Tvorba usazenin oxidů v trubkách kotlů
Velmi vysoké teploty uvnitř parních kotlů (přesahující 800 °C nebo 1472 °F) mohou způsobit tvorbu specifického typu tvrdého, křehkého oxidu železa zvaného magnetit na vnitřním i vnějším povrchu ocelových kotlových trubek. Při velmi vysokých teplotách reaguje vodní pára se železem v oceli za vzniku magnetitu a vodíku podle následujícího vzorce:
3 Fe + 4 H 20 = Fe 3O 4 + 4 H 2
Rychlost této reakce se s teplotou zvyšuje. Atomy kyslíku difundují skrz magnetitovou vrstvu dovnitř a atomy železa ven, takže usazeniny rostou i poté, co je povrch trubky zcela zakryt.
Magnetitová usazenina působí na trubce jako tepelná izolace, protože tepelná vodivost usazeniny dosahuje jen asi 5 % tepelné vodivosti oceli. Když již není možné teplo účinně přenášet z plamene přes trubku do páry uvnitř, zahřeje se stěna trubky na teploty, které přesahují zamýšlený provozní rozsah.
Dlouhodobá expozice příliš vysokým teplotám v kombinaci s velmi vysokým tlakem uvnitř trubky vede k tvorbě mezikrystalových mikrotrhlin v kovu a k deformaci tečením (pomalé bobtnání nebo vyboulení kovu), což nakonec vede k selhání trubky prasknutím. Sekundárním problémem je vrstevnatá koroze oxidů, při které se odlamují kousky oxidových usazenin (obvykle v důsledku tepelného namáhání při spouštění nebo odstavování kotle). Tyto tvrdé kousky se proudem páry dostanou do turbíny, kde časem způsobí erozní poškození.
S ohledem na životnost kotlových trubek jsou primárními limitujícími faktory růst magnetitových usazenin a související poškození kovů. Proces začíná pomalu a poté se zrychluje. S rostoucí tloušťkou usazenin se stěna trubky zahřívá. Teplo zvyšuje rychlost růstu usazenin a poškození kovu. Studie v energetice ukázaly, že
účinek usazenin je relativně nevýznamný až do tloušťky přibližně 0,3 mm (0,012 palce). Při překročení této tloušťky se negativní účinky usazenin rychle zvyšují.
Ultrazvukové měření tloušťky usazenin v trubkách kotlů
Pravidelné měření tloušťky usazenin umožňuje provozovateli zařízení odhadnout zbývající životnost trubek a identifikovat a vyměnit trubky, které se blíží k bodu selhání. Ultrazvukové testování představuje rychlou, nedestruktivní metodu měření usazenin.
Přenosné ultrazvukové přístroje, jako je tloušťkoměr 39DL PLUS™ nebo defektoskopy řady EPOCH™, mohou měřit vnitřní vrstvy oxidů až do minimální tloušťky přibližně 0,2 mm nebo 0,008 palce pomocí běžně doporučovaného snímače M2017 (20MHz
předsádka). Specializovaný snímač M2091, což je 20MHz sonda pro měření příčných vln, lze použít společně s vazebním prostředkem pro generování příčné vlny k měření přibližně do 0,152 mm nebo 0,006 palce. Ve všech případech musí být povrch spoje hladký. V některých
případech je nutná příprava povrchu.
Obvyklé měření oxidů ve vnitřním prostředí tloušťkoměrem a snímačem M2017 s předsádkou (zvětšeno)
Obvyklé měření oxidů ve vnitřním prostředí defektoskopem a snímačem M2017 s předsádkou, zobrazující echo předsádky na levé straně obrazovky
Další podrobné informace o usazeninách oxidů a jejich účincích na kotlové trubky lze nalézt v knize Metalurgical Failures in Fossil Fired Boilers od Davida N. Frenche (John Wiley Sons, 1983).
