Условия образования щелочноземельных накипей

Щелочноземельные накипи могут выделяться в твердую фазу в результате протекания физических и химических процессов.

К физическим процессам относится постепенное повышение концентрации солей в котловой воде при ее упаривании в результате чего достигается предел растворимости солей и переход их в твердую фазу, т.е. необходимо, чтобы произведение концентраций катионов и анионов труднорастворимого вещества достигло бы величины произведения растворимости С_К+·С_А-=ПР_К·А концентрации катионов и анионов С_К+, С_А- .

Предел растворимости конкретного вещества зависит исключительно от температуры и химической природы вещества.

Произведение растворимости для данного соединения и данной температуры является величиной постоянной и может изменяться только с изменением температуры.

Если С_К·С_А<ПР_КА – раствор не насыщен и осадок выпадать не будет.

При С_К·С_А>ПР_КА↓ – выпадение осадка неизбежно.

Таким образом, выпадение из раствора конкретной соли начинается только в том случае, когда произведение концентраций ионов, входящий в ее состав, превышает значение произведения растворимости для данной соли. Наиболее быстро процесс нарастания отложений происходит на поверхностях нагрева, имеющих шероховатости, особенно если эта поверхность покрыта слоем оксидов, который выполняет роль цементирующей прослойки между металлом и отложениями. У ряда веществ с повышением температуры происходит понижение растворимости (соли с отрицательным температурным коэффициентом растворимости). Например, предельная растворимость CaSO₄ при t=20^oC составляет 2000 г/м³, а при t=150^оС она уменьшается в 4 раза и составляет 500 г/м³.

Таким образом, выделение гипса из котловой воды будет прежде всего происходить около поверхности нагрева котла, где температура воды будет иметь наибольшее значение и концентрация CaSO₄ быстрее достигнет предела насыщения.

К химическим процессам образования щелочноземельных отложений относятся следующие:

- термический распад бикарбонатов кальция и магния:

Ca(HCO₃)₂→CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O (3.1)

Mg(HCO₃)₂→MgCO₃+CO₂↑+H₂O (3.2)

с образованием малорастворимого CaСO₃.

Скорость разложения бикарбоната кальция в значительной степени зависит от температуры и характера кипения котловой воды. При повышенных температурах и бурно кипящей воде он выпадает в массе котловой воды в виде шлама, при отсутствии кипения осаждается на поверхности нагрева в виде накипи.

- гидролиз карбоната магния MgCO₃

Термическое разложение бикарбоната магния Mg(HCO₃)₂, с образованием карбоната магния MgCO₃ протекает значительно медленнее, а затем, в результате взаимодействия с водой (гидролиз) растворимая соль карбоната магния образует малорастворимое соединение – гидроокись магния

MgCO₃ +H₂O →Mg(OH)₂↓+H₂CO₃ (3.3)

- реакции взаимного обмена.

При определенных условиях легкорастворимые натриевые соли могут вступать в реакции обмена с солями кальция и магния и преобразоваться в труднорастворимые соединения, например

CaCl₂+Na₂SiO₃→CaSiO₃↓+2NaCl (3.4)

Щелочноземельные накипи характерны для теплообменников, водогрейных котлов, барабанных котлов при неналаженности работы ВПУ и плохом контроле присосами охлаждающей воды в конденсаторах турбин.

На предотвращение кальциевых и магниевых накипей в теплообменном оборудовании направлены все способы сокращения поступления в основной цикл ТЭС и АЭС ионов Ca²⁺ и Mg²⁺:

• обессоливание добавочной воды на ВПУ;

• обеспечение гидравлической плотности конденсаторов турбин;

• обессоливание турбинных конденсатов на энергоблоках с прямоточными котлами;

• очистка внутристанционных и возвратных производственных конденсатов.

В котлах барабанного типа и парогенераторах АЭС, имеющих непрерывную продувку, имеется также возможность вместе с продувкой удалять часть поступивших в пароводяной тракт примесей, не допуская тем самым повышения концентрации соответствующих ионов до величин, отвечающих произведениям растворимости.

Это, в частности, достигается связыванием катионов Ca²⁺ в соединения, которые удаляются из котловой воды с продувкой (неприрывной или периодической) в виде шлама (при обработке ее фосфатами), или переводом соединений кальция и магния в истинно растворенную форму (при обработке воды комплексонами) – продувка сохраняется.