Atomerımővi szerkezeti anyagok és korróziójuk

Átírás

1 Atomerımővi szerkezeti anyagok és korróziójuk Dr. İsz János, BME EGR Tsz. Tajti Tivadar, LG Energia Kft. BME NTI

2 Tartalom 1. A fémek korróziója. 2. Elektrokémiai korrózió Az acél védı oxidrétegei A magnetit oldódása A réz korróziója Az alumínium korróziója A nikkel korróziója A cink korróziója A cirkónium korróziója. 3. Áramlás által támogatott korrózió Az acél eróziós-korróziója folyadékfázisú vízben Az áramlás keltette erózió. 2/76

3 1. A fémek korróziója Az energetikai berendezések korróziója (többféle definíció!): a szerkezeti anyag felületének áramlási, termikus, (elektro)kémiai igénybevétel hatására bekövetkezı károsodása, amely a különbözı hımérséklető, áramlási sebességő víz és a vízben lévı anyagok szerkezeti anyaggal való érintkezésének a következménye. A korróziós folyamat mechanizmusa szerint: elektrokémiai, kémiai és áramlás által támogatott. 3/76

4 Kémiai és elektrokémiai korrózió Kémiai: a fémion és az elektron kilépés térbelileg nem elválasztva, hanem molekuláris határon belül (0,4 nm), elektromos áram keletkezése nélkül megy végbe (t g > o C hımérséklető túlhevített gızzel való érintkezésnél). Elektrokémiai: a fémion és az elektron kilépés térbelileg elválasztva (0,4 nm-nél nagyobb távolságban), elektromos áram keletkezésével megy végbe (a fémfelület vizes oldattal (elektrolittal) való érintkezésénél fordul elı, tehát az energiarendszerek nagy részére ez a jellemzı). 4/76

5 A korrózió csoportosítása Határoló felület szerkezeti anyaga Munkaközeg és szennyezôdései üzem állás Korrózió általános lokális korróziótermék a munkaközegben lyukadás a berendezésben determinisztikus sztochasztikus 5/76

6 A korrózió csoportosítása Általános (egyenletes) korrózió: a felület többé-kevésbé egyenletes elvékonyodását okozza. Általában a korróziósebességgel (w k, mg/m 2 h, µm/év) adják meg. Döntı mértékben meghatározza a korróziótermékek vízbe került mennyiségét (w k F). Elıre tervezhetı korróziós pótlék. 6/76

7 A korrózió csoportosítása Lokális (helyi) korrózió: a fémfelületnek csak meghatározott részére terjed ki, és a szerkezeti anyag lokális komplex igénybevételének következménye, melynek összetevıi: térfogati (mechanikai feszültségek, deformáció), felületi (víz és szennyezıanyagai: áramlás, lerakódás, koncentrálódás a pórusokban), térfogati és felületi (hıátvitel: hımérséklet, hıáram-sőrőség; üzemvitel: teljesítmény-, nyomás-, hımérsékletváltozások és sebességük). 7/76

8 A korrózió csoportosítása Üzemi és állás alatti korrózió megkülönböztetését az eltérı környezet indokolja. Üzemi környezet a nagy hımérsékletek ellenére kevésbé agresszív (tisztított, kondicionált víz), lényegesen kisebb korróziósebességek. Állás alatti környezet a közel környezeti hımérséklet ellenére agresszív, számolni kell a légkör szennyezıanyagaival, üzeminél nagyobb korróziósebességek. Az utóbbi idıben felértékelıdött az indulás (állásból üzemi állapotba) vízüzeme, hiszen befolyásolja a következı idıszak/ok/ komplex igénybevételét. 8/76

9 2. Elektrokémiai korrózió Elektrokémiai korrózió lezajlása két összefüggı, egyidejőleg lezajló, de bizonyos mértékig önálló részfolyamat eredménye: Az anódról a fémionok oldatba mennek, miközben egyenértékő elektronmennyiség a fémben marad. A katódon a depolarizátorok (H +, OH -, O 2, Cl -, SO 4 2-, Fe-, Cu-, más fémionok, stb) asszimilálják az anódos részfolyamat során felszabadult többletelektronokat. Bármelyik részfolyamat lelassulása az elektrokémiai korrózió lelassulásához vezet. 9/76

10 Felhasznált szerkezeti anyagok Berendezés Szerkezeti anyag Korróziótermék alkotók Kondenzátorcsövek Hőtıtorony hıcserélı elemek Tápvízelımelegítık, hıcserélık csövei Gızturbinák Gızfejlesztıcsövek, hurok vezetékek Főtıelem burkolatok rézötvözetek ausztenites acél titán aluminium monel ötvözetlen, ötvözött, ausztenites acél króm-nikkel ötvözet ötvözetlen, ötvözött, ausztenites acél ötvözetlen, ötvözött, ausztenites acél króm-nikkel ötvözet zirkónium ötvözet Cu (Zn,Ni) Fe (Cr, Ni) Ti Al Ni, Cu Fe, Fe(Cr) Fe(Cr,Ni) Cr,Ni(Fe) Fe, Fe(Cr) Fe(Cr,Ni) Fe, Fe(Cr) Fe(Cr,Ni) Cr,Ni(Fe) Zr 10/76

11 Fém-víz fázisérintkezés (ötvözetlen acél) 11/76

12 Védı oxidréteg (ausztenites acél) 12/76

13 2.1. Az acél védı oxidrétegei A fém elektrokémiai korrózióját alapvetıen a védı oxidréteg oldódása határozza meg, ha a víz áramlási sebessége kisebb a kritikusnál: w < w = kr f ( anyag minıség) ötvözetlen acél ([Cr+Mo]<0,25 %): w kr =1,5-1,7 m/s, ötvözött acél: ([Cr+Mo]=1-12 %): w kr =2,0-4 m/s, ausztenites acél: w kr =4-7 m/s, rézötvözetek: w kr 2-2,5 m/s 13/76

14 A védı oxidréteg képzıdés mechanizmusa Oxigénmentes vízben a topotaktikus magnetit a fémfelületen lejátszódó reakcióból képzıdik: Fe + 4H O Fe O + 8H 8e amelyhez a vízmolekulák a határrétegben rendelkezésre állnak. A vasionok reakciója a határrétegben : Fe OH Fe( OH ) 2 14/76

15 Oxigénmentes vízben Nem áramló, vagy kisebb áramlási sebességő víznél a határrétegben megnı a Fe 2+ -ionok koncentrációja, valamint a ph az egyensúly beálltáig, és a víz Fe(OH) 2 -re telítıdik. A képzıdött Fe(OH) 2 a Schikorr-reakció szerint 3Fe ( OH ) Fe O + 2H O + H magnetitté alakul. A reakció sebessége o C felett rendkívül gyors. 15/76

16 A magnetit képzıdése 16/76

17 Oxigéntartalmú vízben Oxigéntartalmú vízben az O 2 a Fe 2+ -ionok egy részét Fe 3+ -ionokká oxidálja, s az Fe(OH) 2 -nél is rosszabbul oldódó Fe(OH) 3 jelenlétében magnetit képzıdik: 2 Fe( OH) + Fe( OH) Fe O + 4H O A védıréteg-képzıdés elıre haladtával egyre kevesebb Fe(OH) 2 áll rendelkezésre a reakcióhoz, lelassul a transzport a magnetit rétegen keresztül, így változatlan O 2 koncentráció mellett O 2 -felesleg jön létre a vízzel érintkezı oxidréteg felületén. 17/76

18 Oxigéntartalmú vízben Ezért az oxidrétegen keresztül diffundáló Fe 2+ - ionokból magnetit helyett hematit képzıdik: γ FeOOH α FeOOH α Fe 2 O 3 A magnetit réteget három vegyértékő oxidhidrátok vagy oxidok fedik, amelyek a magnetit pórusait eltömik, és elég nagy redoxi-potenciál esetén a helyi oxidáció γ- Fe 2 O 3 (maghemitet) ad. 18/76

19 A védı oxidréteg lúgos vízkémiánál (oxigénmentes víz) Az ötvözetlen acélon kialakuló védı oxidréteg spinell magnetit: Fe 3+ Fe 2+ O Ötvözött acél védı oxidrétegében a Cr (és a Mo?) az acélnál nagyobb mértékben feldúsul: Fe 3+ Cr 3+ Fe 2+ O 2 2 y y 1 4 Ausztenites acél védı oxidrétegében a Cr és a Ni az acélnál nagyobb mértékben feldúsul vegyes spinell magnetit: Fe ycry Fe1 xnix O4 19/76

20 Spinell magnetit szerkezete 20/76

21 A védı oxidréteg semleges vízkémiánál (oxigéntartalmú víz) 150 o C-ig a magnetitet hematit (és maghemit) fedi, o C között a fedırétegben hematit (és maghemit) helyett, növekvı részarányban magnetit. Lúgos és semleges vízkémiánál 250-( ) o C között egyaránt magnetit. 21/76

22 Védı oxidréteg túlhevített gızben ( o C felett) 2Fe + O 2FeO 2 = kémiai reakció eredményeként létrejön a védı oxidréteg, a vüsztit. Lúgos és semleges vízkémiánál ( ) o C felett egyaránt vüsztit. 22/76

23 Az oxidréteg vastagsága Ötvözetlen, gyengén ötvözött acélon a védı (belsı) oxidréteg µm vastag, ötvözött acélon kisebb. Ausztenites acélon a védı oxidréteg 0,05-1,0 µm vastag. A további vastagságnövekedés már nem védı hatású, mert döntıen a vízbıl, s nem a felületrıl építkezik. 23/76

24 2.2. A magnetit oldódása Az ausztenites acélon képzıdött magnetit oldódására primerköri hőtıvízben nagyszámú kísérlet eredményeként Sweeton-Baes dolgozott ki modellt: o C hımérséklet, 1 bar parciális nyomású hidrogénnel egyensúlyban levı vízzel, a ph beállításához mol/dm 3 koncentrációjú KOH-ot és mol/dm 3 HCl-ot adagoltak. 24/76

25 Sweeton-Baes modell A magnetit oldódására az alábbi sztöchiometriai egyenletet írták fel: 1 3 Fe b b Fe 3 = = 3 O 0 2 O 4 4 { s} b = 1 b = 3 + { s} + (2 b) H + H { g} : Fe 2+ + [ Fe( OH )] [ Fe( OH ) 2 ] [ Fe( OH ) ] Fe( OH ) 2 b b b H 2 O 25/76

26 Sweeton-Baes modell Meghatározták a reakciók hımérsékletfüggı egyensúlyi állandóit: K b =f(t). K b, ph [H + ] és p[h 2 ] értékébıl számítható a négy különbözı vas korróziótermék hımérsékletfüggı oldott koncentrációja: Fe [ ] b H ( T ) p[ ]3 2 b ( OH ) b ( T ) = K b ( T ) H 2 Ezek ismeretében az összes oldott vas moláris koncentrációja: + = Fe + Fe( OH) + + Fe( OH) + Fe( OH [ ] [ ] [ ] [ ] ΣFe oldott 2 ) 3 26/76

27 A magnetit számított oldhatósága 25 o C-on A magnetit oldhatósága a Sweeton-Baes modell szerint t=25 oc-on ,1 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9, , ,5 12 cfe [mol/kg] 0,01 0,001 0,0001 0,00001 p[h2]=1bar p[h2]=0,1bar 0, , , ph 27/76

28 A magnetit oldhatóság minimuma a ph T függvényében A magnetit oldhatóság minimális tartománya a pht függvényében 0,16 Fe-koncentráció [mikromol/kg] 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 t=295 [oc] t=265 [oc] t=155 [oc] t=50 [oc] 6,5 6,8 7,1 7,4 7,7 8 8,3 8,6 8,9 9,2 9,5 9,8 10,1 10,4 pht 28/76

29 A magnetit oldhatósága gızerımőben Magnetit oldhatósága gızerımőben oldott vas koncentráció [mikrog/kg] ,5 8 8,5 9 9,5 10 pho-érték [-] Kk (30 oc) KE (90 oc) NE (195 oc) GFk (256 oc) 29/76

30 A magnetit oldhatósága [Cohen] 30/76

31 A magnetit oldhatósága forrásban levı vízben c Fe =f(ph o ) a)1,86 bar, b)68,8 bar, c)117,7 bar [Margulova] 31/76

32 A magnetit oldhatósága [Margulova] (1-285 o C, o C) 32/76

33 A magnetit oldhatósága (t=300 o C) a ph o függvényében (1-MEI, 2-Oak-Ridge), [Margulova] 33/76

34 A magnetit oldhatósága a hımérséklet függvényében különbözı ph-nál [Margulova] 34/76

35 A magnetit tényleges oldhatósága A magnetit oldhatóság minimuma 25 o C- on (minta hımérsékletén) ph o >9,0 tartományban van. Ezen alapszik a lúgos vízkémia. Az ausztenites acélon kapott oldhatósági számítás eredményei kvalitatív megfontolásokkal átvihetık az ötvözetlen és ötvözött acélokra is. 35/76

36 2.3. A réz korróziója A réz korrózióval szembeni ellenállását a felületén képzıdı vékony, kétfázisú oxidréteg biztosítja: az alsó, a fémmel érintkezı topotaktikus réteg Cu 2 O, míg az ezen elhelyezkedı epitaktikus réteg CuO alkotja. A kétfázisú oxidréteg oldódását a víz áramlási sebessége és O 2 - tarlama is befolyásolja. 30 o C hımérsékleten, ha komplexképzı vegyület (NH 3 ) nincs a munkaközegben, az oldhatóság minimális (1-2 µg/kg). A hımérséklet növekedésével a réz-oxidok stabilitása csökken a réz-ionok (Cu +, Cu 2+ ) rovására, nı a réz korróziótermékek oldhatósága (ezért nagyobb a réz korróziótermék kibocsátása a kisnyomású elımelegítıkben, mint a kondenzátorokban). 36/76

37 A réz korróziótermékek oldhatósága [Heitmann] 37/76

38 CuO oldhatósága forrásban lévı vízben (t s =285 o C) c Cu =f(ph o ) [Margulova] 38/76

39 39/76 A réz korróziója Cu 2 O képzıdése: CuO képzıdése: H O Cu e O H Cu e Cu Cu e H O Cu O H Cu CuO e O Cu O Cu e O Cu H CuO e O H Cu / 2 2 1/ 2

40 A réz korróziója Az ammónia, mint komplexképzı hatására viszont lúgos közegben a vízben igen rosszul oldódó rézoxidok helyett jól oldódó réz-amin-komplexek képzıdhetnek. ph=9 fölött megindul a réz-amin-komplexek képzıdése, s ennek megfelelıen növekedni kezd a vizes oldat réz-tartalma, ami ph o =9,2-9,3-nál éri el a szabványokban elıírt maximális koncentrációt. Oxigén hatására ammónia jelenlétében nı a réz oldhatósága. Ez az elméleti alapja a tápvíz illékony lúgosításának, amely szerint a fıkondenzátum ph o -ja a 9,3 (9,0) O 2 - tartalma a 20 (50) µg/kg értékpárt nem haladhatja meg. 40/76

41 A réz oldhatósága a víz ph függvényében 41/76

42 A réz oldhatósága vízben, NH 3 és O 2 jelenlétében Ha a vizes oldat ammónián kívül oxigént is tartalmaz, a rézoldódás mechanizmusa a következı: a réz és az oldott ionok közti egyensúlyt (1), az oxigén anódos folyamata az oxidáció felé tolja el, amivel a Cu(I)-komplexeket tovább oxidálja (2), ill. elektronakceptorként elnyeli az anódfolyamatban felszabaduló elektronokat (3): (1) (2) (3) Cu + 2NH 2Cu( NH O 2 + 2H ) O + 4e Cu( NH O H ) OH + e O + 4NH 3 2Cu( NH 3 ) OH 42/76

43 2.4. Az alumínium korróziója Bár a védı oxidrétegek képzıdésének mechanizmusa vason és rézen meglehetısen bonyolult, a keletkezett oxidréteg kémiai és fázisösszetétele viszonylag homogén. Más a helyzet az alumíniumnál, ahol a felületen kialakuló oxid-oxidhidroxid réteg összetétele idıben is változik. Megfelelı körülmények között kompakt védıréteg alakul ki az alumíniumon, ami kielégítı korrózióvédelmet biztosít. Ez az oxidréteg ph o =4,5-8,5 tartományban stabilis, de oldódását a rézhez hasonlóan az OH-ion koncentráción kívül a jelenlévı kationok is befolyásolják (a NaOH-nak jóval kevésbé áll ellen, mint az NH 4 OH-nak). 43/76

44 2.4. Az alumínium korróziója Az Al 2 O 3 oldhatósága vízben a ph függvényében [Margulova] 44/76

45 2.4. Az alumínium korróziója Az alumínium felületén képzıdı védırétegek további jellemzıje, hogy pórusaik egyes bediffundáló ionok hatására eltömıdnek, és ezáltal az oxidréteg védıhatása fokozódik (tapasztalat: semleges vízkémiájú Heller-Forgó légkondenzációs hőtırendszerekben az alumíniumon található védırétegek idıvel vas-oxidot is tartalmaznak, és a hőtıvíz Al-koncentrációja lecsökken). A semleges vízkémia optimális az alumínium korróziója szempontjából, mert a 75 o C alatt stabil bayerit (γal 2 O 3.3H 2 O) réteg oldhatóságának minimuma ph o =6,5-7,5 tartományban van. A hőtıvíz O 2 koncentrációja lényegében nem befolyásolja az alumínium korrózióját. 45/76

46 2.5. A nikkel korróziója NiO oldhatósága a ph o függvényében [Margulova] 46/76

47 2.6. A cink korróziója ZnO oldhatósága a ph o függvényében [Margulova] 47/76

48 2.7. A cirkónium-ötvözetek korróziója A cirkónium ötvözetek metastabil kétfázisú (α+β=max. 30 %), újrakristályosodott struktúrájú szerkezeti anyag. A cirkónium és ötvözetei o C-on könnyen passziválódnak, így a rozsdamentes acélokéhoz hasonlóan, a felületükön képzıdı passzív oxidfilm biztosítja jó korrózióállóságukat. 20 o C hımérsékleten, levegıvel telített sótalan vízben, a passzív állapotban lévı Zr-Nb ötvözetek korróziójának sebessége igen kicsi: az anódos fémoldódás áramsőrősége 10-8 A/cm 2. Bár a hımérséklettel az áramsőrőség növekszik, és 300 o C-on eléri a A/cm 2 értéket, nagytisztaságú vízben a cirkónium és ötvözetei gyakorlatilag 300 o C-ig korrózióállónak tekinthetık, felületükön jól tapadó cirkónium-dioxid védıréteg képzıdik. 48/76

49 Cirkónium-ötvözetek korróziója A cirkónium korróziója vízben (bruttó sztöchiometriai egyenlet): Zr + 2H 2 O ZrO 2 + 2H 2 A ZrO 2 fehér színő, monoklin kristályrácsú vegyület. Max. 4% Zr hatására színe feketévé változik, majd további oxidációval ismét fehérré válik. Nagyobb hımérsékleteken, a cirkóniumon és ötvözetein fekete színő, cirkónium és cirkónium-dioxid szilárd oldatából álló védıréteg képzıdik. 300 o C fölött a vízzel, vagy gızzel érintkezı cirkónium ötvözetek felületén egyes esetekben olyan fehér oxidréteg keletkezhet, ami már nem nyújt védelmet a fém további korróziója ellen. (A nióbiummal ötvözött cirkóniumon ez nem mindig következik be, de korrózióállóságuk ezeknek az ötvözeteknek az alkalmazhatóságát is mintegy o C- ban korlátozza.) A fém felületén elıször fekete színő védı hatású bevonat képzıdik, ami a további oxidáció hatására megszürkül, majd kifehéredik, miközben fellazul, lepereg, így nem nyújt védelmet a fém korróziójával szemben. 49/76

50 A cirkónium-dioxid oldhatósága [mol/kg] a ZrO 2 -H 2 O (H +, OH - ) rendszerben, a ph 25 - érték függvényében különbözı hımérsékleteken [Krickij] 50/76

51 Cirkónium-hidrid Jelenlegi ismereteink szerint a folyamat a következı mechanizmus szerint játszódik le. A korrózió során fejlıdı hidrogén behatol a cirkónium ötvözetekbe és hatására hidridek képzıdnek. A cirkónium-hidrid képzıdését kísérı hıeffektus azonban olyan nagy, hogy a fém felületén adszorbeált vízmolekulák elbomlanak, s a képzıdı naszcens (atomos) oxigén oldódik a fémben. Az oxigén a cirkóniumban elektronakceptorként viselkedik: a fémrácsban O 2- ionok formájában van jelen: Zr + H 2 O adsz = Zr +1 O H + + e -. 51/76

52 Cirkónium-hidrid A felületi rétegben található O 2- -ionok a fémben feloldódva szilárd oxigén-oldatot alkotnak. Az oxigén oldhatóságának felsı határértéke 28 mól %. Ennél több oxigén esetén a szilárd oxigén-oldat helyett cirkóniumdioxid a termodinamikailag stabilis képzıdmény, ezért a kristályrács átalakul. A folyamat kezdetén képzıdı tetragonális (t-zro 2 ) oxid helyett monoklin (m-zro 2 ) kristályok jönnek létre. Az oxidréteg összetétele tehát eleinte eltér a sztöchiometriai összetételtıl, s a színe fekete. A folyamatban tehát a következı egyenlettel is számolni kell Zr + H 2 O adsz = ZrO H + + e -. Az oxigén-ionok diffúziója a kialakult rétegen át tovább folyik, nı az oxidban az oxigén koncentrációja, a cirkónium-oxid összetétele pedig fokozatosan megközelíti a sztöchiometriai értéket. 52/76

53 ZrNb1 A ZrNb1 ötvözet kedvezıbb tulajdonságokkal rendelkezik, mint a Zircalloy-4 [VNIIAESZ]: nincs noduláris korrózió; a felületen homogén, fekete színő, védı oxidréteg van, melynek vastagsága 3-4 µm-tıl 7-8 µm-ig változik a főtıelem magassága mentén, a kiégési szinttıl függetlenül; jelentéktelen mennyiségő cirkónium-hidrid keletkezik, melyek mérete nem haladja meg a 100 µm-t; az oldott hidrogén mennyisége - a minta helyétıl függetlenül a burkolatban nem haladja meg a mg/kg koncentrációt, és független az üzemanyag kiégési szintjétıl 45 MWnap/kg U értékig. 53/76

54 Zircalloy-4 A Zircalloy-4 ötvözet érzékenyebb a noduláris korrózióra, nagyobb a hidrogén tartalma 30 ezer üzemóra után, nagyobb a korróziósebessége a gızzel szemben a burkolat nagyobb ( o C) hımérsékletén. A főtıelem-burkolat felületén kialakuló oxidrétegben, és a hőtıvízben keringı oldott ionos korróziótermékekben jelentéktelen a különbség, ezért a primerköri hőtıvíz cirkónium korróziótermék transzportja lényegében azonos. 54/76

55 3. Áramlás által támogatott korrózió Ha a víz áramlási sebessége nagyobb a kritikus áramlási sebességnél, akkor az elektrokémiai korróziót (oxid oldódását) felerısíti az áramlás nyíró hatása: a védı oxidréteg megléte mellett az anyag fogy, akár mm/év korróziósebességgel. Típusai: általános eróziós-korrózió, lokális kavitációs-erózió, lokális erózió. 55/76

56 A magnetit oxidréteg vastagságának idıbeli változása különbözı anyagátvitelnél: felsı: nincs konvektív anyagátvitel és t víz 100 o C; középsı: a víz kritikushoz közeli áramlási sebességénél és t víz 210 o C; a víz nagy sebességő turbulens áramlásánál és t víz 210 o C [Stranbert] 56/76

57 A magnetit oxidréteg vastagságának idıbeli változása különbözı anyagátvitelnél Felsı ábra: az oxidréteg-víz közti anyagátvitelben meghatározó a diffúzió, és az oxidréteg monoton növekszik. Középsı ábra: a kritikus áramlási sebességnél az oxidréteg növekedése megáll, az oxidréteg vastagsága állandósul, növekszik az oxidréteg-víz közti konvektív anyagátvitel szerepe. Alsó ábra: az oxidréteg-víz között meghatározóvá a konvektív anyagátvitel válik, egy állandó vastagságú topotaktikus, de a korróziót nem lassító oxidréteg alakul ki, s az acél fogyása állandósul. 57/76

58 3.1. Az acél eróziós-korróziója folyadékfázisú vízben Az acél eróziós-korróziójának sebességére a KWU [Kastner] nagyszámú mérés alapján félempirikus formulát dolgozott ki. Az eróziós-korrózió összetevıi: az acél (Cr+Mo)-tartalma, a csırendszer geometriája, a víz: hımérséklete, áramlási sebessége, ph-értéke, oxigén-tartalma. 58/76

59 w k =f([cr+mo]) [THERNUCLECHIM] 59/76

60 w k =f([cr+mo]) [Kastner] 60/76

61 w k =f([k c ) [Keller] 61/76

62 w k =f(t)[thernuclechim] ph=9,04 62/76

63 w k =f(t) [Heitmann] p=40 bar, w=35 m/s, ph=7, O 2 =40 µg/kg, <1 µs/cm 63/76

64 w k =f(w) [Heitmann] semleges (ph=7,0) lúgos (ph=9,0) ph = 7.0 ph = 7.0 ph = /76

65 w k =f(ph) [Dörr] 65/76

66 w k =f(o 2 ) [Dörr] O koncentráció 2 66/76

67 ph és O 2 A víz ph-ja és O 2 -tartalma nem értelmezhetı egymástól függetlenül: Lúgos (oxigénmentes) vízkémia, Semleges (oxigén-tartalmú) vízkémia. Vagy egyik, vagy másik, az O 2 koncentráció nem folytonos a valóságban. (Németországban kombinált vízkémia (ph=8,0-8,5, O 2 =30-50 µg/kg); Oroszországban enyhén lúgos vízkémia (ph=7,5-8,5, O 2 <10 µg/kg): E két vízkémiánál volt legnagyobb mértékő az acélok erózióskorróziója.) 67/76

68 3.2. Az áramlás keltette erózió [Kastner] 68/76

69 Kavitációs erózió A kavitációs erózió egyfázisú vízben lép fel. Az áramló vízben képzıdött buborékok kis felületre lokalizálva, akár több száz bar nyomású, szabálytalanul változó nagy frekvenciájú ütéseket mérnek a falra. Az ütések elıbb a fém felületén levı védı oxidréteget károsítják, gyorsítva a korróziót, majd magát a fémet, elıször igen apró, majd nagyobb részecskék kiszakításával. De hogyan keletkeznek a gızbuborékok? A korábbi felfogás szerint a gızbuborék képzıdés akkor indul meg az áramló vízben, amikor a helyi nyomás oly mértékben lecsökken, hogy eléri az adott hımérséklethez tartozó telítési nyomást. Ez a fajta gızbuborék képzıdés a telítési hımérséklető vagy a telítési hımérséklethez közeli hımérséklető víz rendezetlen áramlásánál fordul elı. A kigızölgés elkerülésére szolgál az alábbi feltétel biztosítása (pnyomás az akadály elıtt). p p s p ( t víz ) 5 69/76

70 Kavitációs erózió 70/76

71 Kavitációs erózió Az újabb vizsgálatok szerint a buborékképzıdés nem mindig a telítési nyomásnál indul meg, hanem akkor is, amikor a Reynolds-számtól és a víz tulajdonságaitól függıen bizonyos léptékhatások jelentkeznek. A pillangószelep környezetében hirtelenszerően megváltozik az áramlás, a vízrészecskék egy része robbanásszerően kigızölög, és a gızbuborékok itt megmaradnak. A robbanásszerő kigızölgés (flashing) hatására gızbuborékok képzıdnek és megmaradnak, megnı a víz áramlási sebessége, megváltozik az oxigén és/vagy az illó lúgosító vegyszer eloszlása a vízben. 71/76

72 Kavitációs erózió 72/76

73 Kavitációs erózió A kavitációs eróziót vízkémiával nem lehet mérsékelni, csak az áramlási sebességek csökkentése, az áramlási rendezetlenségek mérséklése, ill. ellenállóbb szerkezeti anyagok (magas krómtartalmú ötvözött acélok, ausztenites acélok) alkalmazása vezet eredményre. 73/76

74 Az ütközı vízcsepp eróziós hatása A nagy sebességgel áramló nedvesgız vízcseppjeinek felületkoptató hatása, ami a velük érintkezésben levı fém roncsolódásával jár. A vízcseppek korrózív hatásúak is lehetnek (lásd korai kondenzátum). A nedvesgız eróziójának hatását az eróziónak jobban ellenálló szerkezeti anyagok beépítésével lehet csökkenteni. 74/76

75 Ütközı vízcsepp eróziójának mechanizmusa [Kastner] 75/76

76 Nedvesgız eróziós hatása a kondenzátor csövekre a fémtérfogat csökkenése (V) az üzemidı (T) függvényében [ABB gyártmányismertetı] 1-Admiralty bronz; 2- CuNi 90/10; 3-Aluminium bronz; 4-CuNi 70/30 és titán; 5-St 18/9 rozsdamentes acél (18% Cr, 9% Ni) 76/76