[Tisk]  [Poslat e-mailem]  [Hledat v článcích]
KOROZNÍ NAPADENÍ POTRUBNÍCH SYSTÉMŮ
Datum: 22.3.2011
Autor: Pramen: Ing. Jaroslav Červený, Ing. Jan Kudláček, Ph.D.,
Předmětem příspěvku je vyhodnocení stavu korozního poškození potrubních systémů přečerpávací vodní elektrárny Dlouhé Stráně a návrh technologie oprav. Na základě místního šetření na vybraných místech potrubních systémů bylo zjištěno, že po 12 letech provozu došlo ke značnému koroznímu poškození vnitřních povrchů jednotlivých potrubí.

Sledovány byly tři vybrané potrubní části:

  • vypouštění přivaděčů
  • potrubí přívodu vzduchu ze strojních kompresoroven k turbinám
  • ostatní zabetonovaná potrubí – potrubí chladící vody na dostupných místech

Většina potrubí je vyrobena z materiálu 11353.0, respektive 11353.1. o tloušťkách stěny odpovídajících provozním tlakům i předpokládané korozní rychlosti obvyklé v podmínkách čisté vody s pH v neutrální oblasti při nízké teplotě (0-12°C). Skutečná korozní poškození vnitřních ploch potrubí je možno charakterizovat silnou bodovou korozí. Korozní úbytky zjištěné na potrubních systémech v místech bodové koroze jsou v hodnotách 2 až 4 mm za 12 roků. Korozní rychlost v místech bodové koroze dosahuje tedy hodnot 160 – 250 µm za rok.

Provoz soustrojí elektrárny je mimo své hlavní funkce (výrobní a přečerpávací) i ve funkci tzv. kompenzace. Při změně funkcí, odstávkách a především při kompenzačním provozu se do vody dostává značné množství kyslíku a to až do stavu přesyceného roztoku. Potrubí je střídavě v různých režimech, většinou pod trvalým tlakem. Tak vznikají masivní vrstvy oxidů železa, které nemají ochranné vlastnosti. Jejich přítomnost vytváří počáteční podmínky bodové koroze tím, že vznikají tzv. kyslíkové články. Oblast pod korozními produkty, kde se postupně korozním dějem vyčerpá kyslík, se stane anodou a povrch, kde je přístup kyslíku více jak dostatečný se stane katodou. Přísun kyslíku prouděním urychluje anodickou korozní reakci pod korozními produkty a to až do extrémních hloubek. Vzrůstající koncentrace kyslíku urychluje bodovou korozi potrubí, neboť přítomnost kyslíku ve vodě má klíčový význam pro její rychlost. Mimo tento zásadní problém v podobě vysoké koncentrace kyslíku je koroze podporována i dalšími vlivy (např. změna tlaku v potrubních systémech, vypouštění vody z potrubí). U vzduchových potrubí dochází k silné kondenzaci vody na stěnách potrubí ze stačeného vzduchu s vysokou relativní vlhkostí, vlivem styku s podchlazenou stěnou potrubí.

Bodová koroze je nerovnoměrným poškozením materiálu ve formě dutin o průměru 1 až 3 mm, které se vytvářejí rovnoměrně na vnitřním povrchu celého potrubí. Tato korozní poškození mohou vést k selhání celého potrubního systému vlivem možnosti pokračování tohoto děje a náhlé perforace materiálu až na jeho povrch bez předešlých známek poruchy a může tak vést k náhlému selhání systému elektrárny.

K tomuto druhu koroze častěji dochází ve stagnujícím prostředí, které se vytvoří právě pod korozní úsadou. V tomto prostoru se korozní rychlost neustále zvyšuje. Vysoký obsah kyslíku ve vodě tomuto procesu napomáhá. Korozní proces se neustále v pravidelných intervalech opakuje a dochází k rychlé degradaci materiálu. Korozní rychlost u tohoto druhu koroze je minimálně 10x vyšší než u předpokládané rovnoměrné koroze. Rychlost proudění vody není dostatečná k odstraňování korozních úsad z povrchu materiálu. Nehomogenitou oxidických vrstev se význam elektrochemických článků stupňuje. Při zastavení proudění vody jsou pro bodovou (důlkovou) korozi vytvořeny podmínky koroze vlivem vysoké koncentrace vzduchu v tlakové vodě. I při vypuštění vody zůstává v silných vrstvách korozních produktů trvale voda a vlivem volného přístupu vzduchu se dále podporují korozní děje.

Pro výpočty zbytkové životnosti potrubí byly vzaty do úvahy skutečné (zjištěné) stavy tloušťky oceli za 12 let provozu a provedená měření. Odhad zbytkové životnosti platí především pro části, které byly měřeny UZ přístrojem. Pro zabetonované části se jedná o odhad z poškození vnitřku potrubí, neboť není znám stav vnějšího povrchu potrubí. Vnější povrch potrubí nebyl ochráněn žádnou protikorozní úpravou. Lze předpokládat, že zásady obsažené v betonu, které měly potrubí chránit, mohou být již místně za dobu provozu díky průsakům vyluhované a tudíž je tento způsob protikorozní ochrany již nefunkční. Nepřístupnost zabetonovaných částí potrubí neumožňuje žádný průkazný způsob kontroly skutečné tloušťky stěn.

Všechna vážná korozní poškození nad rámec předpokládané životnosti způsobilo a způsobuje několik faktorů:

  • Vysoce okysličená voda v celém systému.
  • Stojící voda v potrubí.
  • Vysoký střídavý tlak vody.
  • Nevhodné navržení materiálu potrubních systémů.
  • Vysoká relativní vlhkost v prostorách elektrárny.

Desetinásobnou rychlost koroze způsobily specifické podmínky tohoto typu elektrárny a podcenění výše uvedených faktorů

Vzduchové potrubí

Jde o potrubí kategorie III., DN 125, PN 40. Po celém povrchu vnitřní části potrubí se vyskytuje rovnoměrná koroze viz. Obr. 1, 2. Korozní napadení této části je nevýznamné s ohledem na dobu provozu. Korozní úbytek nedosahuje měřitelných hodnot a s přihlédnutím k ČSN EN 12500 příloha C nepřesáhne korozní úbytek 50 µm /rok. Místně se vyskytuje důlková koroze s nezjištěnou hloubkou a velikostí poškození. Dle fotografií lze předpokládat, že hloubka důlku nepřesahuje 30% tloušťky stěny potrubí, avšak jedná se pouze o odhad dle fotografií a velikosti napadení viz Obr. 3, 4.

Místním UZ měřením však byla nalezena tloušťka mimo toleranci pravděpodobnosti korozního úbytku:

Zbytkovou životnost pro horní část potrubního systému lze odhadnout na více než 30 let, avšak s ohledem na zjištěnou závadu je nutné upozornit na předpoklad možnosti perforace materiálu v některých místech a to v řádech několika měsíců, max. let. Při provozním tlaku ve vzduchovém potrubí se tato perforace může objevit na kterémkoliv místě včetně zabetonovaných ploch. Charakter poškození je stejný v přístupných místech i v zabetonovaných částech (neboť skutečnost nepřístupnosti potrubních systémů neovlivňuje korozní napadení). Na místech svarů nebyla zjištěna vážná poškození nad rámec uvedených.

Vypouštění přivaděčů

Jde o potrubí kategorie I., DN 300 PN 100. Potrubní systém vypouštění přivaděčů je napaden jak rovnoměrnou korozí, tak korozí důlkovou a to zejména v místech s trvalým zavodněním nebo ovlhčením. Po vypuštění systému zůstává voda v části potrubí, mimo provozní dobu technologie je potrubí napuštěno vodou. Ukázky korozního poškození jsou na obr. 5, 6.

Na měřených místech nebyly zjištěny závažné korozní úbytky, ani důlková koroze. Průměrný korozní úbytek dle měření činí 85 µm/rok.

Zbytkovou životnost části zabetonovaného potrubního systému vypouštění přivaděčů lze odhadnout na 30 let.

Potrubí chladící vody vysokotlaké kompresorovny

Jde o potrubí kategorie IV., DN 100 PN 16. Potrubí chladící vody je v nejvážnějším stavu celé potrubní soustavy elektrárny. Po zhlédnutí videoskopem je patrné vysoké napadení důlkovou korozí s velkými a hlubokými důlky, které místně přechází v rovnoměrnou korozí po celé ploše vnitřní části potrubí chladící vody, viz obr. 7.

V celém potrubí zůstává voda i po odstavení systému chlazení a jeho vypuštění. Naznačují přítomnost velmi vysokého množství korozních úsad a rozpuštěných oxidů železa. Na obr. 8, 9, 10 jsou patrné po výplachu a vysušení zmíněné krusty nad důlkovou korozí.

Vzorky odebrané z nezabetonované části potrubí z dřívějších výměn, byly rozřezány. Všechny korozní produkty byly odstraněny abrazívním tryskáním jemným abrazivem (frakce 0,1 – 0,5 mm). Po tryskání, byly zjištěny důlky dobře patrné i bez zvětšení o velikosti od 1 mm do 9 mm a hloubce až 3,9 mm (u měřitelných důlků). obr. 11, 12, 13.

Na základě měření a provedené videoskopie byly zjištěny závažné korozní úbytky převážně ve formě důlkové koroze. Průměrný korozní úbytek dle měření činí 250 µm/rok. Na základě uvedených skutečností je průměrná zbytková životnost v rozmezí 0 až 25 let, avšak vzhledem k nebezpečí perforace potrubí na různých místech je již životnost chladícího potrubí jako celku vyčerpána.

I. Měření tlouštěk stěn potrubních systémů (Ultrazvukovým způsobem)

Tato provedená UZ měření prokázala, že většina ostatních míst je v poměrném souladu s předchozím měřením a celkové korozní poškození pokračuje stálou rychlostí. Byla však nalezena místa, která několikanásobně převyšují tato poškození. Vzhledem k vysokým provozním tlakům je toto jištění velmi nebezpečné jak pro poškození stěn potrubí, tak i pro obsluhu a údržbu. Vzhledem k potenciální perforaci a úniku vody pod vysokým tlakem a nepatrnému průměru vodního paprsku jde o možné ohrožení obsluhy.

II. Stav protikorozní ochrany

Protikorozní ochrana ocelových potrubí byla navržena dle tehdejších standardních podmínek a byla rozdělena na dvě části. Protikorozní ochrana zabetonovaných částí spočívala v ochraně zásaditosti betonem po celou dobu životnosti potrubí. Protože jde o vodní dílo situované v podzemních prostorách, jsou zde průsaky na řadě míst. Vzhledem k tomuto stavu se betonové konstrukce vyluhovaly od zásaditých látek (hydroxid vápenatý) a uhličitanů. Původně navržená protikorozní ochrana tak ztratila funkčnost již po několika letech provozu. Na Obr. 14 (stěna u potrubí z kompresorové stanice), Obr. 15 (vstup k přivaděči ze strojní kompresorovny) jsou výrazné skvrny oxidů železa vyplavených vodou z okolí potrubí a konstrukcí. Tato skutečnost potvrzuje současně probíhající korozi zabetonovaného potrubí i na vnějším povrchu potrubí. Rovněž protikorozní ochrana vnějšího pláště potrubí je na některých přístupných místech v nedostatečném provedení pro prostředí s extrémně vysokou relativní vlhkostí. V těchto místech jsou patrná korozní napadení pod nátěrovými hmotami. Obr. 16, 17. Pro celé vodní dílo by měla být vždy postupně zpracována podrobná specifikace protikorozní ochrany včetně její údržby.

K uvedeným zjištěným skutečnostem o korozním poškození potrubních systémů přispívá skutečnost, že některé z přístupných částí potrubí již musely být vyměněny a nahrazeny. Tyto výměny zkorodovaných částí potrubí tedy potvrzují nedostatečně odhadnutou životnost a podcenění protikorozní ochrany.

Na základě provedených měření byly vypočteny zbytkové životnosti. Vzhledem k faktu, že většina částí potrubních systémů jsou nepřístupná a současné měřící aparatury neumožňují dostupnost do vzdálených míst, jsou výše uvedená měření provedena pouze v dostupných místech. Z charakteru poškození je možno usoudit na poškození i ve všech nepřístupných místech.

Resumé: Na této potrubní větvi je zcela vyčerpána její výpočtová životnost. Exploatace potrubí pod tlakem měla být zastavena již před rokem. Na základě výše uvedených skutečností vyplývá, že stupeň korozního napadení vyžaduje nutnost bezprostředně přistoupit k řešení stávající situace na potrubních systémech. Posouzení zbytkové životnosti bylo provedeno dle EN ČSN 13 1010.

Návrhy řešení pro jednotlivé potrubní systémy

Vzduchové potrubí

Vzduchové potrubí od kompresorů lze obnovit náhradním potrubním systémem z vhodných korozivzdorných materiálů, které zaručí požadovanou životnost.

Vypouštění přivaděčů

Problematika obnovy této části potrubních systémů je vzhledem k požadavkům na provozní bezpečnost a stálou provozní pohotovost nejnáročnější. Vzhledem ke značné délce a nepřístupnosti systému vypouštění přivaděčů je možné nahrazení potrubních systémů z vhodných korozivzdorných systémů .

Potrubí chladící vody vysokotlaké kompresorovny

Potrubí chladící vody pro kompresory nahradit uzavřeným chladicím systémem pro každou z kompresoroven nebo vést souběžně s novým vzduchovým potrubím nové potrubí chladící vody z vhodného korozivzdorného materiálů.

Ve všech případech návrhů řešení oprav potrubních systémů, je nutné zajistit možnost kontroly potrubních systémů a snadné výměny nebo opravy poškozených částí.

Použitá literatura [1] EN ČSN 13 1010


 Související

Související témata
Konstrukce, výpočty, projekce
Potrubí

 Hodnocení
Zhodnoťte, jak se Vám článek líbil (1 = výborný ... 5 = špatný)
 
průměrné hodnocení: 1,75 (počet známek: 4) 

Diskuze ke článku
V diskuzi není žádný příspěvek
Přihlášení/odhlášení odběru příspěvků e-mailem:
váš e-mail:

Podmínky užívání portálu TLAKinfo.
Připomínky, náměty a dotazy - redakce portálu.
© Copyright TLAKinfo 2005-2024, všechna práva vyhrazena.