При эксплуатации теплоэнергетического оборудования существенную роль играет его коррозионная стойкость. Согласно статистическому анализу, проводимому Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору Российской Федерации, коррозия в 20% случаев является причиной аварий трубопроводов систем теплоснабжения [1]. Срок службы, надежность, затраты на обслуживание инженерных систем и прежде всего подземных металлических коммуникаций тепловых сетей в значительной степени определяются антикоррозионной защитой, предусмотренной при проектировании объектов энергетики и реализуемой в процессе их строительства и эксплуатации. Теплоэнергетическое оборудование, такое как котлы, трубопроводы и теплообменники, подвержено воздействию коррозии из-за взаимодействия с агрессивными средами, такими как вода, пар, газы и химические реагенты [2]. Коррозия может привести к образованию отложений, повышенному трению, ухудшению теплоотдачи и теплопередачи, а также к повреждению стенок и конструкций оборудования. Многообразие коррозионных сред, видов металлических материалов и различных физических воздействий на них обуславливает большое разнообразие коррозионных процессов и различных видов их классификации в соответствие с рисунком 2.

Рисунок 1. Виды коррозионных разрушений: а — сплошная равномерная; б — сплошная неравномерная; в — структруно-изибрательная; г — пятнами; д — язвами; е — питтинговая; ж — подповерхностная; з — межкристаллитная

Принято выделять следующие виды коррозии [3]:

Кавитационная коррозия — повреждение материала, связанное с одновременным воздействием кавитации и коррозионной среды.

Щелевая коррозия, локализованный вид коррозии, возникшая в результате образования щели (зазора) между двумя поверхностями, по крайней мере, одна из которых металлическая.

Эрозионная коррозия — коррозионное разрушение, обусловленное совместным воздействием эрозии и коррозионной среды.

Коррозионная усталость — разрушение, вызываемое приложением переменных нагрузок в присутствии коррозионной среды и протекающее в форме растрескивания.

Фретгинг-коррозия — локализованное разрушение на поверхности раздела между двумя контактирующими поверхностями, ускоряемое относительным движением с амплитудой, достаточной для обеспечения скольжения одной поверхности относительно другой.

Контактная коррозия — разрушение, возникающее при сопряжении разнородных электродов, помещённых в электролитическую среду.

Газовая коррозия — разрушение металлов в газах при высоких температурах.

Водородное разрушение — уменьшение способности нести нагрузку вследствие внедрения водорода в металл.

Межкристаллитная коррозия разрушение металлов, преимущественно протекающее по границам между зёрнами металла или сплава.

Микробиологическая коррозия — разрушение металлов, обусловленное как непосредственно, так и косвенно жизнедеятельностью бактерий, плесени и грибков.

Питтинг (точечная коррозия) — самокатализируемая локальная коррозия, при которой происходит прогрессирующее проникновение в глубь металла с образованием изъявлений.

Селективная (избирательная) коррозия — процесс удаления растворимого компонента из сплава с нерастворимым компонентом при воздействии на сплав растворителя, обычно водного электролита.

Коррозия блуждающими токами возникает при прохождении их через металл в электролите.

Коррозионное растрескивание — преждевременное разрушение металлов, происходящее при непрерывном воздействии коррозии и растягивающих остаточных или приложенных напряжений.

Термоконтактная коррозия — разрушение, возникающее вследствие работы гальванического элемента, созданного градиентом температур.

Коррозия, возникающая под влиянием тепловой нагрузки.

Равномерная (общая) коррозия — разрушение, протекание которого не сопровождается формированием различимых на глаз анодных и катодных участков.

Этот список не является исчерпывающим, и в тоже время, он позволяет иллюстрировать многообразие видов коррозионных процессов, протекающих на тепловых сетях.

Коррозия трубопроводов систем теплоснабжения может происходить по различным механизмам, включая электрохимическую коррозию, кавитационную коррозию и химическую коррозию. Каждый из этих механизмов имеет свои особенности и требует специфических мер по предотвращению и устранению.

Как правило, трубопроводы в условиях городской застройки прокладывают подземным способом.  Грунт, содержащий растворенные в воде химические реагенты является электролитом. Это делает его коррозионно-активным по отношению к металлическим конструкциям. В большинстве случаев, за исключением абсолютно сухих грунтов, подземная коррозия металлов протекает по электрохимическому механизму. Грунт представляет собой капиллярнопористые системы, поры которых заполнены воздухом и влагой.  Их можно рассматривать как твердые микропористые электролиты с очень большой микро-  и макро- неоднородностью строения и свойств, и почти полным отсутствием механического перемешивания и конвекции их твердой основы.

Для предотвращения коррозии в теплоэнергетическом оборудовании применяются различные методы контроля и защиты. Один из основных методов — это использование защитных покрытий, таких как краски, эмали и антикоррозийные покрытия. Эти покрытия помогают защитить поверхности оборудования от воздействия агрессивных сред и предотвратить коррозию. Другие методы включают использование ингибиторов коррозии, регулярную очистку и обслуживание оборудования. Проблема внешней коррозии в последние годы решается за счет прокладки водяных тепловых сетей из стальных труб в теплоизоляции из пенополиуретана, и в гидрозащитной оболочке из полиэтилена или оцинкованной стали (в них наружная поверхность стальных труб защищена от коррозии), то проблема борьбы с внутренней коррозией тепловых сетей по-прежнему остается актуальной.

Одним из наиболее распространенных защитных покрытий для борьбы с внутренней коррозией трубопроводов являются эпоксидные покрытия. Эти покрытия обладают отличной адгезией к металлической поверхности и создают прочную и непроницаемую защитную пленку, которая предотвращает контакт металла с агрессивными средами. Эпоксидные покрытия обладают высокой химической стойкостью и могут использоваться в различных условиях эксплуатации. Полимерные покрытия также широко применяются для защиты трубопроводов от внутренней коррозии. Они образуют гладкую поверхность, которая предотвращает образование и накопление отложений и коррозионных продуктов. Полимерные покрытия обладают высокой устойчивостью к химическим веществам и механическим воздействиям, что делает их идеальным выбором для систем теплоснабжения.

Керамические покрытия представляют собой одно из новейших достижений в области защитных покрытий для трубопроводов. Они обладают высокой термической и химической стойкостью, а также отличной адгезией к металлической поверхности. Керамические покрытия создают пленку, которая эффективно предотвращает контакт металла с агрессивными средами и устойчива к высоким температурам и давлению. Нанокомпозитные покрытия представляют собой комбинацию различных материалов, включая наночастицы, полимеры и металлы. Эти покрытия обладают уникальными свойствами, такими как высокая прочность, химическая и механическая стойкость, а также антикоррозионная защита [4]. Нанокомпозитные покрытия могут быть нанесены на поверхность трубопроводов методом наноспрея или электрохимического осаждения.

Дополнительным методом борьбы с коррозией трубопроводов является использование антикоррозионных добавок, которые могут быть добавлены в систему теплоснабжения. Эти добавки создают защитную пленку на поверхности труб, которая предотвращает разрушение материала. Некоторые из наиболее распространенных антикоррозионных добавок включают в себя ингибиторы коррозии и полимеры.

Электрохимическая защита, включающая в себя катодную, протекторную и электродренажную защиту, также может быть практически применима в трубопроводах систем теплоснабжения. При катодной защите к изделию из металла подключают постоянный электрический ток, как показано на рисунке 2. Благодаря ему на поверхности металлической конструкции образуется катодная поляризация электродов микрогальванических пар и анодные области становятся катодными. А вследствие негативного влияния коррозии разрушается не металл, а анод.

Современные устройства катодной защиты представляют собой, как правило, катодные станции, снабженные специальными блоками, обеспечивающими автоматическое регулирование электрических параметров защиты.

Рисунок 2. Электрохимическая защита трубопроводов [5]

Подвидом катодной защиты является протекторная защита, в процессе которой к защищаемому объекту подсоединяют металл с более высоким электроотрицательным потенциалом. При этом разрушается не металлоконструкция, а протектор. Через определенный промежуток времени протектор корродирует и его потребуется заменить на новый. У каждого протектора есть свой радиус защитного действия — предельно возможное расстояние, на которое можно удалить протектор без утраты защитного эффекта. Такого рода защиту применяют, когда ток к объекту подвести трудно, дорого или просто невозможно.

Существует несколько технологий электродренажной защиты, включая гальваническую защиту, импульсную защиту и комбинированные методы. Гальваническая защита основана на использовании различных металлических анодов, которые создают разность потенциалов между анодами и трубопроводом. Импульсная защита предполагает использование импульсных токов для формирования защитной пленки. Комбинированные методы объединяют преимущества различных технологий для достижения оптимальной защиты [6].

Для эффективной борьбы с коррозией трубопроводов в системе теплоснабжения необходимо проводить регулярное обслуживание и мониторинг системы. Это включает в себя очистку и промывку труб, осмотр на предмет повреждений и трещин, а также контроль параметров окружающей среды, таких как pH и содержание кислорода. Раннее обнаружение проблем может помочь предотвратить их развитие и принять соответствующие меры. Один из наиболее распространенных методов изучения коррозии в теплоэнергетическом оборудовании — это электрохимическое исследование, включающее измерение потенциала и скорости коррозии. Другие методы включают металлографический анализ, спектроскопию и анализ химического состава. Эти методы позволяют определить причины и механизмы коррозии, а также оценить степень повреждения оборудования.

Современные методы борьбы с коррозией трубопроводов в системе теплоснабжения позволяют предотвратить разрушение труб, улучшить эффективность системы и продлить срок их службы. Использование защитных покрытий, антикоррозионных добавок, регулярное обслуживание и мониторинг, а также применение электрохимической защиты являются эффективными методами, которые помогают сохранить инфраструктуру теплоснабжения в хорошем состоянии. Правильное применение этих методов может существенно снизить затраты на ремонт и замену трубопроводов, а также обеспечить надежное функционирование системы теплоснабжения.