Водные режимы парового котла
Водный режим парового котла представляет собой систему технических и организационных мероприятий, обеспечивающих работу котла путем поддержания качества питательной и котловой воды в пределах установленных норм.
Необходимым условием надежной и экономичной работы парового котла в течение длительного времени является поддержание его правильного водного режима.
Водный режим парового котла должен обеспечить предотвращение образования накипи на поверхностях нагрева и загрязнения их шламом и нефтепродуктами, коррозии металла котла, вспенивания котловой воды, уноса влаги и солей с паром.
Водный режим парового котла представляет собой систему мероприятий, обеспечивающих его длительную, надежную и экономичную работу путем поддержания качества питательной и котловой воды в определенных нормах.
Водный режим парового котла в зависимости от типа котла и паросиловой установки, параметров вырабатываемого пара, качества конденсата и добавочной воды определяет:
нормы качества питательной и котловой воды;
способ и средства докотловой обработки добавленной и питательной воды;
метод и средства внутрикотловой обработки воды, включая режим (метод, периодичность и объем) продувки котла;
средства, периодичность и объем водоконтроля;
нормативный срок работы котла между внутренними осмотрами для определения необходимости его чистки.
Режимы внутрикотловой обработки воды
Различные соли, попадающие с питательной водой в котел, имеют неодинаковую растворимость. Растворимостью называется величина, характеризующая способность вещества образовывать с другим веществом однородную систему. Загрязнения поверхностей нагрева в виде накипи образуют в основном катионы жесткости Ca2+ , Mg2+, соединения которых CaSO4, CaCO3, MgSiO3, Ca(OH)2, Mg (OH)2 труднорастворимы.
При пересыщении раствора соли начинают откладываться на отдельных участках металла в виде первичных зародышевых кристаллов, которые затем разрастаются и укрупняются. Многочисленные бугорки шероховатостей металлической стенки являются центрами кристаллизации. Если кристаллизация солей происходит непосредственно на поверхности нагрева, такое явление называют первичным процессом накипеобразования.
Вторичный процесс накипеобразования заключается в осаждении взвешенных частиц и образовании плотно сцепленных с поверхностью нагрева вторичных отложений.
Докотловая обработка питательной воды предусматривает очистку ее от масла и механических примесей; удаление кислорода (деаэрация), солей (умягчение, термическое обессоливание) и накипи (магнитная обработка).
Независимо от наличия магнитной обработки питательной воды на всех судах устанавливаются обычные реагентные внутрикотловые воднохимические режимы.
Фосфатно-щелочной режим
Фосфатно-щелочной режим с применением противонакипина предназначен для предупреждения накипеобразования и коррозии в котлах с давлением пара до 2 МПа. При использовании этого режима необходимо поддерживать в котловой воде определенное соотношение между щелочностью и общим солесодержанием, получившим название относительной щелочности. Относительная щелочность котловой воды должна быть не выше 20%, т.е. общее солесодержание котловой воды должно быть не менее чем в 5 раз выше ее щелочного числа. Практически это значит, что в паровых котлах, работающих при давлении до 4МПа содержание хлоридов в котловой воде должно превышать значение щелочного числа не менее чем в 3 раза.
В котловой воде кальцинированная сода и тринатрийфосфат частично гидролизуются по уравнениям.
Na2CO3 + H2O = NaOH + NaHCO3
Na3PO4+H2O=Na2HPO4+NaOH
В результате гидролиза в котловой воде образуется щелочность.
Фосфатно – щелочной режим ведется по щелочному числу, которое поддерживается в пределах 150 – 200 мг/дм3 NaOH.
При фосфатно-щелочных режимах:
- соли магния выпадают в твердую фазу в виде гидроокиси магния, которая образуется в результате их реакции со щелочью:
MgSO4+2NaOH=Mg(OH)2+Na2 SO4
- бикарбонаты и оставшиеся в котловой воде карбонаты кальция в присутствии щелочи тринатрийфосфатом переводятся в гидроксилапатит, который выпадает в твердую фазу в виде шлама:
10СаСО3+6 Na3PO4+2NaOH=Ca10(PO4)6(OH)2+10Na2 CO3
10Ca(HCO3)2+ 6Na3PO4=Ca10(PO4)6(OH)2+18NaOH+20CO2
Для полной защиты от щелочной коррозии при фосфатно-щелочном режиме необходимо поддерживать высокое содержание хлоридов.
Если содержание солей в котле не обеспечивает защиту металла от щелочной коррозии, следует переходить на фосфатно-щелочной режим с нитратной пассивацией.
При фосфатно-щелочном режиме рН котловой воды всегда больше 10, что обеспечивает защиту котла от кислородной коррозии.
Фосфатно-нитратный и фосфатный режимы
Для главных и вспомогательных котлов с давлением до 6 МПа применяется фосфатно-нитратный режим внутрикотловой обработки воды. При давлении свыше 6 МПа применяется фосфатный режим. При этих режимах в котел вводится раствор тринатрийфосфата. Тринатрийфосфат гидролизуется, в результате гидролиза образуется щелочь. Соли магния реагируют со щелочью и выпадают в твердую фазу в виде гидроокисимагния, соли кальциевой жесткости – в виде гидроксилапатита.
При введении в воду котлов повышенного давления одного тринатрийфосфата проблема щелочной коррозии не снимается. Гидролиз тринатрийфосфата, реакция перевода солей временной кальциевой жесткости в гидроксилапатит, попадание морской воды в цикл приводят к высоким значениям рН котловой воды (рН=11) и образованию в котловой воде свободной щелочи. Для защиты котельного металла от щелочной коррозии в котел вводится нитрат натрия NaNO3 или нитрат калия KNO3. Нитратное число должно соответствовать 50% фактического значения щелочного числа.
Защита котла от кислородной коррозии обеспечивается, если котловая вода будет иметь рН=10, что соответствует щелочному числу Щ=15мг/дм3 NaOH.
При фосфатно-нитратном режиме, если фактическое значение щелочного числа ниже 15мг/дм3 NaOH, возможна кислородная коррозия металла котла во время его работы.
Защита котла нитратами от щелочной коррозии обеспечивается до давления 6 МПа. Защитная пленка нитратов железа при давлении в котлах более 6МПа начинает терять свою прочность, а при давлении 8 МПа практически не оказывает пассивирующего влияния на металл. Для поддержания требуемого качества котловой воды и удаления продуктов фосфатно-нитратного режима и других вредных веществ осуществляется продувка, которая может быть нижней и верхней.
Назначение продувания котла
При низких давлениях пар не растворяет солей, поэтому при работе котла практически все соли, продукты коррозии и другие примеси, поступившие в котел с питательной водой, остаются в котловой воде. Повышение содержания солей, шлама и других примесей в воде недопустимо.
Соли, взвеси и другие примеси котловой воды способствуют загрязнению пара в результате уноса капель котловой воды с большим содержанием примесей, приводят к набуханию уровня и могут вызвать «вскипание» котла вследствие уменьшения скорости барботажа пара в пароводяном коллекторе, способствует интенсивному накипеобразованию. Для предотвращения роста содержания примесей в котловой воде и поддержания значений технологических показателей качества котловой воды в установленных пределах делается продувание котла.
Продувание котла необходимо делать для того, чтобы в котловой воде поддерживать не выше установленных предельных значений общее солесодержание, щелочность и содержание шлама.
Для удаления шлама делается нижнее продувание. Удаление солей, взвесей, пены производится через верхнее продувание, так как верхний слой в пароводяном коллекторе формируется из воды, выходящей из подъемных труб, которая содержит наибольшее количество примесей. Воронки верхнего продувания устанавливаются так, чтобы удалялся верхний слой и при любом открытии клапанов продувания уровень воды не опускался до опасного предела.
Продувание может быть периодическим и постоянным. Периодическое продувание делается для снижения технологических показателей качества котловой воды до установленных значений.
Постоянное продувание делается верхним. При постоянном продувании поддерживаются значения показателей качества котловой воды в заданных пределах.
Периодическое продувание делается для снижения содержания шлама в котле и для снижения щелочности котловой воды, если она оказалась выше нормы.
Назначение нижней продувки является периодическое удаление из котла выпадающего шлама, а также единовременный вывод больших количеств воды при необходимости резкого изменения ее состава. Если показатели качества котловой воды находятся в пределах норм водно-химического режима, то нижнее продувание котла производится 1 раз в 5-7 дней. На ходу продувание котлов (особенно нижнее) надо выполнять очень осторожно, не допуская сотрясений котла и резкого падения давления пара. Во время продувания прекращается питание котла. Каждое продувание котла отмечается в журнале.
Механик по заведованию осуществляет регулярный контроль качества питательной и котловой воды во всех действующих котлах и с периодичностью, установленными для данных котлов.
Таблица 4.1