3 Лабораторные работы по дисциплине «Водоподготовка и водно-химические режимы тэс и аэс». Часть II. Водно-химические режимы тэс и аэс

Лабораторные работы по II части курса «Водоподготовка и водно-химические режимы ТЭС и АЭС» проводятся с целью закрепления и углубления теоретического материала, излагаемого на лекциях и включают работы по основным проблемам ведения водно-химического режима работы оборудования на ТЭС и АЭС.

Тема. Образование отложений на поверхностях нагрева тэо тэс и аэс. Организация контроля за отложениями

Примеси, содержащиеся в питательной воде, могут выделяться в твердую фазу на внутренних поверхностях котлов, испарителей, конденсаторов турбин в виде накипи (отложения непосредственно на поверхности нагрева) или шлама (грубодисперстные частицы, находящиеся в объеме воды). Однако четкой границы между накипью и шламом не существует, т.к. с течением времени вещества, образующие накипи, могут переходить в шлам, а шлам при определенных условиях может прикипать к поверхности.

Состав, структура и физические свойства отложений в котлах зависят в основном от химического состава питательной и котловой воды, а также от температурного режима работы оборудования. Химический состав примесей теплоносителя напрямую определяется уровнем химводоподготовки и применяемыми методами коррекции питательной и котловой воды, т.е. водно-химическим режимом.

Источником формирования отложений в теплообменном оборудовании являются:

• растворенные в воде соли:

• коллоидные (органические) вещества с размером частиц от 1 до 15 мкм:

• продукты коррозии конструкционных материалов теплообменного оборудования.

Все виды отложений вызывают ухудшение теплоотдачи и, как следствие, увеличение расхода топлива и повышение температуры металла труб.

Отложения, образующиеся на поверхностях нагрева теплоэнергетического оборудования весьма разнообразны по химическому составу, структуре, плотности, прочности связи с металлом, коэффициенту теплопроводности.

Интенсивность образования и химический состав накипи на теплопередающих поверхностях зависят от химического состава и теплофизических свойств параметров теплоносителя, от режимов эксплуатации котлов, теплообменников, систем теплоснабжения.

По химическому составу их можно подразделить на три основные группы:

• щелочноземельные;

• железоокисные;

• медноокисные.

В большинстве случаев накипные отложения имеют смешанный характер с преобладанием, в зависимости от конкретных условий, каких-либо компонентов (окислов железа, меди, фосфатов кальция, железо- и алюмосиликатов и т.д.).

Как было сказано выше, все виды отложений резко ухудшают условия теплоотдачи. Основными характеристиками, влияющими на теплопроводные свойства отложений, являются:

• структура (или пористость). По данному показателю вид отложений может изменяться от рыхлых, пористых образований типа туфа до прочной, гладкой эмали. Это зависит от условий и кинетики образования отложений;

• толщина и сила сцепления с металлом, от слоистых, легко смываемых до тонких, прочных, практически не удаляемых.

• химический состав

Общая характеристика щелочноземельных накипей

Как известно, щелочно-земельные отложения состоят из соединений кальция и магния. Возможности химводоочистки в настоящее время в части удаления катионов жесткости достаточно велики. В схемах подготовки добавочной воды для котлов барабанного типа, предусмотрено не менее двух ступеней умягчения воды ( для котлов давлением 3,9 МПа  две ступени Na-катионирования; для более высокого рабочего давления и АЭС с реакторами ВВЭР  две ступени Н-ОН-ионирования), с достаточной надежностью организуется и очистка производственных конденсатов, проводятся конструктивные работы по уплотнению трубных систем конденсаторов и подогревателей, организуется автоматический химконтроль за присосами в конденсаторах и теплообменниках, но, к сожалению, исключить полностью поступление катионов кальция и магния в питательную воду котлов не удается. Концентрация этих примесей в котловой воде в силу специфики барабанных котлов неизбежно будет выше.

При работе котла в результате парообразования постепенно концентрация ионов-примесей увеличивается и по истечении определенного времени достигает предела их растворимости при данных температурных условиях. Дальнейшее увеличение концентрации этих ионов приводит к выделению из раствора труднорастворимых соединений в виде кристаллов. Центрами кристаллизации служат шероховатости на поверхностях нагрева котла, а также взвешенные и коллоидные частицы, находящиеся в воде.

Процесс кристаллизации солей из насыщенных растворов происходит в двух направлениях:

• выделение твердой фазы непосредственно на поверхностях нагрева;

• выделение твердой фазы в виде взвешенных в воде мельчайших кристалликов, укрупняющихся с течением времени и образующих шлам.

В группу щелочноземельных накипей входят кальциевые и магниевые накипи (карбонатные, сульфатные, силикатные, фосфатные), составляющие до 90 % от общего количества отложений в теплоэнергетическом оборудовании.

Карбонатная накипь СаСО₃ в теплоэнергетическом оборудовании может встречаться в виде плотных кристаллических отложений там, где процесс кипения отсутствует (экономайзеры, конденсаторы, ПВД, ПНД, трубопроводы т.д.). В условиях кипения СаСО₃ выпадает в виде неприкипающего шлама.

Сульфатная накипь СаSO₄ обладает большой плотностью и твердостью. При химических очистках требует особого внимания.

Силикатная накипь CaSiO₃ образует твердую накипь, крепко пристающую к стенкам поверхностей нагрева. Также вызывает определенные осложнения при проведении химических очисток.

Силикатные накипи 5CaO·5SiO₂·H₂O и другие имеют разнообразный минеральный состав, т.к. кремневая кислота образует накипи не только с катионами Ca²⁺ и Mg²⁺, но и с Na⁺, Fe²⁺, Al³⁺, в связи с чем и структура этих отложений разнообразна – от пористых и комковых до твердых плотных образований, ровным слоем покрывающих металлическую поверхность.

Питательная вода, несмотря на обработку на ВПУ, всегда содержит некоторое количество растворенных солей, поэтому в котловой воде могут находится одновременно катионы Ca²⁺, Mg²⁺ и различные анионы (SO₄^2-, SiO₃^2-, CO₃^2- и др.).

В состав котельного шлама могут входить карбонат кальция CaCO₃, гидрокарбонат магния Mg(OH)₂·MgCO₃, оксиды меди CuO, Cu₂O, органические вещества т.п.

Шламы подразделяют на неприкипающие к поверхности нагрева и поэтому сравнительно легко выводимые из контура котла с продувкой и шламы, способные при определенных условиях прикипать к поверхностям нагрева. Их называют вторичные накипи (гидроокись магния, фосфатно-магнезиальные соединения). Одна из задач воднохимического режима ТЭС и АЭС состоит в создании и поддержании таких условий в воде, при которых шлам не переходил бы во вторичную накипь, а удалялся бы с продувкой.