Стенд для коррозионных испытаний конструкционных материалов теплообменного оборудования

Коррозионное растрескивание представляет собой сложный процесс разрушения металла, происходящий при одновременном воздействии на него коррозионной среды и растягивающих напряжений. Макроскопическое разрушение при коррозионном растрескивании имеет остро-локализованный хрупкий характер без видимой пластической деформации. Трещина развивается перпендикулярно растягивающим напряжением. Этому виду разрушения, особенно при контакте с водными растворами хлоридов, сильно подвержены аустенитные нержавеющие стали, что, несмотря на хорошие технологические, прочностные и общие коррозионные свойства, существенно ограничивает их применение.
В последние годы коррозионное растрескивание исследуется особенно интенсивно, однако полного понимания сути этого явления еще не достигнуто. В первую очередь это объясняется сложностью процесса, невозможностью выделить при его изучении отдельные факторы в изолированном виде.
Лабораторные исследовательские работы, направленные на изучение коррозионного растрескивания различных марок сталей, ведутся на опытных образцах ускоренными методами и позволяют получить относительные (в сравнении со сталью 08Х18НЮТ) характеристики коррозионной стойкости материалов. Однако такие характеристики могут служить лишь косвенным показателем стойкости материала к хлоридному растрескиванию и не могут с достаточной точностью прогнозировать поведение данной стали в длительных эксплуатационных условиях или на специальных исследовательских стендах с режимами работы, максимально приближенными к условиям эксплуатации.
На ЗиО разработан стенд с целью изучения коррозионной стойкости и выбора материалов для энергетического оборудования АЭС.
Схема коррозионного стенда (рис. 1) состоит из двух самостоятельных контуров с естественной циркуляцией:
контура высокого давления (КВД), где теплоносителем является пар давлением 3,9 МПа и температурой 247 °С, и контура низкого давления (КНД), где рабочей средой является пар низких параметров (/7=0,35 МПа, 1= = 138 °С).
Нагрев рабочей среды КНД до температуры насыщения производится в барботере 3 заводским паром. Следуя далее в межтрубное пространство опытных теплообменников, пар перегревается насыщенным паром высоких параметров КВД, который производится в парогенераторе 1 за счет электро-обогрева через трансформатор 11, и поступает внутрь труб 0 14Х 1,2 опытных теплообменников.
Таким образом, по наружной поверхности труб опытных теплообменников происходит упаривание влаги, содержащейся в паре, что создает условия для концентрирования и отложения хлор-ионов на стенках труб.
Пар КНД используется как рабочая среда для коррозионных испытаний, расход пара определяется расходомерной вставкой. Заданная концентрация хлор-ионов в рабочей среде достигается за счет подачи в барботер раствора Г>1аС1 с помощью насоса-дозатора 5 типа НДЮО/63 из бака 6. Кислород в барботер подается из баллона 7 через редуктор типа ДКД8-65 (КБ Д-25 по ГОСТ 6268—68).
Для получения естественной циркуляции в КНД пар из теплообменников поступает в холодильник 4, конденсат возвращается в барботер. В КВД холодильник отсутствует, его роль выполняют опытные теплообменники. Для заполнения обоих контуров конденсатом перед пуском коррозионного стенда используется холодильник 8, после которого предусмотрена система водоподготовки, включающая механический фильтр 9 и ионообменные фильтры 10.
Стенд рассчитан на одновременное испытание шести — восьми опытных однотрубных теплообменников (рис. 2). Теплообменник представляет собой упрощенный вариант рабочего участка и состоит из разъемного корпуса 1, выполненного из трубы 28Х 3, имеющего с двух сторон фланцы. Между фланцами 2 и 3 через прокладки зажимается трубная доска 4 с заделанной в нее по заводской технологии трубой 5. Другой конец трубы, проходя через фланцы 6, 7, имеет сальниковое уплотнение 8, обеспечивающее перемещение трубы в осевом направлении, что позволяет получать заданное растягивающее напряжение за счет статической нагрузки с помощью специального нагрузочного рычагового устройства.
Испытуемые опытные теплообменники располагаются вертикально, нагрузочное устройство крепится к нижней сборной камере теплообменников, корпуса теплообменников закреплены неподвижно.
Контроль температуры пара контуров осуществляется термопарами, установленными на входе и выходе опытных теплообменников, с записью их показаний на потенциометре типа ЭПП-09. Давление в контурах контролируется манометрами с одновременной записью показаний на вторичные приборы.
Для обеспечения заданных скоростей пара, которые подбираются близкими к рабочим и обусловливают осаждение хлорионов, в КНД производится замер расхода пара. Для избежания дросселирования пара вместо измерительной шайбы используется расходомерная вставка разработанная на заводе.
Уровень конденсата в парогенераторе и барботере регистрируется с помощью термопар, заделенных на водомерной металлической трубе с шагом 5 мм на участке колебаний уровня. Положение уровня определяется по разности показаний термопар на участках воды и пара (метод замера МЭИ).
Стенд рассчитан на длительную автоматическую работу, поэтому снабжен системами регулирования заданных параметров пара и аварийной защиты в случае выхода из строя узлов коррозионного стенда. Участие исследователя в работе стенда требуется в период отбора проб для определения концентрации хлорионов и кислорода в рабочей среде, а также получения заданной их концентрации.
Для определения концентрации необходимых элементов в рабочей среде используются химико-аналитические методы, опробированные в практике исследовательских работ.
Особенностью заводского коррозионного стенда является возможность исследования стойкости против коррозионного растрескивания моделей натурных узлов энергооборудования с учетом технологии изготовления трубного пучка, заделки труб в трубные доски, наличия простых и композитных сварных соединений и т. д.
Одной из первых работ, намеченных к проведению на стенде, является работа по оценке коррозионной стойкости стали 08Х14МФ, предназначенной для изготовления сепаратора-пароперегревателя СПП-750. Опытные теплообменники будут изготовлены в двух вариантах: труба и трубная доска, корпус из стали 08Х14МФ, труба из стали 08Х14МФ, трубная доска и корпус из стали 22К. Испытания будут проведены в сравнении с работой теплообменников из стали 08Х18Н10Т.