Математическое описание кинетики коррозии

Разработанные к настоящему времени методы расчета интенсивности коррозии металла, его предельной температуры, долговечности работы и других количественных показателей основываются на обобщенных математических формулах, аналитически описывающих с количественной стороны высокотемпературную коррозию.

В паровом котле уменьшение толщины стенки труб поверхностей нагрева происходит иногда при совместном действии коррозии и внешних сил, разрушающих на трубах защитные оксидные пленки. Такими силами являются кинетическая энергия частиц золы и обдувочного агента очистительных устройств и др.

Основными параметрами, от которых зависит интенсивность высокотемпературной коррозии труб поверхностей нагрева котла, являются:
• тип металла;
• температура стенки и продуктов сгорания;
• состав золовых отложений на поверхности нагрева;
• состав обтекающего трубы поверхностей нагрева потока газа;
• продолжительность эксплуатации.

В настоящее время нет методов, позволяющих одновременно учитывать все эти факторы. Поэтому наиболее часто аналитическая зависимость глубины коррозии металла выражается как функция от температуры и времени, при этом другие параметры рассматриваются как не изменяющиеся величины.

Следовательно, целью рассматриваемой задачи является изыскание зависимости вида:

ΔS = f (T,τ), (1)

где ΔS – глубина коррозии за время τ;
T – абсолютная температура металла
или

q = f (T,τ), (1а)

где q – уменьшение массы металла, в ходе коррозии на единицу поверхности за время τ.

Между q и ΔS существует связь:

ΔS = ρм-1q, (2)

где ρм – плотность металла.

Обобщенным выражением, описывающим интенсивность коррозии металла в зависимости от времени является формула

q = Аτn (3)

или

ΔS = Aρм-1τn

где А – коэффициент пропорциональности, n – показатель степени окисления металла. При диффузионном режиме коррозии n=0,5; при кинетическом — n=1.

Входящий в формулу показатель степени окисления металла определяет характер развития коррозии материала во времени. Чем выше n, тем больше относительное изменение массы металла в заданном промежутке времени коррозии.

Если показатель степени окисления определяет развитие интенсивности коррозии материала во времени, то коэффициент А равен уменьшению массы металла в ходе коррозии на единицу поверхности в течение единицы времени и тем самым характеризует интенсивность коррозии по абсолютной величине. Коэффициент А зависит от температуры:

A = k0exp(-E/RT) (4)

где k0 – предэкспоненциальный множитель; Е – энергия активации окисления металла; R — универсальная газовая постоянная; Т – абсолютная температура металла.

При коррозии металла в сложных условиях изменение температуры может приводить к различным изменениям скорости диффузии и химических реакций окисления.

Причиной этого может быть изменение диффузионных свойств оксидной пленки. В связи с этим показатель степени окисления и предэкспоненциальный множитель в выражении (1) не являются постоянными, а зависят от температуры.

q = k0(T)exp(-E/RT)τn(T) (5)

В большинстве случаев k0 слабо зависит от температуры, а показатель степени окисления описывается прямолинейным законом

n(T) = γ + εT (6)

Следовательно

q = k0exp(-E/RT)τγ + εT (7)

Прологарифмируем

ln q = ln k0 — E/RT + (γ + εT)ln τ (8)

где γ и ε — постоянные.
С учетом (1)

ln ΔS = α — βT-1 + (γ + εT)ln τ


Оставить комментарий





Статистика

Рейтинг@Mail.ru