автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Разработка восстановительного водного режима энергоблоков СКД с дозированием водорода



' \лл

г?»";..- ДГ-р.НЛ к о?денъ ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ

С-» I ЕГ'ГЕТ И ЧЕС КИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ВОРОНИНА МАРИНА ПЕТРОВНА

РАЗРАБОТКА ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ВОДНОГО РЕЖИМА ЭНЕРГОБЛОКОВ СКД С ДОЗИРОВАНИЕМ ВОДОРОДА

Специальность - 05.14.14. - Тепловые электрические станции

(тепловая часть)

АВТОРЕФЕРАТ ; диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1993 г.

Работа выполнена на кафедре "Технология воды и топлива" Московского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революция энергетического института.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Мартынова Ольга Исаковна

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Тевлин Семен Абрамович

кандидат технических наук, заведующий лабораторией Тяпков Владимир Федорович

Ведущая организация - научно-производственное объединение по

исследованию и проектированию энергетического .оборудования им.И.И.Ползунова (НПО ШИ), г. Санкт-Петербург

Зашита состоится 1993 Г. в аудитории

¥ в -/У час. 00 мин, на заседании Специализированного Совета МЭИ К-053.16.01.

Отзывы о работе в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 105835, ГСП, Москв', Е-250, ул.Красноказарменная, д.14, Ученый Совет ЮИ.

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке МЭИ.

Автореферат разослан "¡2/* и^с-Л 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета

/

К-053.16.01. /у

к.т.н. {¿Н'- Андршин А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. В настоящее время для энергоблоков СКД с прямоточными котлами наиболее широко распространены восстановительный гидразинно-аммиачный и окислительные водные режимы. Гидразинно-аммиачный водный режим характеризуется большим количеством отложений на парогенерируюпих поверхностях, в частности, в НРЧ. Окислительный водный режим наиболее благоприятен с точки зрения коррозионной устойчивости углеродистой стали - основного источника продуктов коррозии железа. Но он не применяется в случае наличия в конденсатно-питательном тракте сплавов на основе меди, поскольку медь в присутствии кислорода подвержена сильной коррозии.

На вновь строящихся и на ряде действующих энергоблоков в последние годы наблюдается тенденция к замене медьсодержащих сплавов на участке регенеративного подогрева воды на наиболее коррозионно устойчивую нержавеющую сталь. Но этот процесс связан с большими затратами материальных и трудовых ресурсов и недополучением . электрической энергии- Таким образом, в эксплуатации находится довольно большое количество электростанций, в конденсатио-пнтательном. тракте . которых одновременно присутствуют углеродистые, нержавеющие стали и медьсодержащие сплавы, в основном латуни. Следовательно, весьма актуальной проблемой является выбор водного режима, удовлетворяющего оптимальным условиям коррозионной устойчивости сплавов на основе железа и ыэди. С этой точки зрения большой интерес представляет применение восстановительных водных режимов с дозированием в воду высокой степени чистоты сильных восстановителей, при которых на поверхности сталей и медьсодержащих сплавов' образуются оксидные пленки, обладающие защитными свойствами за счет более низкой растворимости в воде по сравнению с основным металлом.

Для осуществления предлагаемого водного режима из двух применяющихся в энергетике восстановителей, гидразина и водорода, выбран водород. Это обусловлено прежде всего тем, что, в отличие от гидразина, токсичного и канцерогенного химреагента, водород является экологически чистым веществом и не создает опасности для окружающей среды. Следовательно, восстановительный водородная водный режим является экологически более предпочтительным.

Помимо конденсатно-питательного тракта о схеме электро -станции существуют другие системы, которые могут служит*, объектом применения водородного водного режима. Одной вз яе-:лгтгя

система водяного охлаждения обмотки статора электрогенератора, основным конструкционным материалом которой является медь. В случае реализации окислительного режима в пароводяном тракте ТЭС подпитка системы охлаждения осуществляется обессоленной водой после БОУ с содержанием кислорода 200*500 мкг/кг. В этих условиях концентрации меди в воде системы охлаждения составляют в среднем 150+250 мкг/кг и достигают 1000 мкг/кг, что существенно выше нормы. Такое высокое содержание продуктов коррозии меди может привести к аварийным ситуациям вследствие нарушения теплового режима работы обмоток статора. Целесообразность применения восстановительного водородного режима для системы водяного охлаждения статора основывается на полученных ранее экспериментальных данных, показывающих существенное снижение скорости коррозии меди в воде высокой степени чистоты, содержащей водород.

Цель работы состоит в исследовании влияния восстановительного водородного водного режима на поведение медьсодержащих сплавов, углеродистой и нержавеющей сталей в условиях конденсатно-питательного тракта энергоблоков и систем водяного охлаждения, где одновременно присутствуют все перечисленные материалы.

Для достижения этой цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Экспериментальное изучение поведения углеродистой стали, нержавеющей стали и медьсодержащих сплавов при восстановительных водных режимах с дозированием водорода в интервале температур 25+150°С при нейтральных и слабощелочных значениях рН.

2. Выявление и обоснование целесообразности применения восстановительного водородного режима в качестве водного режима конденсатно-питательного тракта энергоблоков СК1 с указанным выше сочетанием конструкционных ьштериалов.

3. Проверка эффективности применения водородного водного режима для системы водяного охлаждения статора электрогенератора при внедрении на одном из промышленных энергетических объектов.

Методы и средства выполнения исследования. Для исследования коррозионной устойчивости использовался мотод экспериментального определения выноса продуктов коррозии с поверхности конструкционных материалов при различных водных рехит. эксперименты выпол-

нялись на установках, моделирующих реальные условия работы энергоблоков. Электрохимические исследования фазового состава продуктов коррозии железа проводились кулономэтрическим лотенцио-динамическим методом. Анализ полученных результатов и обоснование предлагаемого водного режима выполнены на основании современных теоретических представлений о механизмах протекания коррозии металлов в водных средах и с привлечением существующих расчетных термодинамических моделей растворимости продуктов коррозии.

Научная новизна работы.

1. Разработан экологически безопасный восстановительный водный режим энергоблоков СКД, в конденсатно-питательном тракте которых одновременно присутствуют стали и медьсодержааие сплавы.

2. Экспериментально исследовано влияние восстановительных водных режимов с дозированием водорода на коррозионную устойчивость конструкционных материалов конденсатно-питательного тракта. Получены зависимости выноса продуктов коррозии железа и меди от окислительно-восстановительного потенциала (ОВП), значений рН водной среды и от температуры.

3. Получены экспериментальные .данные' о фазовом составе продуктов коррозии углеродистой стада, образующихся в условиях восстановительного водородного режима и в обессоленной деаэрированной воде.

4. На основании результатов промышленного внедрения разработаны рекомендации по ведению водородного водного " режима системы водяного охлаждения обмоток статора электрогенератора.

Практическая ценность работы. Внедрение восстановительного водородного водного режима для системы охлаждения статора электрогенератора в промышленных условиях продемонстрировало высокую эКсктивность его применения для снижения скорости коррозии медьсодержащих сплавов. Исследования, выполненные во время стендовых испытаний и в промышленных условиях, позволяют рекомендовать восстановительный водородный водный режим для энергоблоков СКД в случае совместного присутствия в конденсатно-питательном тракте углеродистых сталей и латунея. Предлагчемый водный режим позволяет умянысить износ оборудования и продлив, срок его служба не тех 5,~,»ктрстанчиях, где по тем ив« «¡чш причинам невозможн"- •кте^ггрить ппмрну урльгл.'/.ргеи*.

участке регенеративного подогрева воды на нержавеющую сталь и вести эксплуатацию энергоблоков в окислительном водном режиме.

Степень достоверности результатов. Основные научные положз-ния, изложенные в работе, достаточно полно обоснованы результатами стендовых экспериментов и промысленных испытаний, которые хоропо согласуются с имевшимися в литературе термодинамическими расчетными денными. Достоверность полученных результатов подтверждается выбранными методиками экспериментальных исследований, проведенными методическими проработками, тарировкой измерительных средств, а также статистической обработкой экспериментальных данных с применением метода дисперсионного анализа.

Личный вклад автора заключается в разработке схем экспериментальных установок и методик проведения опытов, создании отдельных конструкционных элементов-установок, проведении экспериментов, участии в промышленном внедрении разработанного водного режима, обработке и анализе результатов исследования,-..'.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на научно-технической конференции ИЭИ в секции "Проблемы надежности, экономичности, контроля и диагностики энергетического оборудования и электростанций (г.Москва,1988 г.); на научном семинаре кафедры "Технологии воды я топлива" Московского энергетического института (г.Москва, 1993 г.). '

Публикации. По теме диссертации опубликовано пять печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, состояиего из щ наименований, трех приложений. Обпий объем диссертации составляет 242 страницы, в том числе 186 страниц основного мапинописного текста, включающего 56 рисунков и 22 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована' актуальность рассматриваемой проблемы, приведена краткая характеристика работы и структура изложения материала.

В первой главе на основании имеющихся в литературе результатов теоретических и экспериментальных научных исследований и эксплуатационных данных обосновывается целесообразность применения восстановительного водородного водного режима для энергоблоков сверхкритического давления <СКЯ) и других энергетических систем, где в качестве конструкционных материалов одновременно используются сплавы на основе железа и меди.

Основными задачами правильной организации водно-химического режима являются минимизация коррозии, эрозии-коррозии всех элементов оборудования пароводяного тракта и снижение образования отложений на теплопередающих поверхностях и в проточной части турбины. Одним из способов зашиты металла от коррозии в водной среде служит их пассивация с помощью оксидных пленок. Известно, что из оксидов железа наибольшие защитные свойства присуши магнетиту, ?е304, устойчивому в .восстановительной среде, либо трехвалентным оксидам 7~Р8203, а-Ее203, устойчивым в окислительной среде. Из оксидов меди защитными свойствами обладает труднорастворимый куприт СидО, устойчивый в восстановительной среде. С помощью ряда термодинамических расчетных моделей в работе проанализировано влияние различных показателей водного режима (температура, рН, окислительно-восстановительные свойства водной среды) на растворимость перечисленных выше оксидов. Более подробно рассмотрен вопрос о механизме образования и растворимости РедО^.

При выборе оптимального водного режима в случае совместного присутствия в контуре сплавов на основе железа и меди необходимо учитывать, что эти два металла крайне различны по своим электрохимическим свойствам. Теоретический анализ, в частности анализ диаграмм рН - окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) водной среды, показывает, что для обеспечения оптимальных условий, при которых медь будет находиться в области термодинамической устойчивости металла или в форме Са,0, а на поверхности стали будет образовываться магнетит, необходимо, чтобы ОВП водной сре и имел отрицательны? значения. Для достижения отртютль'чг г-.я^'«-

ний ОБП в воду следует вводить восстановители, В энергетике для этих целей могут использоваться гидразин или водород. Гидразин является токсичным и канцерогенным веществом, и во всем мире сейчас ведутся поиски заменяющих его, но более экологически приемлемых реагентов. Водород безопасен с точки зрения экологии, а также обладает более сильными восстановительными свойствами по сравнению с гидразином. Кроме того, при использовании водорода не будет возникать дополнительной нагрузки на ионообменные фильтры БОУ.

Таким образом, в случае совместного присутствия в контуре энергоблоков сплавов на основе железа и меди в качестве надежного водного режима может рассматриваться восстановительный режим, основанный на дозировании водорода в воду высокой степени чистоты для создания отрицательных значений ОВП.

Наиболее жесткие требования к качеству теплоносителя предъявляются на энергоблоках СКД с прямоточными котлами. Исходя из этого, восстановительный водородный водный режим разрабатывался для энергоблоков СКД, а именно для низкотемпературного участка конденсатно-питательного тракта (КПТ) от конденсатоочистки до деаэратора, где находится оборудование, выполненное из низколегированных сталей и латуней.

Другим объектом применения водороднс го водного режима могут являться системы водяного охлаждения, основными конструкционными материалами которых служат медьсодержащие сплавы, и в частности, система водяного охлаждения статора электро: ^нератора.

Анализ имеющихся в литературе результатов промышленной эксплуатации и научно-экспериментальных исследований показал, что в большинстве случаев водно-химические режимы, применяющиеся в настоящее время для энергоблоков СКД с прямоточными котлами (гидразинно-аммиачный, гидразинный, нейтрально-кислородный, комбинированный), не обеспечивают оптимальных условий коррозионной устойчивости сплавов на основе железа и меди при совместном присутствии их в тракте электростанции. Следовательно, разработка водного режима для энергоблоков с различными конструкционными материалами в КПТ является актуальной проблемой.

Обзор итературных данных указал на необходимость проведения комплексного исследования влияния водородного водного режима на коррозионную устойчивость конструкционных материалов КПТ, поскольку имеющиеся сведения являются неполными. Экспериментально показано, что при температурах до 250° С в обессоленной воде.

содержащей водород, скорость коррозии меди существенно снижается. Аналогичные исследования поведения нержавеющей стали при 250°С в воде, содержащей водород и кислород в стехиометрическом соотношении, свидетельствуют о высокой коррозионной стойкости нержавеющей стали. В ряде стран на одноконтурных АЭС с реакторами кипящего типа (БИТС?) осуществляется дозирование водорода в питательную воду или основной конденсат в концентрациях 1,5+3,0 мг/кг для подавления радиолиза воды в активной зоне реактора и снижения концентрации кислорода в воде с целью предотвращения коррозионного растрескивания пол напряжением аустенитной стали. Сведения о поведении латуней и углеродистых сталей в условиях восстановительной водной среди, содержащей водород, в литературе отсутствуют.

По итогам выполненного обзора литературы сформулированы задачи исследования.

Во второй глава описывается методика проведения экспериментальной части работы. Для изучения коррозионной устойчивости конструкционных материалов КПТ был выбран метод экспериментального определения выноса продуктов коррозии с поверхности металлов, позволяющий моделировать реальные условия протекания коррозионных процессов в тракте энергоблока. Первая серия экспериментов была выполнена в статике при комнатной температуре с целью выявления закономерностей поведения исследуемых металлов при различных водных режимах. Исследовалось поведение углеродистой стали 20, нержавеющей стали 08Х18НЮТ, латуни Л-68 в условиях восстановительных водородных режимов без коррекции и с коррекцией рН до значений 7,5...8,0, а также в условиях бескор-рекционного водного режима (обессоленная деаэрированная вода), забранного в качестве режима сравнения. Восстановительная водная среда создавалась дозированием в обессоленную деаэрированную воду (х £ 0,15 мкСм/см, концентрация кислорода 20+40 мкг/кг) газообразного водорода до значений ОВП -300...-100 мБ отн.н.в.э. Для латуни дополнительно исследовался окислительный реашм с дозированием перекиси водорода, поскольку сведений о воздействии этого окислителя на коррозионную устойчивость медных сплавов г« литературе не обнаружено. Во второй серии экспериментов рассматривалось влияние восстановительных водородных режимов на повел» -ние углеродистой и нер*авршшей сталей в диняютп'ких у-'Л^тш ?

А, кг/(и2-чае) 0,7

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 О

1

i **

v

Vj Г

4

i —tr г?— г. -ж

-2 ~4

1, Г - Углеродистая сталь.

О - бескоррекцяоиный рении; в - водородный рехим, рНас =7,00; в - водородный рехин, рН« е =7,40;

2, 2' - Нержавеющая сталь

□ - бескоррекционный рехим; В - водородный рехим, рНя{ =6,90; В - водородный рехим, рН,е =7,85;

3 - Латунь

О - беаоррекцяояямй рехим;

♦ - водородный рехим, рНве.=6,70;

ф - водородный рехии, рНя с =7.50;

$ - окислительный рехим с НгОг;

0 200 400 600 600 1000 1200 1400 т, час

Рис 1. Кинетика выноса продуггов юрроэии аелеза и меди в статически условии.

интервале температур 50...150°С. В главе описаны схемы экспериментальных установок, изложены методики проведения опытов в статических и динамических условиях и методы контроля теплофизических и водно-химических параметров.

В третьей главе представлены результаты выполненных исследований и проведена обработка экспериментальных данных.

Опыты в статике показывают, что при восстановительных водородных режимах вынос продуктов коррозии с поверхности углеродистой стали и латуни существенно снижается во времени и приобретает практически постоянное значение, соответствующее установившемуся равновесию протекания процессов коррозии и перехода продуктов коррозии с поверхности металла в раствор <рис.1). Вынос продуктов коррозии с поверхности нержавеющей стали с течением времени практически не меняется. Дозирование водорода в воду высокой степени 41 тоты при комнатной температуре в стати- ческих условиях способствует снижению скорости коррозии углеро- диетой стали по сравнению с бескоррекционным режимом примерно вдвое, от 0,4. мг/(м^'Ч) до 0,1+0,2 мг/(м^'Ч)• Нержавеющая сталь и латунь при комнатной температуре обладает высокой коррозионной

устойчивостью как при бескоррекционном, так и при восстановительном водородном режиме. Вынос продуктов коррозии в установившемся режиме составляет 0,02+0,07 мг/(м2'Ч) для нержавеющей ст&ии и 0,02+0,04 мг/Чм^ч) для латуни. Дозирование в воду перекиси водорода приводит к увеличению выноса продуктов коррозии латуни.

Таблица 1.

Влияние восстановительного водородного водного режима на поведение углеродистой и нержавеющей сталей в динамических условиях

Водный режим Материал Температура, °С Скорость потока м/с Показатели качества водной среды Длительность опыта ч Вынос продуктов коррозии железа Г/(М2 Ч )

ОВП, мВ рн х, мкСм/см

Водородный без коррекции рН Углеродистая сталь 55 80 150 0,483 0,476 1,098 -400 -400 -445 7,00 7,00 6,70 0,15 0,15 0.15 160 160 122 0,327 0.208 0,088

Нержавеющая сталь 65 150 0,983 1,570 -400 -270 7,00 б, 60 0,15 0,15 160 99 0,097 0,053

Водородный с коррекцией рН Углеродистая сталь 50 80 0,544 0,562 -305 -305 7,60 7,60 0,15 0,15 88 88 0,179 0,117

Бескор- рекци- онный Углеродистая сталь 150 0,882 +350 6,75 0,15 93 0,282

Результаты экспериментального исследования влияния восстановительных водных режимов с дозированием водорода на поведение углеродистой и нержавеющей сталей в динамических условиях в интервале температур 50...150°С представлены в табл.1. Во всем интервале температур от 50 до 150°С, соответствующем участку конденсатно-питательного тракта от конденсатоочистки до деаэратора, восстановительные водородные режимы обеспечивают удовлетворительные скорости коррозии углеродистой стали. Сопоставление с бескоррекционным режимом показывает, что скорость коррозии углеродистой стали в восстановительной водородной среде при 1М°С снижается более чем в три раза, от 0,282 г/<м2-ч) до О.СЯв г/(м2-ч). При температурах до 100°С оптимальным для углеродистой

стали признан восстановительный водородный режим с коррекцией рН до значений 7,5...8,0. Увеличение рН с нейтральных до слабощелочных значений позволяет снизить скорость коррозии углеродистой стали в восстановительной водной среде в 1,5+2 раза. Коррозионная устойчивость нержавеющей стали в условиях восстановительных водородных водных режимов остается практически неизменной во всем исследуемом интервале температур. Следует отметить, что полученные скорости коррозии углеродистой стали превышают имеющиеся в литературе данные. Это связано с тем, что длительность опытов составляет не более 150 часов и практически совпадает с начальным периодом образования защитной пленки, когда образуется основная масса оксидов на поверхности металла.

Четвертая глава посвящена анализу результатов экспериментального исследования. С помощью кулонометрического потенциодина-мического метода качественно исследован' фазовый состав продуктов коррозии углеродистой стали, находившихся в водном теплоносителе и накопленных на титановых фильтрах с диаметром пор менее 1 мкм, (табл.2). Исходя из результатов проведенного исследования и имеющихся литературных данных о формах существования соединений железа и меди.в восстановительных водных средах, можно утверждать,

Таблица 2.

Результаты исследования фазового состава продуктов коррозии железа при водородном и бескоррекционном водных режимах

Условия эксперимента

Водородный реким, 150°С

Водородный реким, 150°С

Отмывка после водородного режима, 150°С Бескоррекционный п.-'ЖИМ, 1Г>0°С Беског.рекинонннй рожим. К>0°С

Фазовый состав ПК

Присутствие Fe304 80+90 % Ре^Од,10+202 а-Ре203 Не идентифицирован 70+80 % а-Ре203, 20+30 % FeO

1-я кривая: 100 % a-Fe203,

2-я кривая: 90+95 % a-Fe203,

до 5 % FeO

что при водородном режиме как в теплоносителе, так и в отложениях на поверхности металла продукты коррозии железа будут находиться преимущественно в форме Fe^Oj, а продукты коррозии меди - в форме Cu,0.

С помощью существующей расчетной термодинамической модели растворимости продуктов коррозии конструкционных материалов ТЭС и АЭС, созданной для оценки влияния водных режимов на поведение продуктов коррозии в реальных условиях, проанализировано Елияние водородного водного режима на растворимость оксидов Fe30¿ и CiuQ. Из представленных на рис.2 результатов- математического моделирования следует, что при концентрациях растворенного водорода % Ю-5 моль/кг изменении рН от слабокислых до слабощелочных значений (в интервале 6,0...8,0) не должно оказывать существенного влияния на растворимость Fe,04 и CugO во всем рассматриваемом интервале температур гб.-ИбОЧ!. С увеличением рН растворимость магнетита незначительно снижается, а растворимость куприта остается практически постоянной. Зависимость растворимости магнетита от температуры имеет слабо выраженный максимум, который сменен в область температур 50...100°С. Растворимость куприта с увеличением температуры резко возрастает, независимо от концентрации водорода. По этой причине медные сплавы применяются в качестве конструкционных материалов лишь при температурах до Ю0°С.

Сопоставление данных теоретического анализа с результатами проведенного экспериментального исследования показывает, что качественно они достаточно хорошо согласуются между собой.

В статических условиях при комнатной температуре сведение водорода в обессоленную деаэрированную воду в целях снижения ОБП до -300...-100 мВ (относительно н.в.э.) приводит к уменьшению выноса продуктов коррозии углеродистой стали и практически не влияет на скорость коррозии нержавеющей стали и латуни (рис.З). Изменение рН от нейтральных до слабощелочных значений не оказивает заметного влияния на скорость коррозии исследуемых материалов.

На основании результатов, полученных в динамических условиях, можно утверждать, что введение водорода в обессоленную деаэрированную воду приводит к уменьшению скорости коррозии углеродистой стали (рис.4). Получено, что с увеличением рН от нейтральных до слабощелочных значений при температурах ;j(>¡v/'o скорость коррозии углеродистой стали незначительно снижлот'М, и воздействие рН уменьшается с ростом температуры. При я<ч i«-<

^ т, моль/кг

- 4

- 5

- 6 - 7

- 9

- 10

\ Си2СК,

.— рН=9,0 Ге304

7 рН=6,0 рН=7,0 рН=8,о :

ч рН=8,0 чРН=М рН=9,0 :

0 2 4 6 8 10 12 14 рНя-с 0 50 100 150 200 250 1,'С

Рис 2. Расчетные заюсшостя раствори*остя овсвдов железа « кеда в восстшовгтешиой водной среда (Св, = 20 ют/кг)

А, иг/(*г-час) 0,5

0,4 0,3 П 0.1 0

........... ■¿Л = 8 5 - 7,0

•У

ч ■

-у-

А, мг/(иг-час) 0,5

0,4

0,3

0,2

0,1 О

- , ОВП =-350.-589 иЗ

1

' г • • Vй

-600 -400 -200 0 +200 +400 ОВП. «В (х.с.э;) 6,0

7,0

8,0 рН

• « - углеродиста» стгшц я - нержавеюща« стат.; ♦ - латунь;

• Рлс.3. Влияние ОВП и рН ка шнос продут® коррозии в «тлеет условиях. •

А, г/(м2-час) 0.4

03

0.2

0.1

\ •

к ♦

—■ •—«-

20

40

60

80

100

120

140

160 I. т

® - кдородай ркгш ва ивд<щц рЯ. упкрадяти спа Л - кдородай рот, рНях -7.541. рткуолзетм ямк

ф - бееирреяиопл! р««*, ртгредкпи г»"»; Э - юдароои! рехм 6« 1»рр«зя рН, »»риймите! <

Рнс.4. Влияние температуры и рН на вынос продуктов коррозии железа в дяшичесш углсрчз*

температурах снижение интенсивности коррозионных процессов на поверхности углеродистой • стали ■ при водородных водных режимах происходит более эффективно. При 150°С скорость коррозии углеродистой стали при водородном режиме без коррекции рН снижается практически до значений скорости коррозии нержавеющей стали.

В пятой главе изложены результаты промышленного внедрения восстановительного водородного водного режима для системы водяного охлаждения статора электрогенератора на энергоблоке модностью 250 МВт. Для заполнения и подпитки системы охлаждения используется обессоленная вода после БОУ. Для осуществления водородного режима необходимо снизить концентрацию растворенного кислорода до 20+40 мкг/кг. В результате присосов газообразного водорода из системы охлаждения ротора осуществляется самопроизвольное дозирование водорода в охлаждающую воду и создаются восстановительные условия в системе охлаждения статора. После внедрения водородного водного режима содержание продуктов коррозии меди в охлаждающей воде снизилось с 80+200 шг/кг до 20+60 мкг/кг. Для изучения влияния водородного режима на поведение конструкционных материалов системы охлаждения был проведен промышленный эксперимент с осуществлением расширенного химконтроля параметров водного режима. Измерялись значения ОВП и рН охлаждающей воды; определялись концентрации кислорода и продуктов коррозии меди. Проведенные испытания подтвердили, что существует вполне определенная взаимосвязь между перечисленными выше показателями водного режима' (рис.5). Результаты промышленного эксперимента и данные последующей эксплуатации энергоблока продемонстрировали, что водородный реким обеспечивает низкие скорости коррозии конструкционных материалов системы охлаждения статора, при которых содержание продуктов коррозии меди в охлаждающей воде составляет 30...50 мкг/кг, способствует быстрой стабилизации показателей водного режима при пуске энергоблока. Наиболее актуально применение водородного режима системы охлаждения статора при осуществлении иойтрпльно-кнслородного режима основного контура энергоблока.

На ос!1о1ании выполненных исследований разработана рекомен-г/'Шг,! для тчюги ведения водородного водного реаима системы

-V :г1ж;ьч:ия |'тпторп элпктрогенератора. Рекомендуется поддерживать •ж»ч. нил рН оллчзсаювей воды не ниже б,8...7,0; содержание 1 ;•.•;> ккг -кг; удельная электропроводность охлаждающей

-и л ч!1 0,3 м<См/см,

1'7

840 Время, час

Рис.5. Изменение показателей водио-хшпиесюго режима системы статора электрогенератора ТБВ-320-2 блока 250 Mît в период проведет промшмеяног» эксперимента.

ОСНОВНЫЕ ВЦЪШШ

1. Проведен сопоставительный анализ имеющихся в литература данных теоретических и экспериментальных исследований и промышленной эксплуатации, который показывает, чтр основные водные режимы энергоблоков СКД: гидразинно-аымиачный, нейтрально-окислительный, гидразшшый- не обеспечивают высокой коррозионной устойчивости сплавов на основе железа и цеди при их совместном присутствии в конденсатно-Аитательном тракте (КПТ).

2. Анализ теоретических положений и обзор существующих термодинамических расчетных моделей позволяет обосновать целесообразность использования восстановительного водного режима при температуре до—'*50°С в случае одновременного присутствия сталей-« медьсодержащих сплавов в-тракте электростанции.

.3«-'Предложен новый восстановительный водный режим, который предусматривает поддержание окислительно-восстановительного потенциала водной среды на уровне -(100*300) мВ относительно к.в.з. .при нейтральных либо слабощелочных значениях рН а удельной электропроводности воды не более 0,15*0,20 мкСи/см. В качестве восстановителя предложено использовать водород. ,

4. в результате проведенных экспериментальных исследований, в основу которых положено изучение выноса продуктов- коррозии конструкционных материалов КПТ энергоблоков СКД (углеродистая сталь 20, нержавеющая сталь 08Х18НЮТ, латунь. Л-68) установлено следующее:' •' , • -

- введение водорода в обессоленную деаэрированную; воду с удельной электропроводностью не , более 0,15 мкСм/см в статических условиях при комнатной температуре снижает

" скорость коррозии углеродистой стали примерно в два раза и практически .не влияет на коррозионные характеристики нержавеющей стали и латуни; ■ ,

- в динамических условиях, моделирующих работу низкотемпературного участка КПТ энергоблоков СКД при температурах до 150°С, в нейтральных и слабощелочных водных средах высокой степени чистоты скорость коррозии углеродистой стали в присутствии водорода снижается в 2+4 раза; отмечается уменьшение выноса продуктов , коррозии с увеличением температуры. Коррозионная устойчивость нержавеющей стали в исследуемом чнт'Ч'Вчле температур. 50+150°С. существенно не изменяется.

5. Проведено электрохимическое исследование фазового состава находящихся в воде продуктов коррозии углеродистой стали, которые образуются при водородном водном режиме и в обессоленной воде при повышенных температурах. На основании полученных результатов и имеющихся литературных данных о формах существования соединений железа и меди в восстановительных водных средах, можно утверждать, что в этих условиях в теплоносителе и на поверхности металла продукты коррозии железа будут находиться преимущественно в форме магнетита Ре304, а продукты коррозии меди - в форме куприта С^О, обладающих низкой рртворимостью.

6. На основании анализа расчетных данных, полученных с помощью существующих термодинамических моделей, показано, что в восстановительной водной среде, содержащей водород в количествах 2060 мкг/кг, изменение рН в интервале 6,08,0 не оказывает супзственного влияния на растворимость ?е304 и Си^О в; исследуемом интервале температур 25+150°С. С ростом температуры от 50°С до 150°С растворимость магнетита, согласно расчетам, снижается, а растворимость куприта возрастает. Полученные теоретические расчетные закономерности достаточно хорошо согласуются с результатами проведЬнных экспериментов.

7. Высокая эффективность применения восстановительного водородного водного режима в целях снижения скорости коррозии медьсодержащих сплавов продемонстрирована в промышленных условиях на примере системы водяного охлаждения обмотки статора электрогенератора энергоблока мощностью 250 МВт. На основании проведенного промышленного эксперимента и анализа данных последующей эксплуатации энергоблока разработаны рекомендации по ведению восстановительного водородного режима системы охлаждения статора электрогенератора.

8. Выполненные исследования подтверждают целесообразность применения восстановительного водородного водного режима для низкотемпературного участка конденсатно-питательного тракта энергоблоков СКД в случае совместного присутствия в нем сталей и латуней. Этот режим может быть предложен для решения проблемы уменьшения износа оборудования и продления его срока службы на тех электростанциях, где по тем или иным нричшпм невозможно заменить медьсодержащие сплавы на участка рогенсро-тивного подогрева воды на нержавеющую столь и <г.уэост»шггь

эксплуатацию энергоблоков при ск»км->:1ч..-д,иск г<ш>о» рекзг:. Главным преимуществом "предлагаем:го восо^-'¡¡оачтолмого •-■олчогс режима по сравнению с существующие {гапраззиний, гидразиннэ-аммиачный) является его экологическая безопасность.

Основные положения диссертационной работы изложены в

следующих опубликованных работах:

1. Петрова Т.И..Носова Н.П.,.Воронина М.П. Коррозия углеродисто* и нержавеющей сталей при восстановительном водно-химическом режиме.// Труда ин-та/ Мзск. энерг. ин-т.- 1988.- Вып.166.-С.17-20.

2. Петрова Т.И.,Носова Н.П., Воронина М.П. Рляянкэ водно-химических режимов на поведение латуни.// Труды ин-та/ Моск.

.... -знёрг, ин-т.- 1989- Вып.208,- 0.14-18.

3. Водно-химический режим системы охлаждения электрогенераторов на теплофикационных энергоблоках 250 МВт. /Петрова Т.И., Носова Н-П.. Воронина М.П., Вороханов А.Б., Тупикина Н.В. //Энергетик. 1990, № 8, с.14-16.

4. Самойлов Ю.Ф,.Носова И.П., Воронина М.П. Определение выноса продуктов коррозии конструкционных материалов с использованием микропористого фильтра.// Труды ин-та/ Моск. энерг. ин-т.-

1°91.- Вып.630.- С.87-95.

5. Martynova 0.1., Voronlna М.Р. "Einfluas der chemischen Betriebsweise von War,per-Dampfkreli3lsufen auf die Dampf-quaHUt",// VGB-КопГегепк "Chemie Im Kraftwerk". - 1991. -

'/¿f'".......663

1и»»|>.ф» .M?P. K|. |. '..kl |»|WH|| "1 II