ГОСТ 34891.2-2022 (EN 378-2:2016). Межгосударственный стандарт. Системы холодильные и тепловые насосы. Требования безопасности и охраны окружающей среды. Часть 2. Проектирование, конструкция, испытания, маркировка и документация

Приложение H

(справочное)

 

КОРРОЗИОННОЕ РАСТРЕСКИВАНИЕ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ

 

H.1 Общие положения

Коррозионное растрескивание под напряжением (стресс-коррозия) - это химико-физическое явление, которое влияет на ряд металлов, включая медь, титан, углеродистую сталь и нержавеющую сталь. Это наиболее вероятно, когда некоторые металлические компоненты подвергаются умеренной нагрузке в определенной среде, и оно характеризуется появлением микротрещин, которые идут перпендикулярно к основной оси напряжений и может быть межкристаллитным или транскристаллитным (т.е. может возникать между зернами в структуре металла или внутри зерен). Трещины, как правило, перообразны (содержат множество мелких ветвей), что указывает, что это не просто разрушение под нагрузкой или усталостные трещины.

Отказы из-за коррозии под напряжением зарегистрированы в медных трубах холодильных систем под воздействием фторуглеродов, стальных сосудах под давлением и в трубопроводах аммиачных систем. Большинство случаев отказа из-за коррозии под напряжением в аммиачном оборудовании зафиксировано в сосудах высокого давления, хотя известны также случаи коррозии под напряжением на поверхности испарителя в водоохладителях, в маслосборниках и коллекторах всасывающих трубопроводов. В стальных емкостях фторуглеродных установок не зарегистрировано ни одного случая отказа из-за коррозионного растрескивания, хотя вполне возможно, что условия, способствующие образованию коррозионного растрескивания под напряжением, могут возникнуть в случае повышения кислотности хладагента. Также информация о коррозионном растрескивании под нагрузкой нержавеющей стали или титана, используемых в конструкции компонентов холодильных систем, отсутствует.

H.2 Коррозионное растрескивание меди

Коррозионное растрескивание в медных трубах систем с фторуглеродными хладагентами, как правило, прогрессирует с наружной поверхности внутрь трубы и обычно вызывается воздействием химических веществ, которые содержатся в составе клеев, применяемых для крепления теплоизоляции в сочетании с влагой (например, если во время монтажа теплоизоляции трубы были влажными).

Коррозионное растрескивание возникает после нагружения трубы внутренним давлением, в результате чего образуются продольные трещины. После разрушения в результате коррозионного растрескивания на внутренней поверхности трубы можно увидеть характерный медно-голубой узор.

Под действием коррозионного растрескивания в стенках трубы образуются многочисленные микропоры, приводящие к утечкам хладагента и необходимости замены вышедшего из строя участка трубопровода. На тех участках трубопровода, которые не подвергались агрессивному воздействию окружающей среды, коррозионное растрескивание не наблюдается.

H.3 Коррозионное растрескивание стали

В сосудах под давлением из углеродистой стали аммиачных систем наблюдалось коррозионное растрескивание, не приводящее к разрушению сосудов. Коррозионное растрескивание в таких сосудах характеризуется появлением микротрещин на их внутренней поверхности. Если микротрещины не прогрессируют и не влияют на механическую прочность оболочки, находящейся под давлением, их наличие не является недопустимым. Как правило, эти микротрещины проникают на глубину около 1 мм и не продвигаются дальше. Вместе с тем, иногда коррозионная трещина продолжает разрастаться.

H.4 Факторы, влияющие на коррозионное растрескивание под напряжением

H.4.1 Общие положения

Информация, приведенная в настоящем разделе, относится к оборудованию из углеродистой стали, работающему под давлением в аммиачных холодильных системах, и содержит рекомендации по предотвращению коррозионного растрескивания под напряжением.

H.4.2 Предел текучести

Наибольшая вероятность коррозионного растрескивания под напряжением возможна в сталях с высоким пределом текучести, так как их поверхность является более хрупкой. Установлено, что растрескивание маловероятно, если материал имеет предел текучести менее 350 МН/м². Рекомендуется, чтобы минимальный предел текучести составлял 265 МН/м² для оболочки сосудов высокого давления и торцевых крышек, при этом следует учитывать, что фактический предел текучести материала может быть выше.

Примечание - "Минимальный предел текучести" представляет собой термин, обычно используемый в сталелитейной промышленности со ссылкой на самый низкий допустимый предел текучести для материала. Фактический же предел текучести материалов, применяемых при изготовлении сосуда, может превышать его, как правило, не более чем на 50%.

 

H.4.3 Температура

Коррозионное растрескивание под напряжением более вероятно при повышенных температурах. Если нормальная рабочая температура сосуда выше минус 5 °C или если температура сосуда во время завершения работы системы, как ожидается, будет выше минус 5 °C, то сосуд должен пройти процедуру снятия остаточных напряжений после сварки. Как правило, это относится к ресиверам высокого давления, но в этом диапазоне температур также могут работать экономайзеры и охладители, в том числе испарители для водоохладителей. Емкости сбора масла также могут быть подвержены высоким температурам в течение длительного времени и должны быть изготовлены со снятым остаточным напряжением.

H.4.4 Содержание кислорода

Коррозионное растрескивание под напряжением более вероятно при повышенном уровне кислорода в системе. Ресиверы высокого давления, где могут накапливаться неконденсирующиеся газы, включая кислород, особенно подвержены риску. Большинство зарегистрированных случаев коррозионного растрескивания под напряжением приходится на ресиверы высокого давления, хотя случаи в сосудах среднего и низкого давления также известны.

Коррозионное растрескивание под напряжением может начаться, если уровень кислорода превышает 5·10^-7 [0,5 ppm (промилле)]. Поддержание содержания кислорода в системе на уровне ниже 0,5 ppm на постоянной основе невозможно, но следует предусмотреть, чтобы система была очищена от неконденсирующихся газов при вводе в эксплуатацию, во время эксплуатации ее также следует регулярно очищать.

H.4.5 Содержание воды

Предполагается, что коррозионное растрескивание под напряжением менее вероятно при умеренном содержании воды в аммиаке. Поскольку для инициирования коррозии под напряжением требуется содержание воды и кислорода в аммиаке, то необходим предел в 2·10^-3 (2000 ppm) воды, который ингибирует возникновение коррозионного растрескивания под напряжением при условии, что уровень кислорода ниже 1·10^-4 (100 ppm).

Примечание - Этот вывод был результатом исследований отказов аммиакосодержащих танков в промышленности минеральных удобрений и был широко озвучен в качестве превентивной меры для сосудов с аммиаком, включая холодильные ресиверы. Однако в холодильных системах, где кислород накапливается в неконденсируемых газах выше по потоку от расширительного клапана на границе раздела пар/жидкость (обычно в ресивере высокого давления), а вода накапливается в нелетучей жидкости (или во льду) на выходе из расширительного клапана (обычно в отделителе жидкости или аккумуляторе), это менее применимо.

 

H.4.6 Возраст оборудования

Утечки из-за коррозионного растрескивания под напряжением, скорее всего, происходят в первые несколько месяцев работы. Предполагается, что микротрещины образуются, если все предварительные условия присутствуют. Варьируется только время, необходимое для распространения трещины через материал. Это зависит от толщины материала, напряжения материала и свойств самого материала.

H.4.7 Предотвращение коррозионного растрескивания под напряжением

Обеспечение достаточно низкого предела текучести основного металла является наиболее эффективной мерой для предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением, так как начальное поверхностное растрескивание связано с высоким пределом текучести при испытании на прочность материала. Все соединения, такие как торцевые крышки, должны быть произведены с помощью горячего формования или со снятым остаточным напряжением после холодной штамповки. Материал для оболочки должен быть с минимальным пределом текучести 265 МН/м². С сосудов, если это возможно, следует снять остаточные напряжения после изготовления. Если сосуд содержит внутренние компоненты, подверженные разрушению, такие как резиновые втулки, то термообработка после сварки недопустима.

Для низкотемпературных сосудов (например, аккумуляторы, отделители жидкости) после сварки отсутствие термообработки менее критично, но рекомендуется, если это возможно. Для высокотемпературных сосудов, таких как ресиверы высокого давления, водоохладители, охладители жидкости и экономайзеры, настоятельно рекомендуется термообработка после сварки.

H.4.8 Выводы

Внимание к деталям при выборе материалов, производстве, испытаниях и монтаже системы гарантирует, что стресс-коррозию можно предотвратить. Если коррозионное растрескивание под напряжением вызвало утечку, поврежденный компонент должен быть заменен. Если трещины, вызванные коррозией под напряжением, выявлены, но не распространяются, то сосуд следует контролировать и определить, когда должна быть произведена его замена.