Титан занимает одно из первых мест среди металлов и сплавов, устойчивых в оборотной воде. В этом отношении он превосходит нержавеющие стали, монель-металл и приближается к благородным металлам. Коррозионная стойкость титана обусловлена образованием на его поверхности защитной пассивной пленки, способной восстанавливаться при механических повреждениях. Технические сплавы титана по прочности превосходят легкие металлы. Удельная прочность холоднотянутого титана близка к ее значению для высокопрочных сталей. К достоинствам титана и его сплавов следует отнести высокую технологичность. За некоторыми исключениями, они хорошо обрабатываются, прокатываются, штампуются на холоду и свариваются. Помимо изделий в виде листового проката, профиля труб, штамповок титан и его сплавы могут применяться в виде литья [37, 38].
В оборотных водах Новополоцкого и Новогорьковского НПЗ скорость коррозии образцов из сплава BT1-0 составляет около 0,0001 мм/год при длительности испытаний 1 —1,5 мес.
На Московском НПЗ при 60—90°С в течение шести месяцев испытывались образцы из титановых сплавов. Как показали результаты испытаний, сплавы BT1, ОТ4 абсолютно стойки в охлаждающей воде, удаление с поверхности титана накипи не вызывает затруднений [39].
Скорость коррозии титана в воде, насыщенной сернистым газом, хлором при комнатной температуре, а также сероводородом при температурах до 70 °С, составляет менее 0,13 мм/год. Титан корродирует с незначительной скоростью в водных растворах с pH от 3 до 14, содержащих сероводород, сульфиды, цианиды при температурах до 100 °С [40].
Алюминий и его сплавы. Преимущества этих материалов по сравнению с углеродистыми сталями и латунями — более высокая теплопроводность и низкая плотность, что обеспечивает снижение металлоемкости аппаратов. Коррозионная стойкость алюминия и его сплавов связана, в основном, с защитной оксидной пленкой, образующейся на поверхности металла.
Высокая реакционная способность алюминия определяет особенности коррозионного поведения его сплавов в оборотных водах. Возможность протекания общего растворения ограничивает для оборотных вод интервал их применения значением pH от 4,5 до 8,5 [6, 41].
Наиболее часто встречающимися случаями коррозионного разрушения алюминия и его сплавов является питтинговая и контактная коррозия, Образовавшееся питтинговое поражение, вследствие подкисления раствора внутри питтинга и неспособности оксида алюминия давать в этих условиях защитную пленку, распространяется в глубь металла. Агрессивны хло- ридные растворы, особенно при дополнительном образовании на металле гальванических элементов из-за наличия разного рода включений в металле и отложений более электроположительных металлов.
Для предотвращения контактной коррозии необходимо избегать сочетания элементов из алюминиевых сплавов с деталями из сталей, чугуна, латуней, бронз, никелевых сплавов, графита. При необходимости их совмещения следует использовать электроизоляционные прокладки. Контактная коррозия может иметь место и при содержании в среде солей тяжелых металлов, например меди, никеля и в меньшей степени железа. По этой причине в замкнутых циркуляционных системах наблюдается усиление коррозии алюминия и его сплавов при наличии в системе элементов из меди и медных сплавов. Алюминиевые сплавы, содержащие медь, также способны ускорять коррозию других алюминиевых сплавов. В связи с возможностью протекания контактной коррозии при использовании алюминиевых сплавов в оборотных водах концентрации растворенного железа и меди не должны превышать соответственно 15 и 1 мг/л [6].
Легирование алюминия магнием, марганцем, цинком снижает как скорость роста питтингов, так и скорость их образования.
Для изготовления трубных пучков предложены сплавы АМц, АМг, АМг2, АМгЗ, а для изготовления трубных решеток — более прочные сплавы АМг6, АМг5В [42—44].
Скорость коррозии сплавов АМг, АМг6, АМг5В в пресных оборотных водах около 0,03 мм/год, что в 8—10 раз ниже, чем для стали 10 и в 2—3 раза ниже, чем для латуни ЛО70-1 [43].
В связи с возможностью возникновения питтинговото разрушения рекомендуют [44] применение труб из сплава 3003 (1,2% марганца, остальное алюминий) с плакировкой толщиной 10 % от толщины стенки сплавом алюминия с 1—2 % цинка. Плакировка, оказывая протекторное действие, тормозит разрушение основного металла.
Исследования алюминиевых сплавов в оборотных и проточных охлаждающих водах показали невозможность возникновения межкристаллитной коррозии, коррозионного растрескивания и достаточно высокую коррозионную стойкость сплавов в широком интервале варьирования температуры оборотных вод (15—60°С). Это позволяет при предъявлении определенных требований к охлаждаемому продукту и оборотной воде (pH от 4,5 до 8,5; концентрация ионов железа — не более 15 мг/л, ионов меди — не более 1 мг/л, температура охлаждаемого продукта — не выше 150°С, давление — до 1,6 МПа [6]) использовать алюминиевые сплавы.
Медные сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью в охлаждающих оборотных водах, хорошей технологичностью и удовлетворительными эксплуатационными характеристиками. Коррозионная стойкость медных сплавов в значительной степени определяется поверхностной пленкой, образующейся из продуктов взаимодействия металла с компонентами охлаждающей воды — оксидов, гидроксидов, основных солей и других соединений.
На практике медные сплавы в водных средах в большинстве случаев подвержены общей коррозии или растворению, ударной коррозий, коррозионному растрескиванию, коррозии под отложениями, питтинговой коррозии. Общая коррозия или растворение носит равномерный характер, при этом уменьшение толщины невелико и практически не сказывается на сроке службы трубных пучков.
Обесцинкование является основным видом коррозии латунных трубных пучков и в значительной степени определяет их срок службы. В этом случае на пораженных участках выделяется пористая масса меди, сохраняющая первоначальную форму изделия, но практически не обладающая прочностью. Относительно механизма обесцинкования не существует единой точки зрения. Полагают [41], что при обесцинковании происходит селективное растворение цинка или полное растворение латуни с последующим осаждением меди. Возможно, имеют место оба эти процесса. Обесцинкование встречается в двух - видах — «слоистом» и «пробочном». Первый вид требует значительного времени для сквозного разрушения, в то время как второй приводит к быстрому разрушению изделия. Факторами, ускоряющими обесцинкование, являются высокое содержание Хлоридов в воде, повышенная температура, малые скорости потоков, наличие отложений.
Интенсивная коррозия медных сплавов возникает при наличии сильной турбулизации потока, приводящей к разрушению поверхностной пленки, при этом поверхность металла покрывается гладкими чистыми питтинга ми, нередко имеющими форму подковы. Коррозия под отложениями имеет место при скоростях потоков менее 1 м/с в результате возникновения эффектов дифференциальной аэрации в присутствии отложений различной природы на поверхности металла. Питтииговая коррозия наиболее вероятна в загрязненных водах, особенно при наличии сероводорода. В этих условиях на металле формируются сульфидные отложения, не обладающие защитными свойствами и даже способные ускорять разрушение металла [41, 45].
При наличии аммиака, аммониевых, комплексных аммиачных и цианистых солей, а также статических, термических, вибрационных и растягивающих напряжений латуни подвержены коррозионному растрескиванию. Напряжения могут образовываться при провисании труб пучков в случае недостаточного числа опор и передвижения плавающей головки теплообменника [45, 46].
Для изготовления трубных пучков нашли применение латуни марок Л-68, ЛО70-1, ЛА77-2, ЛОМш70-1-0,05, ЛАМш77- 2-0,05 и некоторые другие.
В настоящее время большое распространение получают трубные пучки из латуней, легированных мышьяком, вводимым; обычно в количестве 0,025—0,06 % для защиты от обесциико- вания. При этом коррозионная стойкость латуней повышается, в 2—3 раза [6]. По степени влияния на уменьшение обесцин- кования латуней на втором месте после мышьяка находится олово. Весьма эффективно использование таких латуней, содержащих алюминий, однако они могут подвергаться обесцинко- ванию в водах, в которых присутствуют сульфиды. Из латуней, легированных мышьяком, латунь марки ЛАМш77-2-0,05 характеризуется более высокой эксплуатационной надежностью при работе в условиях повышенных скоростей потоков оборотных вод.
Надежного способа борьбы с обесцинкованием латуней до настоящего времени не предложено. Обесцинкованию способствует наличие в сплаве железа, вследствие чего его содержание не должно превышать 0,1 %.
Легирование латуней небольшими добавками кремния. (0,5%) заметно повышает устойчивость к коррозионному растрескиванию, хотя и несколько снижает пластичность. Положительное влияние оказывает также дополнительное легирование никелем, оловом, фосфором [47].
Кроме латуней для изготовления конденсационно-холодильного оборудования применяют медноникелевые и никельмедные сплавы, в частности мельхиоры и сплавы типа: МНЖМцЗ0-1-1, МН20, МНЖМц5-1-0,8, МНЖМц28-2,5-1,5. По стойкости в потоках воды с высокими скоростями эти материалы значительно превосходят латуни. Так, например, купроникель 70—30, содержащий до 0,5 % железа и марганца, аналог выпускаемому в РФ мельхиору МНЖМцЗ0-1-1, может быть использован при скоростях до 4,6 м/с [48]. При обычных условиях эксплуатации коррозионная стойкость медионикелевых сплавов незначительно выше, а монеля — на порядок выше, чем латуней. Однако s связи с высокой стоимостью и дефицитностью применение никельмедных сплавов оправдано лишь при повышенной агрессивности охлаждаемого продукта [6].