Коррозия паровых турбин ТЭС и АЭС

Коррозия паровых турбин ТЭС

В процессе эксплуатации конструкционные материалы проточной части паровых турбин подвергаются двум видам коррозии: до точки фазового перехода теплоносителя – химическая, далее – электрохимическая. Учитывая сверхзвуковые скорости движения среды, негативное влияние на металл коррозии дополняется эрозией.

К металлам, из которых изготовлены детали паровых турбин, предъявляются высокие требования в отношении механической прочности, пластичности, устойчивости свойств при высоких температурах, коррозионной и эрозионной стойкости. Для корпусных деталей турбин, дисков и роторов, как правило, используют перлитные стали различных марок. Рабочие лопатки изготавливают из хромистых и хромистомолибденовых аустенитных сталей. По мере снижения рабочих параметров теплоносителя марки сталей меняются.

Условия работы металла проточной части турбин принципиально отличаются от условий работы котельного металла. Расширение пара в проточной части турбины идет при резком снижении его давления и сверхзвуковой скорости потока, что оказывает прямое влияние на растворимость примесей в паре, образование концентрированных растворов отдельных соединений, возникновение на поверхности металла отложений. С учетом его высоких напряжений, особенно при наличии в теплоносителе свободной углекислоты, а также NaCl и NaOH появляется реальная угроза коррозионного растрескивания. Коррозионное растрескивание – это образование в металле трещин в результате одновременного воздействия на него коррозионных сред и механических напряжений.

При коррозионном растрескивании нормально пластичные металлы подвергаются ярко выраженному хрупкому разрушению. Коррозия, происходящая под напряжением, развивается вдоль границы зерен, дефектов кристалла внутри зерна, поэтому в зависимости от сплава, его структурного состояния, состава коррозионной среды, растрескивание под напряжением по характеру может быть: межзеренным (межкристаллитным), внутризеренным (транскристаллитным) и смешанным.

Особенности коррозионно-эррозионных процессов турбин АЭС

Состояние теплоносителя в проточной части турбин ТЭС и АЭС принципиально отлично.

Проточная часть турбин ТЭС работает на перегретом паре, и только последние ее ступени – на влажном паре. Турбины АЭС работают в большей своей части на влажном паре. Связанная с этим постоянная «самопромывка» поверхностей проточной части от отложений не требует специальных периодических промывок. В то же время работа турбин на насыщенном паре имеет свои проблемы – высокий эрозионный износ конструкционных материалов. Для турбин ТЭС эти проблемы существуют в основном только для ЦНД. Для турбин АЭС опасность эрозионных повреждений характерна также и для последних ступеней ЦВД и для паровпускных устройств. Проблемы, связанные с эрозией решить химическим путем невозможно. Здесь требуются решения технические, в частности, изготовление последних ступеней ЦВД и ЦНД из эрозионностойких материалов.

Вместе с тем в составе турбинных установок АЭС имеется элемент, надежность работы которого напрямую связана с воднохимическим режимом. Таким элементом является промежуточный пароперегреватель, устанавливаемый между ЦНД и ЦВД турбины после межцилиндрового сепаратора. Он применяется для всех турбин АЭС, работающих на насыщенном паре.

Пар в промежуточный пароперегреватель для турбин К-500-6,4/50 поступает с влажностью порядка 1 % и после досушки перегревается до 265 °С. Но так как давление перегреваемого пара низкое (около 0,33 МПа), то в зоне досушки во влаге наблюдается концентрирование примесей. Возможно достижение концентрации хлоридов, при которой для аустенитных сталей может возникать коррозия под напряжением, со всеми вытекающими отсюда последствиями. В качестве меры по предотвращению коррозионных разрушений металла целесообразно применение сталей, не склонных к коррозии под напряжением.

В промежуточном пароперегревателе происходит не только концентрирование примесей, но и связанное с ним образование твердых отложений, что, прежде всего, относится к кремниевой кислоте и к продуктам коррозии. Учитывая конструктивные особенности промежуточного пароперегревателя, удаление этих отложений сложно и, следовательно, требует применения эффективных мер по их предотвращению.