иянмога I

Рис 8. Изменение у от ионной силы раствора.

соединений должен производиться в процессе модельных расчетов введением новых значений концентраций в кахадом диапазоне упаривания.

Глаза 6 "Совместное воздействие накилеобразо-вания и коррозии"

направлена на выявление основных закономерностей и взаимосвязи процессов накипеобразования и коррозии в элементах СЭУ.

С улучшением качества питательной воды, (практически отсутствие кислорода и солей) изменяется и характер разрушений: вместо пластичных постепенных разрушений стали проявляться внезапные хрупкие разрушения (коррозионное растрескивание под напряжением, КРН). Важную роль в КРН играет селективное растворение электрохимически активных компонентов, водородное охрупчиваниа и нарушение пассивного поверхностного слоя. Даже при низких значениях <т за счет микротрещин и нарушения этого слоя должна возрастать скорость растворения. Например, на медных сплавах пассивный слой СигО успевает сформироваться при малых скоростях развития трещины; при больших - не успевает (область Екор.= 0.2 ... 0.23 В). Основная деполяризующая реакция - восстановление ионов Си2\ ¡дИф. пред. > ¡диф. пред. Для опреснительных установок на теплопередающих поверхностях и теплообмен-ных аппаратов в определенных интервалах температур возможен значительные биоотложения и этот фактор может быть решающим.

Присутствие в воде накипеобразователей (Са + НСОз" и Мд +) привносит значительный ингибирующий эффект. Это связанно с дополнительным отложением СаСОз за счет распада карбонатной системы при катодном разряде кислорода. Наиболее сильно коррозионные процессы проявляются в сварных соединениях конструкций, эксплуатирующихся в тяжелых условиях. Например, на сварных соединениях стали 09Г2 в морской воде развивались коррозионные "подрезы" в виде узких канавок глубиной до 3 мм и шириной 2...3 мм вдоль всего шва. Причиной этих разрушений является значительная разность электрохимических потенциалов, определяемая технологией сварки и действующими напряжениями. Напряжения локализуют развитие коррозии в вершине концентратора, как на малом аноде с низким значением поляризуемости при большом катоде. Локальное растворение вершины трещины приводит к росту концентратора и в конечном результате к выходу конструкции из строя (отказу или разрушению). Таким образом, решение этих задач требует знаний о влиянии как внешних, так и внутренних факторов коррозии на разрушение материала. Наряду с общей коррозией, необходимо рассматривать ее локальные виды, вызывающие дополнительные концентраторы напряжений в конструкции и снижающие "живое" сечение элементов.

Кинетика электродных реакций зависит от скачка потенциала Дф на границе металл-электролит, определяемого величиной изменения изобарного потенциала АС прц переходе металла из твердого состояния в ^юнизированное, то есть Мв1 о Меч (для анода) или восстановления Мен Меи или другого деполяризатора (для катода).

< 0,6

% 0,7 х

■ 0,6

6 0,5 «»

г о."

I о,

I 0.2

г 0,1

н

а

Шт1

—1—Ь"- — Са, Эг 1 1

320 370 420 Тсмпернура Т, К

" 1 .а

$0«, Вг, _НСОз, 0 СОз -1-1- "в

320 370 420

Температура К

Рис. 9. Изменение у от температуры

Для анодного процесса величина дв реакции перехода Мв1 Ме1 определяется разностью потенциалов твердого состояния металла и ионного, и в общем случае для любых электродных реакций окончательно имеем выражение для определения значений потенциала

Дф =ЛС/гр«Р и

АС = 2 У(Цр + ИТ Ш П (ар )= Лбреакц + КТ 1п П (рГ )+ КТ Ш П ),

¡=1

¡-1

¡=1

где ц. = ц? + КТ1па. = ц? + ЯТ1п[С; ]+ КТ1пу,.

Суммарный процесс возможен при наличии не менее чем двух сопряженных электродных реакций: анодной и катодной, ток в которых определяется зависимостью вида: /аа(к)тРАфк'4

'а(к) -Ка(к) 'аме",+ ехР

ЯТ

где Ка и Кк - константы для анода и ка-

Д«р,мВ

Электролит

тода; а., п+ . Э.. т+ - активности ионов металла анода и катода (или деполяризато-ме | мец

ра); <Ха(к) - числа переноса металла и деполяризатора; т - число электронов, валентность в реакции.

В конечном счете, проблема сводится к определению значений равновесного состояния между металлом (Ме) анода и катода, активностей ионов растворенного металла в различных зонах электролита (у анода и катода) и активности металла в ненапряженном и напряженном состояниях. Для сплавов это положение касается каиедого из компонентов сплава.

Определение коэффициентов активности рассмотрено ранее в главе 5. Способы и методики определения значений Аср = ДО/г-Б для готовых изделий, так и расчета влияния технологических приемов приведены ниже.

Сварное соединение в первом приближении можно представить не менее чем тремя электродами (металл шва, ЗТВ и основной металл). Даже в этом случае вследствие неравномерного распределения тока. Применение метода коррозионных диаграмм далеко не всегда возможно, тем более для многоэлектродных систем. В настоящее время при оценке работоспособности конструкций с позиций линейной механики разрушения влияние коррозии на рост трещины учитывается по экспериментальным данным, не выделяя при этом из общего процесса коррозионной составляющей и влияния механохимического эффекта.

Для возможности аналитического подхода к определению скорости растворения вершины трещины была разработана методика расчета коррозионных токов для систем с произвольным числом электродов, распространение которой на случай произвольного числа электродов позволяет практически решать любые задачи и свести к нулю погрешность метода.

Приняв многоэлектродную систему протяженных вдоль оси Т полосовых электродов симметричной относительно плоскости 47., распределение потенциала и плотность тока в каждом из электродов постоянным вдоль оси X, Ы-ый электрод бесконечной шири-

Рис. 10. Расчетная схема многоэлектродной системы (сваоное соединение')

ны, и стационарный потенциал основного металла равным нулю была решена с помощью метода "выравнивания поляризуемостей" нелинейная краевая задача по определению потенциала. Решением этого дифференциального уравнения с учетом граничных условий является функция, описывающая суперпозицию полей потенциала N - I двухэлек-тродных систем.

Ф = - Х1(Фп° - ф°+1)|^ РХп)соз( рх)е_рУф я пи о 0 + кмр)р

Для многоэлектродной системы с постоянной удельной поляризуемостью вместо ф п используются значения стационарных бестоковых потенциалов фп.

Окончательно формула для расчета плотности коррозионного тока поперёк системы электродов, например, сварного стыкового соединения, имеет вид:

J(X) =

1

N"1 О Z (Фп

kccn п=о

Рп+1

)f(x,xn); f(x,xn) = ci

кы

Б1П

X„ -X

<sign

Xr

kN

соэ

Xn -x kN

+ CI

+ X

Xn+X

кы

-s

kN

Ч + Х

kN

-SI1

СО!

км

Xn+X"j

kN J

X

k

N

здесь С1® - интегральный косинус; Э!(2) - интефапьный синус; 5)дп(2) - функция знака.

Адекватность разработанной методики проверялась на реальных двухэлекгродных моделях - сварных стыковых соединениях: первый металл шва (МШ) - основной металл (ОМ). Исходные данные и результаты расчетов приведены в таблице 8. Полученные результаты находятся в хорошем соответствии с известными данными и подтверждаются по критерию неравномерности тока я; при 5 распределение тока по электроду равномерное.

Распределение бестокового потенциала определяется относительно хлор-серебряного электрода по методике Б. Б. Чернова при помощи перемещающегося капилляра Луггина в элек-

Результаты модельного расчета

Таблица. 8.

Величины

Шов (1)

Основной металл (2)

10ХСНД (q = 6)

го -0,410 -0,385

GCj,OM-M2 0,02 0,10

X, м 0 -0,01 +0,01 0,05 0,1 0,3

j, A/M2 -0,191 -0,194 1,4-10"2 0,6-10"2 0,4-Ю"2 I 0,4-Ю"2

12Х1810Т (q=11)

тролите - дистиллят (999 об. ч.) + натуральная морская вода (1 об. ч.). Такой раствор обеспечивает специфическую адсорбцию ионов на поверхности испытуемого образца при низкой электропроводности.

Измерения проводились на специально изготовленной установке из оргстекла (см. рис. 11), в

нижней части которой укреплялся образец; капилляр с диаметром внутреннего отверстия 0,1 мм передвигался с помощью механического привода с регулируемой скоростью, зазор между капилляром и образцом - не более 0,2 мм. Скорость протяжки капилляра принята 0,67 мм/с, толщина слоя электролита -1 см.

«р., В +0,1088 +0,1378

ai, Ом-м2 0,4 2

х(М) 0 -0,01 +0,01 0,1 0,2 1

j, А/м2 -3-10"2 -3-10"2 5-10"4 2,4-Ю"4 1,8-10"4 0,5-Ю"4

Рис. 11. Установка для измерения бестокового потенциала

Образцы для проведения измерений вырезались из сварных соединений в поперечном к шву направлении. Определение поляризационных характеристик производилось в соответствии с принятой методикой. Измерения обычно проводились для металла шва (МШ), линий сплавления (ЛС), зоны термического влияния (ЗТВ) и основного металл (ОМ).

Результаты измерений и расчета

для одного из образцов приведены на рис. 12. Видно, что значения бестокового потенциала МШ и ЗТВ являются анодными относительно потециалов ЛС и ОМ. В низкотемпературной части ЗТВ имеется зона с катодным потенциалом и, соответственно, высокие

плотности тока коррозии на анодных участках, достигающие: для шва - 0,25. А/м2 (скорость коррозии шва, соответственно, равна 0,25 мм/год) и в ЗТВ - 0,15 А/м2 (0,15 мм/год). Результаты расчетов подтверждают, что программа дает правильные по физической сути результаты, количественная адекватность которых таким образом зависит только от правильно подготовленных исходных данных: распределения бестокового потенциала, правильного определения его величины, размеров уча-

-<у|6

м

а -«л

.-Чад

Г

П"

мьм1 ток

кат« Д.ЦР

X

ЖЖ -40 До 6о то *о юо

р*еатсмчии«, мм

Линия замера ЭХП

Рис. 12. Пример распределения ЭХП в сварном соединении и расчетное распределение токов коррозии

стков и числа точек для расчета и значении удельной поляризуемости.

Глава 7 "Влияние технологии на коррозионное поведение материалов" В этой главе приведены результаты исследования влияния технологических факторов на коррозионное поведение материалов в рабочей среде. Возможность катодной защиты щелеподобных дефектов, как технологического, так и коррозионного происхождения, исследовалась с применением предложенной методики расчета коррозионных токов. Исследовалась связь выходного параметра с пятью входными параметрами: Дфшв. Афзтв, Дфдн, В - разность потенциалов МШ - ОМ, МШ - ЗТВ и дном дефекта и ЗТВ соответственно; /деф, /деф - пр., М - глубина дефекта и расстояние между протектором и дефектом. Принято, что если металл не напряжен Дфдн = 0, металл напряжен Дфдн = -0,1 В.

Исследования проводились планированием по четверть-факторной реплике от полнофакторного эксперимента. Учитывалось, что дефект защищен от дальнейшей коррозии в случае, если в дне дефекта 0,1 < ]защ- < 0,4.

Результаты регрессионного анализа описываются с точностью ±7% зависимостью: j = 0,45 + 0,47 (Дфшв.) + 0,003 (Дфэтв) + 1,07 (Дфдн.) - 42,65(/деф.) - 28(^еф. Пр.) и показывают, что коррозионный шов, не имеющий даже неглубокие подрезы, защитить невозможно.

Для некоторых элементов установок, где концентрация кислорода достаточно высока, используют в том или ином виде катодную защиту. Основная сложность при этом заключается в точном поддержании плотности и равномерности распределения защитного тока по поверхности металла. В развитие метода была получена зависимость распределения тока ¡2(х) = А2/Э2 ехр{Рг1/2-х} + В2М2 ехр{- Рг1/2-х} в трех электродной системе (см. рис.13.), позволяющей определить значения аг. «1 материала и управлять катодной защитой деталей и поверхностей нагрева в теплопередающих и ларопроиз'водящих элементах СЭУ. Погрешность методики определения значений а.2 и си не более 30%, что для электрохимических измерений в таких сложных системах, как парогенераторы, вполне допустимо. Методика может использоваться в качестве экспресс-метода определения как коррозивности среды, так и характеристик стойкости материалов и их соединений в тяжелых эксплуатационных условиях, например, во внутреннем пространстве котельных или опреснительных установок.

Исследовано изменение электрохимического потенциала для реальных сварных соединений для сталей: низкоуглеродистых 09Г2, 10ХСНД и высокопрочных 12ХНЗА, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А, широко применяемых в кораблестроении, как для изготовления элементов СЭУ, например, трубопроводов специальных систем, так и для корпусных конструкций. Определено влияние термического цикла в ЗТВ при реальных скоростях охлаждения и механических напряжений и технологических воздействий на электрохимический потенциал. Полученные данные дают возможность построить распределение электрохимического потенциала по сварному соединению, и являются основой для прогнозирования коррозионных повреждений при работе сварных соединений в рабочей среде при различных рабочих режимах.

Спроектирована и изготовлена установка для исследования на специальных образцах электрохимических характеристик сварного соединения под действием механических напряжений при чистом изгибе, и проведены исследования высокопрочной машиностроительной стали 20Х2Н4А (см. табл.). Сварочный цикл, с максимальными температурами 700 °С 900 °С 1100 °С 1400 °С и скоростью охлаждения Уохл(эоо) = 3...8 "С/с., соответствовал различным участкам ЗТВ сварного соединения.

Найдено, что для диффузионного сварного соединения сплава А1-Си-Мд 1-0,38 (типа Д16) в морской воде соленостью 34%о, (Японское море) установившийся потенциал шва составляет - 0,65 В, а основного металла - 0,66 В, то есть шов является слабым катодом. Потенциал пробоя для шва составляет - 0.570 В; для основного металла он равен - 0.670 В. Ширина пассивной зоны ^ля шва и основного металла около 0,350 В при плотности тока, не превышающей 0^4 А/м . В этом диапазоне токов удельная поляризуемость (омическая) составила 8,55*10~ Ом*м для катодного процесса и 3.1 Ом-м2для анодного. Расчеты, проведенные по предлагаемой методике, показали, что величина коррозионного тока в околошовной зоне мала, шов является катодом.

Изменение ЭХП стали 20Х2Н4А в зависимости от нагрузки и температуры термообработки описывается зависимостью вида Дф = Дфнач-еПф^<1)*СГ: Дф 0м= 0,446 В;

27

.......-..........-...............

_____ анод

Рис. 13. Образец - датчик коррозии

Дф = 0,446 е00025"0 (без нагрева) Дф = 0,4846 е0'0009"* (700°С) Дф = ОДвЗбе0'0006-0 (900°С) Дф = 0,4739 е0'0007"0 (1100°С) Дф = 0,4399 е0'0006"0 (1400°С)

Изменение Дф = фнач от температуры нагрева при а = О Дф = -5-1+ 8-10'Ч + 0,4554 (1= 700... 1400 °С); во всем диапазоне Дф = -8-10~8-Г+ МО-4^ 0,4332 (Т=25... 1400 °С) Изменение показателя степени Пф^) в зависимости от температуры нагрева

Дф = Дф„ач-еПф(,)*Т; Пда«, = 0,0023 е"°'0013Пто (Т=25... 1400 °С)

С целью оптимизации технологии изготовления элементов СЭУ на сталях 09П2, 10ХСНД. АК-25 было проведено исследование влияния таких факторов, как величина погонной энергии сварки и заварки дефекта, термообработки ЗТВ, а также наклепа, на коррозионную стойкость металла и сварных соединений в морской воде. Исследовались способы сварки: ручная дуговая, механизированная в среде С02 и автоматическая под слоем флюса. Коррозионная стойкость оценивалась по разности электрохимического «бестокового» потенциала технологические операции, как-то тепловая резка, холодная гибка и горячая правка деформированных участков, сварка, заварка дефектов, наклеп. По степени влияния эти факторы располагаются в ряду: тепловая правка, сварка (заварка дефектов), тепловая резка, холодная гибка или наклеп. По результатам эксперимента определены регрессионные зависимости величины разности потенциала шов (или ЗТВ) -основной металл в этих интервалах За оптимум принималась минимальная разность потенциалов. Экстремум определялся по совместному решению зависимостей для обоих интервалов. Наибольше влияние оказывает погонная энергия сварки; энергия заварки дефекта всегда приводит к увеличению разности потенциалов; термообработка (отжигающий валик) на всех исследованных материалах всегда оказывает положительное влияние, особенно при механизированной сварке 09П2. Наклеп вызывает незначительный положительный сдвиг потенциала, но, прежде всего, он снимает остаточные деформации и напряжения и повышает коррозионную выносливость. Наибольшее отрицательное воздействие дает заварка небольшихдефекгов. Суммарная зависимость имеет вид:

А — Л Г1 п-с п ПзД П Потж в

"фом-зона шва - "О'Чп.св. *Тнакл *Чзав.деф. 'Яп.отж.вал.

Влияние технологических режимов на коррозионную стойкость Таблица 9.

Вид Материал Дипазон Значения коэффициентов у| эавнения Рекомен

сварки режимов Ао I "я I I Пм. | Потж.в. дации

09Г2 Мин.- ном. 30,8 1,55 -0,08 0,38 -0,19 максима

ном.- макс. 135,6 -2,05 -0,023 0,35 -0,015 льный

10ХСНД мин - ном. 446,3 -1,52 -0,043 0,14 -0,042 номина

АДФ ном - макс. 22 1,24 -0,11 0,61 -0,11 льныи

АК-25 мин,- ном. 33,5 0,6 0 0,21 0 максима

ном,- макс. 56,8 -1,45 -0,052 0,31 -0,052 льныи

09Г2 мин - ном. 25,8 -1 -0,25 0,21 -0,35 максима

ном,- макс. 43,8 -0,05 -0,01 0,24 -0,4 льныи

Механ. 10ХСНД мин - ном. 32,5 -1,4 -0,011 0,05 -0,16 номина

в С02 ном,- макс. 31,08 0,06 0,1 0,14 -0,1 льныи

АК-25 мин.- ном. ном - макс. 69,4 42,8 -1,3 0,31 -0,033 -0,014 0,329 0,1 -0,1 -0,11 максима льный

09Г2 мин - ном. 48,2 -0,73 -0,038 0,273 -0,038 ном,-

ном,- макс. 41,2 -0,39 -0,056 0,357 -0,056 макс.

РДС 10ХСНД мин,- ном. ном,- макс. 55,1 30,8 -1,025 0,395 -0,05 -0,068 0,87 0,283 -0,047 -0,069 номина льный

АК-25 мин - ном. ном.- макс. 29,7 18,1 -1,025 0,06 -0,022 -0,09 0,12 0,21 -0,028 -0,09 ном,-макс.

Достоверное определение критериев трещиностой,кости обеспечивают только стендовые натурные испытания, при которых выявляются в полной мере влияние технологических и природных факторов на прочность и долговечность. В связи со сложностью таких испытаний, особенно слежения за моментом зарождения и развитием коррозионной трещины, была разработана методика дистанционного обнаружения трещины при подводных испытаниях жестких сварных образцов, размеры которых близки к натуральным размерам деталей и элементов СЭУ, (см. рис. 14.) по изменению напряжений в нагружающей связи. Показана возможность в реальных условиях раннего обнаружения трещины размером около 2% от длины сварного шва с помощью тензоизмерительной системы. Для полноты информации о сопротивляемости материала коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН) для этого типа образцов получены зависимости для расчета значений КИН (К18сс) по размерам возникших при натурных испытаниях длинных трещин с произвольным соотношением полуосей "3" и "С". Предложена методика определения по размерам развивающейся в образце трещины. Эта методика позволяет определить нагрузку и размеры трещины по данным измерительной системы. В случае остановки трещины значение К15Сс можно оценить непосредственно в условиях испытаний. Значения результирующей силы Рх и ее изменения ДР£ аппроксимируются зависимостями: Pj = 41,2 - 23,41-с/В - 7,06(С/В)2, кН; ДР£ =-0,021 + 17,1-с/В+30,02* (с/В)2, кН (с/В < 0,1). По изменению усилия можно обнаружить трещину длиной 6мм (2% от длины шва) Для полуэллиптических трещин с учетом поправок на местоположение точки на фронте трещины имеет вид: \ 1/2

0,4 0,6 0,8

Относительная ллина с/Б

0 0,5 1

Относительная длина трещины с/В

Рис. 14 Образец - модель для испытаний стыковых сварных соединений на КРН; изменение усилия в связи и зависимость К,*=Г(с/В).

К1(ср) = стизг(ла) '"".к(ф)'М(ф),

гДе: к(Ф=0) = ка= 1/Ф(а/с); здесь к(ф _7с/2)=(а/с) /Ф(а/с). Коэффициент учета формы трещины М«р) рассчитывается по зависимостям: М(ф =0) = Ма= (1,12-0,09.а/СН1+стр/стизг- 2Э/Ь-[к1+ (к^кцор-Э/С])

М(«Р««П) = Мс = (1,12-0,09-а/С)-(1+СТр/СТизг - га/Ь-к-ЦпЛ)).

Рассчитанные по принятой в строительной механике корабля и предложенной методикам изменения значений Ма)*, к](с)* и К1(а)*, К1(с)*= К)/а, соответственно, вызванные ростом трещины, имеют между собой принципиальное расхождение, как по значения»^, так и по закономерности изменения. Предложенная зависимость 3/0=0,7864(3/(1) -1,8013/11 + 0,992 для длинных трещин позволяет оценивать действующие значения КИН по данным тензометрических измерений реакции связи. В случае остановившейся трещины методика позволяет оценить значения К-^сс и влияние технологических факторов на трещиностойкость сварных соединений. Для определения трещиностойкости предпочтительнее использовать величину К1(с)*= К\1а, затухающую менее резко, чем Ма)*. Условие постоянной податливости образца ограничивает применение методики; эти ограничения могут быть снижены изменением конструкции образца.

Оперативное прогнозирование развития коррозионных разрушений при действии напряжений возможно при наличии мобильного метода определения действующих в изделии напряжений. Была разработана методика измерения и разделения напряжений при плоском напряженном состоянии. В основу был положен метод изменения вектора намагниченности т в зависимости от направления и значений действующих механических напряжений, имеющий большую сферу применения. Ток разбаланса на индикаторной катушке пропорционален сумме угловых деформаций и равен

1«зм/= тг} = т-31п(а - р) = тх-эта - ПуСОБа = /М-х-эту + 2у-Мо-[(сх-£ у) 5\п2а12 + ухусозд]; ток на намагничивающей катушке пропорционален сумме угловых деформаций и равен

1Н/= та = т-соз(а - р) = тх*соза - гПу-эюа = ЛУАх-созц/ + 2уМс(ех + е у).

Здесь бх , 8 у, ка- линейные деформации в направлении осей х и у и коэффициент пропорциональности.

Проведены экспертные испытания метода на образцах с известным распределением напряжений, которое контролировалось традиционными методами. Определены гра-дуировочные кривые для основных конструкционных низкоуглеродистых сталей; проведены исследования распределения напряжений в сварных конструкциях энергоотсека. Методика нашла применение также для определения состояния в сварных конструкциях плавдока и ферменных перекрытий общего назначения.

Основные выводы и результаты

Разработан научный подход к повышению работоспособности элементов СЭУ путём управления процессами теплообмена, коррозии и накипеобразования в теплообменных и аппаратах и паропроизводящих установках, в том числе за смет повышения наработки на отказ опреснительных установок и, как следствие, обеспечение всех потребностей СЭУ в пресной воде требуемого качества. Одновременно с повышением работоспособности возрастает эффективность технического использования судна в целом и снижение ресурсопотребления при строительстве и эксплуатации.

Получены следующие основные результаты, определяющие научную новизну работы и ее практическую значимость.

1. Определено, что низкая наработка на отказ опреснительных установок и их элементов вызывается следующими причинами: внезапные отказы оборудования связаны преимущественно с коррозионными повреждениями; постепенные отказы объясняются интенсивным накипеобразованием и необходимостью проведения кислотных чисток поверхностей нагрева.. Для повышения работоспособности установки разработаны и внедрены рекомендации по снижению накипеобразования в опреснителях кипящего типа; для увеличения коррози-

онной стойкости деталей, работающих в контакте с морской водой, - по снижению негативного влияния технологических операций (правка, гибка, наклеп, сварка).

2. Разработана комплексная система, учитывающая взаимодействие поверхности нагрева в теплообменных элементах СЭУ с рабочей средой (морской водой, ее рассолами и конденсатами), основанная на исследовании теплофизических и физико-химических процессов, происходящих в аппаратах (элементах) пароэнергетических установок СЭУ. Модель описывает совместное протекание взаимовлияющих процессов теплообмена, накипеобразования и коррозии, является перспективной и позволяет прогнозировать работоспособность элементов СЭУ на различных режимах работы теплообменных аппаратов (с кипением и без него) и повышение эффективности работы этих элементов. В модели учтены: гидродинамика процесса (Митиш Рг, Ре)), теплообмен при кипении ((Хкп, (отр. Остр, Рв= ^вг, Рг, ,1а, Он), теплообмен в трубах при нагреве без кипения (Ыитепл =^е)), коррозия и влияние на нее ЛТ, О, С, дср/д^ач, а также изменение накипеобразования при наличии продуктов коррозии (ОН , Меп<).

3. Выявлены основные закономерности тепловых и химических процессов, протекающих при кипении морской воды в теплообменных аппаратах СЭУ, и уточнены зависимости влияния конструктивных параметров на теплообмен, систематизированы схемные решения по организации процесса теплопередачи. На основе наиболее сложной по совокупности реализующихся процессов схеме теплообмена с кипением растворов в большом объеме разработана обобщающая модель накипеобразования. Другие схемы нагрева выступают частные решения. Установлено влияние режимных параметров на теплообмен и парообразование.

Определены два диапазона влияния давления на теплообмен. Положение переходной зоны определяется диаметром нагревателя. При Рэ 5 0,03 МПа влияние давления на теплообмен незначительно. С понижением давления и температуры кипения увеличивается отрывной диаметр и снижается частота генерации пузырей. Снижение температуры кипения раствора определяет сдвиг ионных равновесий и условия кристаллизации и химический состав выпадающей накипи. С увеличением теплового потока возрастает доля теплоты, отводимой паровыми пузырями, за счет незначительного роста отрывного диаметра пузыря и практически линейного роста частоты генерации пузырей, а также появления новьгх центров парообразования на верхней части нагревателя.

4. На основе совмещения найденных закономерностей теплообмена, изменения химической обстановки у коррозионного электрода, механохимического эффекта и протекания коррозионных токов разработан общий подход к определению скорости развития коррозионных повреждений материалов и их сварных соединений при одновременном действии теплообмена, накипеобразования и напряженного состояния.

5. Установлено, что при кипении растворов на горизонтальных цилиндрических поверхностях нагрева образование накипи начинается на нижних образующих нагревателей и эта особенность обусловлена процессом зарождения паровых пузырей в этих местах и определяется, в основном, испарением микрослоя под пузырем. На верхней образующей рост накипных отложений происходит по седиментационному механизму (вторичная накипь) и частично за счет испарения микрослоя паровых пузырей при больших тепловых потоках. Для распространения действия модели на другие виды теплообменников систематизированы закономерности теплообмена в различных схемах нагрева и испарения воды.

6. Впервые разработана методика расчета скорости накипеобразования, учитывающая особенности режима теплообмена и концентрирования раствора, как в объеме жидкости, так при испарении микроспоя под паровым пузырем. Методика основана на результатах исследований процессов накипеобразования при нагреве и испарении морской воды, анализе процесса термического распада и карбонатной системы с учетом производства ОН" (на катоде) и Меп* (на аноде) за счет коррозии и закономерностей выпадения накипеобразователей: на

поверхности - на готовых центрах кристаллизации (ЦК); в объеме - на взвешенных ЦК.. Показано, что условия шламообразования в объеме определяются ростом зародышей кристаллизации в перегретых струях конвективного потока, охлаждающихся до температуры объема; охлаждение происходит за счет кондуктовного теплопереноса.

7. Разработана методика расчета ионных равновесий в многокомпонентных растворах в условиях, определяемых режимом работы теплообменной аппаратов. Построенная на положениях О.Я.. Самойлова и подходах А.С. Соловкина методика расчета индивидуальных коэффициентов активности ионов использует гидратационное число По, термохимический радиус иона Г| и его заряд z*. Проведенные расчеты показали хорошее согласование с опубликованными данными. Предложены упрощенные расчетные зависимости для морской воды и ее концентратов, которые имеют также хорошее согласование и значительно облегчают расчеты при решении разнообразных инженерных задач.

8. Систематизированы многочисленные данные о константах и термодинамических характеристиках химических равновесий для накипеобразующей системы. Определены значения ДНрешц. и ДБрежц., позволяющие вычислять константы равновесия компонентов кар-бонагно-сульфатной накипеобразующей системы. Проведенные расчеты химических равновесий накипеобразующей системы для различных температур и концентраций растворов, учитывающие также влияние производства ОН" (на катоде) и Меп+ (на аноде) за счет коррозии, хорошо согласуются с опубликованными данными по накипеобразованию при кипении морской воды (Л.Г. Васина, Л.П. Седаков, Г.Я., Лукин.). Подтверждается влияние коррозионных процессов на интенсивность накипных отложений на катодных участках.

9. Получено теоретическое решение задачи определения коррозионных токов в многоэлектродных системах, являющейся нелинейной краевой задачей со смешанными граничными условиями третьего рода. С помощью метода выравнивания поляризуемосгей нелинейные фаничные условия сведены к линейным и получены расчетные зависимости в виде суперпозиции двухэлекгродных систем. Такой подход сводит ошибку расчетов к исчезающе малой величине, и позволяет проводить расчеты для любого количества электродов и соответственно любого распределения потенциала.

10. Определены практические значения электрохимических характеристики основных конструкционных материалов; для них найдено влияние режимов сварки, термообработки и остаточных напряжений на электрохимический потенциал и поляризационные характеристики зон сварного соединения. Разработан комплекс методов и оборудования для проведения коррозионно-механических исследований в реальных рабочих средах и условиях. Предложенный метод ускоренных испытаний на коррозию при воздействии на образец организованной струи жидкости позволяет определять относительную коррозионную стойкость зон сварного соединения и технологического влияния в одном эксперименте. Решение задачи дистанционного определения по показаниям одного датчика момента появления и определения места возникновения коррозионной трещины, ее размеров и действующих значений нафузок в сварных моделях большого размера позволяет ускорить проведение испытаний.

Материалы исследований вошли разделами в 3 учебные дисциплины; 2 учебных пособия (1 - с фифом Министерства общего и профессионального образования), в курсовое и дипломное проектирование специальностей 1402 и 1405.

Содержание диссертации изложено в следующих основных публикациях:

1. Подсушный A.M. Добржанский В.Г. Исследование экономичности парогазовых установок морских судов/./Труды ДВПИ. Т. 61. Владивосток: Изд-во ДВПИ, 1963. С. 34-38.

2. Стукалов П.С., Добржанский В.Г., Заславский Ю.А. Направление повышения эффективности магнитной обработки воды.// Тезисы докладов выездной сессии Центрального Правления НТО Судпрома. - Владивосток: Изд-во ДВПИ 1968. С. 6.

3. Добржанский В. Г. Заславский Ю.А. Накипеобразование вокруг центра кипения.// Аннотации докладов ЦП НТО Судпрома. - Владивосток: Изд-во ДВПИ, 1969. С. 11.

4. Добржанский В.Г. Возможный механизм воздействия ультразвуковых колебаний на процесс накипеобразования.//Материалы 19 конф. ДВПИ, вып.2,- Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1970,-С. 62-64.

5. Добржанский В.Г., Стукалоа П.С. О распределении ионов в жидкости, движущейся в магнитном поле.// Труды конф. "Вопросы теории и практики судовых энергетических установок". - Владивосток: Изд-во ДВГУ. 1971. С. 84-86.

6. Добржанский В.Г. Заславский Ю.А. Установка для исследования накипеобразования при испарении морской воды.// Труды конф. "Вопросы теории и практики судовых энергетических установок". - Владивосток: Изд-во ДВГУ. 1971. - С. 58-61

7. Добржанский В. Г. Влияние магнитного поля на кинетику образования газгидратов.// Там же Труды конф." Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем". - М.: Изд-во "Цветметинформация" 1971. С. 92-95.

8. Добржанский В. Г. Влияние числа полюсов магнитного поля на накипеобразование.//: Труды ДВПИ, т.80. - Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1972. - С. 84-87.

9. Добржанский В. Г. Заславский Ю.А. Роль структурных изменений при магнитной обработке растворов.// Труды конф. "Вопросы теории и практики судовых энергетических установок". - Владивосток: Изд-во ДВГУ. 1971. - С. 46-53.

10. Добржанский В. Г. Изменение накипеобразования под действием магнитного поля при термическом опреснении морской воды..// Труды 1-го Всесоюзного совещания "Теплообменные и теплофизические свойства морских солоноватых вод при их использовании в парогенераторах и опреснителях" - Баку:, 1973. С. 208-216.

11. Якубовский Ю.В., Добржанский В.Г., Стаценко В.Н., Чайка В.Д. Влияние диаметра нагревателя на перенос тепла при кипении в условиях вакуума.// Труды ДВПИ "Судовые силовые установки", вып. 77. - Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1974. - С. 109 -118.

12. Добржанский В. Г. Якубовский Ю.В. Исследование магнитной обработки морской воды.// В сб. "Использование минеральных ресурсов океанической воды" - Владивосток: Изд-во ДВНЦ АН СССР, 1975. - С. 26-31.

13. Добржанский В. Г. Якубовский Ю.В. Выбор типа опреснительной установки для производства питьевой воды и поваренной соли из морской воды.// В сб. "Использование минеральных ресурсов океанической воды" - Владивосток: Изд-во ДВНЦ АН СССР, 1975. - С. 127-136.

14. Добржанский В. Г. Лысенко Л.В. Минаев А.Н. Экспериментальное исследование отложения накипи в подогревателях испарителя адиабатного типа.// Тезисы докладов конф. "2-го Всесоюзного научно-технического совещания по использованию морских и солоноватых вод на ТЭС и задачам научных исследований",- Баку, 1976. - С. 214 -215

15. Сень Л.И., Якубовский Ю.В., Пермяков В.В., Добржанский В.Г. и др. Анализ тепловых схем парогенераторных установок на морской воде.// Тезисы докладов конф. "2-го Всесоюзного научно-технического совещания по использованию морских и солоноватых вод на ТЭС и задачам научных исследований",- Баку, 1976. - Баку, 1976. - С. 79-81.

16. Якубовский Ю.В. Добржанский В. Г., Чайка В.Д Динамика роста паровых пузырей на горизонтальных трубах// В сб. "Нелинейные волновые процессы в двухфазных средах". - Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1977. С. 362-369.

17. Добржанский В. Г. Добржанская Г.М. О коэффициентах активности главных ионов в морской воде.// Труды XXIV конф., НТО им. акад. А.Н. Крылова. - Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1977. С. 81-82.

19. Минаев А Н., Лысенко Л.В., Добржанский В.Г. Экспериментальная установка для изучения накипеобразования при кипении морской воды в большом объеме.// В сб. "Судовые энергетические установки" - Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1978. - С. 81-85.

20. Лысенко Л.В., Добржанский В.Г. Моделирование процессов магнитной обработки при ограниченном количестве определяющих величин.// В сб. "Неорганические ресурсы моря" -Владивосток Изд-во ДВНЦ АН СССР, 1978. - С. 112-116.

21. Добржанский В. Г., Чайка В.Д., Якубовский Ю.В. Кипение воды в условиях вакуума на горизонтальных трубах// В сб. 'Теплообмен и падрогазодинамика при кипении и конденсации" - Новосибирск: Изд-во ИТФ СО АН СССР, 1979. - С. 115-116.

22. Добржанский В. Г. Чернов Б.Б. Расчет коррозионных токов на поверхности сварных соединений.//: Тезисы докладов конф., посвященной "50-летию подготовки инженеров-сварщиков". - Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1980. С. - 52.

23. Добржанский В. Г. Турмов Г.П., Минаев E.H. Влияние геометрических характеристик коррозионно-механической трещины на выносливость сварных швов.// Материалы конф. "Повышение надежности и долговечности деталей машин, механизмов и сварных конструкций". НТК, г. Могилев: Изд-во Могилевского машиностроительного института, 1982. - С. 43.

24. Добржанский В.Г. Минаев E.H. Коэффициенты активностей индивидуальных ионов в морской веде.//Тезисы докл. 1У Всесоюзной конф. "Проблемы научных исследований в области изучения и освоения Мирового океана",- Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1983. - С. 275.

25. Добржанский В.Г. Добржанская Г.М. Методика расчета коэффициентов активностей ицциввдуапьных ионов в морской водеУ/ Тезисы докл. 1V Всесоюзной конф. "Проблемы научных исследований в области изучения и освоения Мирового океана",- Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1983.-С. 276.

26. Добржанский В.Г. Учет влияния изменения концентрации раствора на распределение элекгрохимпотенциала сварного соединения.// Тезисы докладов Всесоюзной конф. "Сварка в судостроении и судоремонте". - Владивосток, 1983. - С. 142.

27. Михневич А.П., Добржанский В.Г., Вишняк С.А. Особенности коррозии околошовной зоны перлитной хромоникелемолибденовой стали.// Материалы конф. НТО им. акад. А.Н.Крылова "Сварка суд. конструкций и оборудования". -Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1983. С. 10-17.

28. Добржанский В. Г., Минаев E.H. Влияние технологии на коррозионную стойкость сварных соединений корпусных сталей.// Труды 1Х Дальневосточной конф. "Поврехедения и эксплуатационная надежность судовых конструкций". - Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1984. С. 158159.

29. Добржанский В.Г., Звонов В.М., Юрченко В.Д. Измерение напряженного состояния судовых конструкций методом магнитной анизотропии.// Труды Всесоюзной конф. "Использование современных физических методов в неразрушающих исследованиях и контроле". - Хабаровск: Дальстацдарт 1984. - С. 304-305.

30. Добржанский В. Г. Минаев E.H. Определение параметров катодной защиты элементов парогенераторных установок.// В сб. "Использование морских, сточных и нефтесодержащих вод на судах и береговых предприятиях". - Владивосток: Изд -во ДВГУ, 1984. С. 33-39.

31. Добржанский В.Г. Звонов В.М. Исследование двухосного напряженного состояния методом магнитной анизотропии.// Труды XXVIII конф ДВПИ.: НТК. -Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1984.-С. 21.

32. Добржанский В. Г. Минаев E.H. Оценка коррозионной стойкости сварных соединений расчетным способом.// В сб. " Прогрессивные методы и технология сварки". ВНТО им. А.Н.Крылова, Изд. ДВГУ. - Владивосток, 1985. - С. 45-48.

33. Добржанский В.Г., Минаев E.H. Оптимизация технологии сварки с целью повышения коррозионной стойкости сварных соединений.// Труды конф.: "Пути ускорения научно-технического прогресса в сварочном производстве". - Владивосток Изд-во ДВГУ, 1987. С. 2122.

34. Добржанский В. Г.. Лапин A.M. К методике испытаний сварных соединений на коррозию при движении среды.// Труды конф.: "Путо ускорения научно-технического прогресса в сварочном производстве". - Владивосток: Иэд-во ДВГУ, 1987. С. 29-31.

35. Добржанский В. Г. Беловицкий ЕМ. и др. Определение рабочих напряжений в конструкциях плавучего дока.// Труды X Дальневост. конф. "Повреждения и эксплуатационная надежность судовых конструкций". - Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1987. - С. 199 - 201.

36. Беловицкий Е.М., Добржанский В.Г., ЮрченкоВ.Д. Разделение остаточных напряжений при их измерении магнитоупруплм методом.// Труды Всесоюзной конф. "Использование современных физических методов в неразрушающих измерениях и контроле". - Хабаровскл Изд-во "Дальстандарт", 1987. С. 152-153.

37. Добржанский В. Г. Катрушенкова М.Л. Влияние термического цикла на электрохимические характеристики сплавов алюминия с бериллием.// Труды XXX конф. ДВПИ. - Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1988. -С138.

38. Добржанский В. Г. Wiesner Р. Коррозия диффузионного сварного соединения сплава AI, Cu, - 0,38 Материалы 34 Internationales Wissenschaftliches Colloquium. Ilmenau, 1989. Heft 4, s. 19-20.

39. Добржанский В.Г., Шкурыгин ДА., Катрушенкова М.Л. Коррозионная стойкость сварных соединений из высокомодупьного сплава АБМ-1М Тезисы докладов. Всесоюзной конф. "Теория и практика электрохимических процессов и экономические аспекты их использования". - Барнаул, 1990. С. 148.

40. Добржанский В. Г. Гордиенко П.С., Руднев B.C., Курносова А.Г., Шкурыгин Д.А. Влияние МДО на механические свойства сплава АБМ-1М. В сб. "Защитные покрытия. Физико-химические свойства". - Владивосток Иэд-во АН СССР, 1991. С. 136-140.

41. Добржанский В. Г. Курдин A.B. Способ регистрации трещины при подводных испытаниях сварных моделей.// Труды Всесоюзной конф. "Проблемы коррозии и защиты сплавов металлов и конструкций в морской воде". - Владивосток: Изд-во ДВО АН СССР, 1991. - С. 74.

42. Гордиенко П.С. Добржанский В. Г. и др. Влияние МДО на механические свойства сплава АБМ-1М. Защитные покрытия. Физико-химические свойства. Изд-во АН СССР. - Владивосток, 1991. С. 136-140.

43. Dobrzansky V.G. Методика определения трещиносгойкости при подводных морских испытаниях. XVIII International Symposium on ships power plants. Gdynia, 1996. -P. 109... 114.

44. Добржанский В.Г., Котов A.C. Повышение работоспособности сварных конструкций высокопрочных сталей при ремонте.// Труды Международной, конф. "Проблемы прочности и эксплуатационной надежности судов". Владивосток: Изд-во ДВТГУ, 1996,- С.252...256.

45. Добржанский В. Г. Котов A.C. Влияние технологии элекгродуговой строжки на качество сварного соединения высокопрочной стали.// Труды Международной, конф. "Проблемы прочности и эксплуатационной надежное™ судов". Владивосток: Изд-во ДВТГУ, 1996. - С.257...260.

46. Добржанский В.Г. Состояние и меры по уменьшению загрязнения портов и баз кораблями ВМФ./Л" Материалы Тихоокеанской конф., посвященной. ЗОО-легию Российского флота. -Владивосток: Изд-воДВГТУ, 1996. С 107-113..

47. Dobrzansky V.G., Klimenyuk I.V Calculated Definition of Coefficients of Activity of Ions in Sea Water. // The eleventh Asian technical exchange and advisory meeting on marine structures. TEAM'97 Singapore, 1997. P. 360...367.

48. Добржанский В.Г., Добржанский П.В. Подход к испытаниям сварных соединений корпусных сталей на коррозионное растрескивание в натурных условиях. II Материалы Международной конф "Кораблестроение и океанотехника. Проблемы и перспективы". - Владивосток. Изд-во ДВГТУ, 1998. С 261...266.

Отдельные издания

49. Добржанский В.Г., Сень Л.И. Особенности водоподготовки морской воды для судовых энергетических установок.// Учеб. пособие. - Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1975. - 80 с.

50. Добржанский В.Г., Сень Л.И. Накипеобразование при нагреве и испарении морской воды// В кн. Сень Л.И., Якубовский Ю.В. "Парогенераторные установки на морской воде", глава 4. - Л.: Изд-во "Судостроение", 1979. - С. 132-171.

51. Добржанский В.Г. Проектирование морской техники. Основы выбора материалов.// Учеб. пособие. - Владивосток: Изд-во ДВТГУ,1997.132 с.

Авторские свидетельства

52. Сень Л., Якубовский Ю.В., Добржанский В.Г. Пленочный водонагреватель: А.С.СССР № 620754 от 27.04.78.

53. Сень Л., Якубовский Ю.В., Добржанский В.Г. и др. Способ нагрева солесодержащей жидкости: №754192 от 14.04.80.

54. Добржанский В. Г. Способ нагрева солесодержащей жидкости: A.C. СССР № 754192 Б.И. №2915.08.80.

55. Досговалов В.А., Шапиро И.С., Добржанский В.Г. и др. Способ дуговой обработки: A.C. СССР №870041 8.06.81.

56. Беловицкий Е.М., Юрченко В.Д., Добржанский В.Г. и др. Способ измерения напряжений в конструкциях из ферромагнитных материалов: A.C. СССР № 1368670 от 22.09.87..

57. Добржанский В.Г., Лапин А.М.:А.С.№ 295573 от 01.07.89.

Юрченко ВД, Добржанский В.Г., Беловицкий Е.М. и др. Способ определения механических напряжений в образце: A.C. № 1640558 от 07.04.91г.

ЛР № 020466 от 04.03.97 г. Подписано в печать 10.11.98. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Усл. п. л. 2,09. Уч.-изд. л.2,94. Тираж 100 экз.Заказ 318.

Отпечатано в типографии издательства ДВГТУ Владивосток, ул. Пушкинская, 10