Анализ следов металлов для мониторинга коррозии в конденсатных когенерационных системах

Повторный анализ нескольких анализов железа питательной воды парогенераторов и необходимость мониторинга меди на когенерационных установках.

Брэд Бюкер ​​– Buecker & Associates, LLC

В предыдущих статьях по энергетике мы рассмотрели важность мониторинга следов железа для определения степени коррозии углеродистой стали в контурах конденсата и питательной воды котла-утилизатора (КУП). (1, 2) Системы питательной воды котла-утилизатора обычно не содержат медных сплавов, за исключением, возможно, редко конденсатора с трубками из медного сплава. Однако когенерационные и крупные промышленные паровые системы могут иметь многочисленные теплообменники, содержащие трубки из медного сплава.

Соответственно, мониторинг конденсата как по железу, так и по меди важен для оценки эффективности программ химической обработки в плане минимизации коррозии и вторичного эффекта переноса продуктов коррозии в парогенераторы. В этой статье мы кратко рассмотрим несколько важных аспектов анализа железа конденсата/питательной воды парогенераторов. Мы также рассмотрим, почему необходим мониторинг меди на когенерационных установках, а также современные аналитические методы анализа следов металлов.

В эпоху строительства крупных заводов по добыче ископаемого топлива в середине прошлого столетия сеть конденсата/питательной воды обычно содержала несколько закрытых подогревателей питательной воды плюс открытый нагреватель – деаэратор.

Медные сплавы были распространенным материалом для изготовления трубок нагревателя закрытой питательной воды из-за превосходных свойств меди по теплопередаче. Однако медь подвержена коррозии из-за совместного воздействия растворенного кислорода и аммиака, причем последний является обычным химическим веществом для контроля pH питательной воды (хотя на некоторых заводах предпочтительными остаются подщелачивающие, то есть нейтрализующие, амины). (3, 4)

Кислород преобразует защитный слой Cu2O на поверхности меди (где медь находится в степени окисления +1) в CuO, при этом медь переходит в степень окисления +2. Cu2+ реагирует с аммиаком с образованием растворимого соединения. Таким образом, практически для любой системы, содержащей медные сплавы, сочетание механической деаэрации и химического удаления кислорода было и остается необходимым для защиты сплавов. Поглотитель кислорода также служит пассивирующим агентом для превращения CuO обратно в Cu2O.

Комбинация аммиака или смеси аммиака/амина для контроля pH и подачи поглотителя кислорода известна как обработка полностью летучими веществами (AVT(R)). Он создает знакомый темный магнетитовый слой (Fe3O4) на углеродистой стали, но его больше не рекомендуют для энергоблоков и котлов-утилизаторов без медных сплавов.

Скорее, подходящим выбором является окислительная обработка полностью летучими веществами (AVT(O)), как описано в ссылке 1 (без подачи поглотителя кислорода, но с аммиаком или смесью аммиака/амина для контроля pH). AVT(O) образует красный оксидный слой α-гематита (также известный как гидрат оксида железа (FeOOH)) на углеродистой стали. Для успешной работы AVT(O) требуется питательная вода высокой чистоты с катионной проводимостью <0,2 мСм/см. Для когенерационных и промышленных систем производства пара (обычно) питательная вода более низкой чистоты и/или наличие теплообменников с трубками из медного сплава не позволяют использовать AVT(O), при этом AVT(R) является обязательным вариантом.

Необходим тщательный химический контроль, чтобы найти баланс между минимальной коррозией железа и меди. Ключевым компонентом программы обработки является мониторинг продуктов коррозии, позволяющий гарантировать оптимизацию химического состава.

Что касается мониторинга железа, необходимо кратко повторить несколько дискуссионных моментов из Ссылки 2.

Обычно 90% или более продуктов коррозии стали существуют в виде частиц оксида железа. Таким образом, измерения только что растворенного железа не приближаются к общей концентрации продуктов коррозии. Хах разработал настольную процедуру, в которой используется 30-минутный процесс расщепления для перевода всего железа в растворимую форму для последующего анализа на стандартном спектрофотометре.

Нижний предел обнаружения составляет 1 часть на миллиард (ppb), что является удовлетворительным даже для парогенераторов высокого давления, где рекомендуемая концентрация железа в питательной воде составляет <2 частей на миллиард. Как показали события, произошедшие за последние почти четыре десятилетия, мониторинг железа очень важен для отслеживания коррозии с ускорением потока (FAC) в системах конденсата/питательной воды, а также в экономайзере и испарителе низкого давления (а часто и в некоторых контурах промежуточного давления) многоцелевых установок. ПГРТ давления. Этот настольный метод обеспечивает только моментальные показания, но этого часто бывает достаточно, если система защищена надлежащим химическим составом. (5)