close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

4552 vihrev v. f.shkrob m. s vodopodgotovka

код для вставкиСкачать
В54
В .Ф .В И Х Р Е В
М .С.Ш КРОБ
В. Ф. В И Х РЕВ и М. С. Ш К Р О Б
)ТОВКА
вол
доктора техн. наук, профессора М. С. Ш КРО БА
Допущено
Министерством высшего и среднего специального
образования СССР в качестве учебника д ля сту­
дентов вузов, обучающихся по специальности
«Тепловые электрические станции»
И ЗД А Н И Е ВТОРОЕ,
ПЕРЕРА БО ТА Н Н О Е И Д О П О Л Н ЕН Н О Е
«ЭНЕРГИЯ»
МОСКВА 1973
ЬР*
6П2.22
Ь 04 ' Л л
В 41
У Д К 621.18^.12(075.8)
Вихрев В. Ф. и Шкроб М. С.
В 41
Водоподготовка. Учебник для вузов. Под ред.
М. С. Ш кроба. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Энер­
гия», 1973.
416 с. с ил.
Р а с с м а т р и в а ю т с я в н у т р и к о т л о в ы е ф и з и к о -х и м и ч е с к и е п р о ц е с с ы и
м е т о д ы б о р ь б ы с о т л о ж е н и я м и в п а р о г е н е р а т о р а х , п р о т о ч н о й ч а с ти
п ар о вы х турб и н и теп л о о б м ен н ы х а п п а р а т а х . О свещ аю тся т а к ж е во­
просы
коррозии основного и всп о м о гател ьн о го о б о р у д о в ан и я ТЭ С и
д а ю т с я р е к о м е н д а ц и и п о ее п р е д о т в р а щ е н и ю . О с в е щ а ю т с я ф а к т о р ы ,
о п ред еляю щ и е воднохим ически е реж и м ы б ар аб ан н ы х и прям оточны х
парогенераторов.
К нига явл яется учебником
По к у р с у
«Т епловы е
электри чески е
с т ан ц и и » . О на м о ж ет б ы ть полезной и д л я и нж енеров, р аботаю щ и х
в области п роекти рован и я и эксп луатац и и тепловы х электростан ций.
, 0332-050
В 051(01)-73 4-73
С.Торайгыров
;
>, [дагы ПМУ-дщ
мик С.Бейсембаеындагы гылыми
В асилий Федорович В их реп, Шг
6П2.22
'проб
Водоподготовка
Редактор А. П. П ильщ иков
Редактор издательства Л . Н. С инельникова
Переплет художника Н. Т. Ярешко
Технические редакторы Л. М. Ф ридкин и Л. В. И ванова
Корректор Е. X. Горбунова
С д ан о в набор 2 4 /У Н
ф о р м а т 84 х 1081/ з!!
У е л . печ. л . 21,84
Т и р аж 30 000 э к з.
1972 г.
печати 5 / И 1973 г.
Т-00747
Б у м а г а ти п о гр аф ск ая М« 2
У ч .-и з д . л . 23,91
З а к . 1274
Ц ена 95 коп.
П о д п и са н о
к
И з д а т е л ь с т в о « Э н е р г и я » . М о с к в а , М -114,
Шлюзовая наб., 10.
М о с к о в с к а я т и п о г р а ф и я № 10 С о ю з п о л н г р а ф п р о м а
п р и Г о с у д а р с т в е н н о м к о м и т е т е С о в е т а М и н и с тр о в С С С Р
по д е л а м и з д а т е л ь с т в , п о л и г р а ф и и и к н и ж н о й т о р г о в л и .
М о с к в а , М -114, Ш л ю з о в а я н а б .. 10.
О т п е ч а т а н о в М о с к о в с к о й т и п о г р а ф и и № 4 С о ю зп о л н г р а ф п р о м а
Г осуд арствен н ого к ом и тета С овета М инистров С С С Р
по д е л а м и з д а т е л ь с т в , п о л и г р а ф и и и к н и ж н о й т о р г о в л и .
5 . П е р е я с л а в с к а я у л ., 46,
ПРЕДИСЛОВИЕ
Волросы организации рационального водного режима
и водоподготовки приобрели важное значение в деле
обеспечения надежной и экономичной эксплуатации те­
пловых электростанций в связи с ростом параметров п а­
ра и единичной мощности парогенераторов и турбоагре­
гатов. Серьезное внимание должно быть так ж е уделено
обработке охлаждаю щ ей воды конденсаторов в системе
с замкнутой циркуляцией, а т а к ж е очистке подпиточной воды тепловых сетей с открытым разбором горячей
воды.
Учитывая учебное назначение книги, в ней дают
основные представления о физико-химических процессах
образования отложений и коррозионных
повреждений
металла, которые протекают в водяном и паровом т р а к ­
тах современных тепловых электростанций. В книге из­
ложены основные сведения о практических способах пред­
отвращения
коррозии
паросилового оборудования и
отложений в парогенераторах, проточной части паровых
турбин, конденсаторах, тракте питательной воды и тепло­
вых сетях. Освещены такж е специфические особенности
водных режимов барабанных и прямоточных парогенера­
торов. Большое внимание авторы уделили разъяснению
сущности различных методов водоподготовки и типовых
схем водоподготовительных установок, а такж е описанию
прогрессивной технологии обработки природных вод и
загрязненных конденсатов. Описаны конструкции ос­
новного и вспомогательного оборудования водоподгото­
вительных установок, а т ак ж е рассмотрены вопросы про­
ектирования и автоматизации этих установок.
Изложению основного м атериала о методах водопод­
готовки предпослана глава, посвященная свойствам воды
и компонентам природных вод.
В книге авторы обобщили и систематизировали новые
экспериментальные и практические данные, полученные
3
отечественными научно-исследовательскими и проектны­
ми институтами, наладочными организациями, энергоси­
стемами, заводами — поставщиками водоочистительной
аппаратуры, а так ж е материалы, опубликованные за по­
следние годы в зарубежной технической литературе.
Методика и последовательность изложения материала
о траж аю т многолетний опыт преподавания курса «Водоподготовка» на теплоэнергетических факультетах энерге­
тических вузов.
Первый учебник по курсу «Водоподготовка» — книга
М. С. Ш кроба и В. Ф. Вихрева была издана в 1966 г. При
подготовке текста второго издания учебника авторы стре­
мились в полной мере учесть пожелания и ценные кри­
тические замечания педагогов, студентов и других чита­
телей нашей книги. П отребовалось такж е существенно
обновить первоначальный текст большинства глав книги
в связи с тем, что за прошедшие 7 лет как в С ССР, так
и за рубежом были разработаны и успешно внедрены
на многих ТЭС новые, более эффективные и экономичные
методы очистки природных вод (пресных, морских, со­
лоноватых) и конденсатов. Появились новые типы авто­
матизированной водоподготовительной аппаратуры ори­
гинальных
конструкций. Внесены практически ценные
усовершенствования в технологию обработки природных
вод и конденсатов.
Авторы в ы раж аю т глубокую благодарность доктору
техн. наук, профессору В. В. Померанцеву и канд. техн.
наук, доценту М. Я- Полянскому за ценные указания при
рецензировании рукописи.
Все замечания по книге будут приняты
авторами
с благодарностью и учтены в дальнейшей работе.
Зам ечан ия просьба направлять по адресу: Москва,
М-114, Ш лю зовая набереж ная, 10, Издательство «Энер­
гия».
Авторы
ВВЕДЕНИЕ
0-1 ЗНАЧЕНИЕ ВОДОПОДГОТОВКИ И ВОДНОГО РЕЖИМА
ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ИХ НАДЁЖНОЙ И ЭКОНОМИЧНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
В ближайш ем десятилетии главным направлением
в развитии энергетики в С СС Р явится преимущественно
строительство крупных государственных районных элек­
трических станций (Г Р Э С ), являю щ ихся конденсацион­
ными электростанциями (К Э С ), а т ак ж е чисто отопи­
тельных и промышленных теплоэлектроцентралей (Т Э Ц ),
обеспечивающих комбинированное производство электро­
энергии на базе теплового потребления коммунальных и
промышленных предприятий городов и рабочих посел­
ков. Отсюда следует, что тепловые электростанции (ТЭС)
являются основной энергетической базой народного хо­
зяйства С СС Р, водяной пар — основой энергетики, а во­
д а — сырьем для получения пара и теплоносителем.
Перед советскими теплоэнергетиками поставлена з а ­
дача дальнейшего повышения экономичности эксп л уата­
ции ТЭС, снижения численности эксплуатационного пер­
сонала и широкого внедрения механизации и ав том ати за­
ции технологических процессов.
Характерной чертой развития отечественных район­
ных КЭС является систематическое увеличение единич­
ной мощности энергоблоков (парогенератор — турбина) и
установленной мощности КЭС, а так ж е повышение п а­
раметров пара.
Накопление эксплуатационного опыта и создание ори­
гинальных конструкций крупных прямоточных парогене­
раторов и турбоагрегатов позволили широко развернуть
в С С С Р строительство ГРЭС с блоками 150, 200, 300, 500
и 800 Мет на давление пара у турбин 130 и 240 кгс/см 2.
В ближайш ем будущем, очевидно, энергоблоки 500,
800 и 1 200 Мет на сверхкритическом давлении пара ста­
нут основным оборудованием тепловых паротурбинных
электростанций. Н а крупных отопительных ТЭ Ц устанав­
ливаются теплофикационные турбоагрегаты мощностью
135 и 250 Мет на параметры пара соответственно
130 к гс /с м \ 570 °С и 240 кгс/см 2, 560/565“С. Ведущая
роль паротурбинных электростанций в централизованном
электро- и теплоснабжении страны, а т ак ж е большие
единичные мощности агрегатов предъявляю т весьма вы­
сокие требования к обеспечению длительной, надежной
и экономичной эксплуатации их с полной нагрузкой в це­
лях бесперебойного снабжения потребителей электриче­
ской энергией и теплом.
Возможность длительной бесперебойной эксплуатации
ТЭС в значительной степени определяется интенсивно­
стью протекания физико-химических процессов накипеобразования на поверхности нагрева парогенераторов, уно­
са солей, кремниевой кислоты и окислов металлов паром
из испаряемой (котловой) воды и образования отложе­
ний их в проточной части паровых турбин, а также кор­
розии металла энергетического оборудования и трубопро­
водов. Интенсивность протекания всех этих процессов
зависит от качества пара, питательной и котловой воды.
Опыт многолетней эксплуатации мощных энергобло­
ков в С С С Р и за рубежом убедительно свидетельствует
о том, что необходимым условием длительной, надежной
и экономичной эксплуатации ТЭС является рациональная
организация водоподготовки и водного режима пароге­
нераторов и в первую очередь строгое соблюдение экспе­
риментально обоснованных эксплуатационных норм к а ­
чества пара, конденсата, питательной и котловой воды.
При решении водной проблемы паротурбинных элек­
тростанций существенное значение имеет то, что переход
к сверхвысокому и сверхкритическому давлениям зн а­
чительно видоизменяет не только условия п арообразова­
ния, но и свойства самого рабочего тела.
Одним из факторов, обусловливающих столь важное
значение водной проблемы современных ТЭС, являются
высокие удельные тепловые нагрузки стенок парообра­
зующих труб парогенераторов. В целях обеспечения н а­
дежного температурного реж има металла этих поверхно­
стей и тем самым более продолжительной рабочей к а м ­
пании парогенераторов необходимо жесткое ограничение
6
допустимой величины отложений на поверхностях нагре­
ва, омываемых водой, пароводяной смесью или паром.
Другим
важным фактором является повышенная
чувствительность турбин высокого давления к загр я зн е­
нию их проточной ч асти ..Д аж е небольшие отложения на
лопатках турбины, еще не вызывающие снижения ее номи­
нальной мощности, могут существенно снизить тепловую
экономичность турбины и всего энергоблока. С повыше­
нием давления пара и переходом к прямоточным паро­
генераторам сверхкритического давления (с. к. д.) опас­
ность загрязнения питательной воды резко возрастает
из-за увеличения интенсивности коррозионных процессов
с ростом температуры.
О сновными задачам и водоподготовки и рациональной
организации водного режима парогенераторов и тракта
питательной воды являю т ся:
а) предотвращ ение образования на внутренних по­
верхностях парообразую щ их и пароперсгреват ельны х
труб отложений ка льц и евы х соединений и окислов ж еле­
за, а в проточной части паровы х турбин отложений со­
единений меди, ж елеза, крем ниевой кислоты и натрия;
б) защита от коррозии конст рукционных металлов
основного и вспомогательного оборудования ТЭС и те­
п лоф икационны х систем в ус л о ви я х их контакта с водой
и паром, а также при нахож дении их в резерве.
Д л я того чтобы блок парогенератор — турбина на ТЭС
с. к. д. смог проработать в течение 4 000—6 000 ч без
отложений в экранных трубах и в проточной части тур­
бин, необходимо осуществлять весьма совершенные ме­
тоды обработки добавочной питательной воды, а такж е
очистки загрязненных конденсатов. Все эти мероприятия
желательно проводить при минимальных капитальных
затратах на сооружение водоподготовительных устано­
вок и с минимальными эксплуатационными расходами.
З а прошедшие годы в нашей стране достигнуты з н а ­
чительные успехи в развитии средств водоподготовки и
в повышении надежности и экономичности их эксп луата­
ции. Существенный прогресс достигнут и в области орга­
низации рационального водного режима тепловых элек­
тростанций и химического контроля за водой и паром,
а такж е в деле подбора коррозионностойких металлов и
защитных покрытий.
Приступая к изучению курса «Водоподготовка», сту­
дент должен предварительно восстановить в памяти соот­
7
ветствующие разделы курса «О бщ ая химия», в которых
трактуются закономерности процессов электролитической
диссоциации, гидролиза, выпадения труднорастворимых
веществ и т. д. Особое внимание долж но быть обращено
на те соединения, которые являю тся обычными примеся­
ми природных вод (соли, газы, щелочи, органические
примеси, силикаты и др.). Необходимо, кроме того, иметь
достаточно четкое представление о трактуемых в курсе
«Парогенераторы» внутрикотловых физических процессах
теплообмена, гидродинамики, увлаж нения генерируемого
пара, а т ак ж е знать применяемые в современных мощ­
ных парогенераторах схемы и конструкции устройств
ступенчатого испарения, промывки пара и механической
сепарации.
0-2. ОБРАЩЕНИЕ ВОДЫ В РАБОЧЕМ ЦИКЛЕ
ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Вода, получаемая из источников водоснабжения, ис­
пользуется на тепловых электростанциях: а) в качестве
технологического сырья для получения пара в парогене­
раторах, испарителях и паропреобразователях; б) для
конденсации отработавшего пара в конденсаторах паро­
вых турбин и других производственных теплообменных
аппаратах; в) для охлаж дения продувочной воды и под­
шипников дымососов; г) для охлаждения воздуха, газов
и масла в охладительных установках; д) в качестве р а ­
бочего теплоносителя в теплофикационных отопительных
сетях и сетях горячего водоснабжения.
Н а рис. 0-1 изображены типичные принципиаль­
ные схемы обращения воды в рабочем
цикле ТЭС
с конденсационной турбиной (КЭС) и промышленной
теплоэлектроцентрали с теплофикационной турбиной
(ТЭ Ц ).
1. И с х о д н а я п р и р о д н а я в о д а , получаемая из
источников водоснабжения и н ап р ав л яем ая в качестве
технологического сырья на водоподготовительную уста­
новку либо используемая для каких-либо других целей
в процессе получения электрической энергии.
2. Д о б а в о ч н а я в о д а , используемая для воспол­
нения потерь пара и конденсата в пароводяном цикле
электростанции; в качестве добавочной воды к питатель­
ной воде парогенераторов могут быть использованы хи3
Цп
Рис. 0-1. Схемы обращения воды на КЭС и ТЭЦ.
а — э л е к т р о с т а н ц и я с к о н д е н с а ц и о н н о й т у р б и н о й (К Э С ); б — т е п л о э л е к т р о ­
ц е н т р а л ь с т е п л о ф и к а ц и о н н о й т у р б и н о й (Т Э Ц ); / — в о д я н о й э к о н о м а й з е р ; 2 —
п ар о ген ер ато р с п ар о п ер егр е ва тел ем ; 3 — п и тател ьн ы й насос; 4 — д е а эр а т о р ;
5 — кон денсатны й насос; 6 — к он д ен сатор турби ны ; 7 — п ар о в ая ту р б и н а; 8 —
в о д о п о д г о т о в и т е л ь н а я у с т а н о в к а ; 9 — р а с ш и р и т е л ь н е п р е р ы в н о й п р о д у в к и ; 10 —
о х л ад и т ел ь продувочн ой воды (п о д о гр е в а тел ь д о б ав о ч н о й в о д ы ); / / — вн еш н ие
п о т р е б и т е л и п а р а ; 12 — б а к о б р а т н о г о к о н д е н с а т а ; 13 — н а с о с о б р а т н о г о к о н ­
д е н с а т а ; 14 — г е н е р а т о р ; Д п — п а р и з п а р о г е н е р а т о р а ; Д н 0 — п а р и з н е р е г у ­
л и руем ого о тб ора турби ны ; Д р 0 — п ар из р егули руем ого о тб о р а турби н ы ;
Д д в — д о б ав о ч н ая во д а; Д и в — и сх о д н ая в о д а; Д п в — п и тател ьн ая вода;
Д в п — вн утр и стан ц и о н н ы е потери п а р а и к о н д ен са та; • Д к т — к о н д ен са т т у р ­
бин; Д к в — к о т л о в а я (п р о д у в о ч н а я ) в о д а; Д 0 в — о х л а ж д а ю щ а я в о д а; Д р п —
п ар и з р асш и р и т ел я продувочной воды ; Д о к — обр атн ы й к о н д ен са т внеш них
потребителей п ар а ; Д 3 к — загр язн ен н ы й
ко н д ен сат внеш них потребителей
пара.
9
I
мически обработанная вода или дистиллят (конденсат,
вторичного пара испарителей).
3. К о н д е н с а т т у р б и н , содержащий незначитель­
ное количество растворенных веществ, является наиболее
ценной составляющей питательной воды; поэтому следу­
ет всемерно стремиться к минимальным потерям его на
ТЭС.
4. О б р а т н ы й к о н д е н с а т внешних потребителей
пара используется, как составная часть питательной во­
ды после его предварительной очистки от посторонних
примесей.
5. П и т а т е л ь н а я в о д а, подаваемая насосами в па­
рогенераторы для восполнения убыли испарившейся кот­
ловой воды и представляю щ ая собой обычно смесь кон­
денсата турбин, регенеративных и теплофикационных по­
догревателей, обратного конденсата внешних потребите­
лей и добавочной воды.
6. К о т л о в а я в о д а , испаряемая в парогенераторах;
воду, испаряемую в испарителях и паропреобразователях, называю т к о н ц е н т р а т о м .
7. П р о д у в о ч н а я в о д а и л и к о н ц е н т р а т , вы­
пускаемые из парогенераторов, испарителей и паропреобразователей с целью поддерж ания в них на заданном
уровне концентрации примесей, непрерывно поступаю­
щих в цикл ТЭС.
8. О х л а ж д а ю щ а я
или
циркуляционная
в о д а , используемая в конденсаторах паровых турбин
для конденсации отработавшего пара.
9. П о д п и т о ч н а я в о д а , подаваемая в теплофика­
ционную сеть для восполнения потерь циркулирующей
в ней с е т е в о й в о д ы .
В рабочем цикле ТЭС имеют место в н у т р и с т а н ц и о н н ы е п о т е р и п а р а и к о н д е н с а т а , основны­
ми источниками которых являются: а) п а р о г е н е р а ­
т о р ы , где теряется пар, расходуемый на привод вспомо­
гательных механизмов, на обдувку наружных поверхно­
стей нагрева от золы и ш лака, на грануляцию шлаков
в топке, на распыливание в форсунках жидкого топлива,
при периодическом открытии предохранительных к л ап а­
нов, при продувке пароперегревателей во время растопки
парогенераторов и с непрерывной и периодической про­
дувкой парогенераторов с многократной циркуляцией;
б) т у р б о а г р е г а т ы , где имеют место непрерывные по­
терн пара через лабиринтовые уплотнения и в воздуш­
Ю
ных насосах, отсасывающих из конденсаторов вместе
с воздухом и некоторое количество пара; в) к о н д е н с а т н ы е и п и т а т е л ь н ы е б а к и , где происходит по­
теря воды через перелив и испарение горячего конденса­
та; г) п и т а т е л ь н ы е н а с о с ы , где происходят утеч­
ки
воды через неплотйости сальниковых уплотнений;
д) т р у б о п р о в о д ы , где происходят утечки воды через
неплотности фланцевых соединений, запорной и регули­
рующей арматуры; е) т е р м и ч е с к и е д е а э р а т о р ы ,
где происходит потеря пара с выпаром; ж) т у р б о н а ­
с о с ы — с выхлопом пара; з) п р о б о о т б о р о ч н ы е
т о ч к и — с конденсатом и водой.
Внутристанцнонные потери пара и конденсата могут
быть значительно уменьшены путем установки д р е н а ж ­
ных и сливных баков для сбора конденсата, путем п ра­
вильного выбора габаритов конденсатных баков, путем
применения сварки трубопроводов и обеспечения высокой
плотности фланцевых соединений, ликвидации парения
предохранительных клапанов, отказа от использования
паровых форсунок, паровых приводов и паровых обдувочных аппаратов, а т ак ж е путем применения теплооб­
менных аппаратов с приспособлениями для конденсиро­
в а н и я ^ улавливания отработавшего пара. При соблюде­
нии этих условий внутристанцнонные потери пара и воды
составляют незначительную величину, не превышающую
0,5— 1,0% общей производительности
парогенератора.
Следовательно, на КЭС основной составляющей пита­
тельной воды является конденсат турбин, что видно из
водного баланса КЭС:
^п.в = ^к.т + ^д.в»
(0-1)
где Оп.в — часовой расход питательной воды, г/ч; Ок.т —
часовой расход конденсата турбин, г/ч; Одп — часовой
расход добавочной воды, т/ч, причем величина О к.т почти
в 100 раз больше, чем Ь д.в. Аналогичное положение имеет
место и на чисто отопительных ТЭЦ.
Солесодержание питательной воды а п.в на КЭС, опре­
деляемое из солевого баланса, равно:
а а в = - § ^ а к . т + - § ^ « д.в.
и и.в
и п.в
(0-2)
где а к.т и Яд.в — солесодержание соответственно конденсата турбин и добавочной воды, г/г, т. е. определяется
в основном солесодержанием конденсата турбин.
П
На промышленных ТЭЦ, отпускающих отработавший
пар из отборов турбин внешним потребителям на р азлич­
ные производственные нужды, наряду с внутристанционными потерями пара и конденсата имеют место внешние
потери, величина которых зависит от специфических осо­
бенностей технологии производства и конструкции зав од ­
ских аппаратов, потребляющих пар.
Д ви ж ени е воды и пара на промышленной Т Э Ц осу­
ществляется по двум замкнутым контурам (рис. 0-1,6):
один — через
конденсатор турбины, а второй — через
производственные аппараты, использующие тепло о тр а­
ботавшего пара теплофикационных турбин. В схеме ус­
ловно принято, что сбор и возврат высококачественного
производственного
конденсата осуществляются только
двумя потребителями отборного пара, а у третьего по­
требителя конденсат загрязнен вредными для работы
парогенераторов примесями. Загрязненны й производст­
венный конденсат подается на водоподготовительную
установку для умягчения, обезмасливания и обезжелезивания. Иногда конденсат греющего пара
настолько
сильно бывает загрязнен вредными примесями в техноло­
гических аппаратах, что требуется слож ная очистка его,
которая может оказаться дороже обработки природной
воды, и его приходится сбрасывать в канализацию . П о­
этому при проектировании систем теплоснабжения про­
мышленных предприятий решение вопроса о целесооб­
разности возврата производственного конденсата на ТЭЦ
в каж дом отдельном случае долж но быть обосновано со­
ответствующими технико-экономическими расчетами.
Водный баланс промышленных Т Э Ц характеризуется
следующим уравнением:
^П.В = ^К.Т+ ^Д.В+^О.К + ^р.П»
(О'З)
где йо.к — обратный конденсат внешних потребителей па­
ра, т/ч; Ор.п — пар из расширителя непрерывной продув­
ки, т/ч.
На промышленных Т Э Ц добавочная вода восполняет
не только внутристанционные потери пара и конденсата
и потери воды с непрерывной продувкой, но и потери па­
ра и конденсата у внешних потребителей. Поэтому отно­
сительная величина добавочной воды на промышленных
Т Э Ц значительно больше, чем на КЭС, и конденсат тур­
бин не является основной составляющей
питательной
поды.
VI
Солесодержание питательной воды на промышленных
ТЭЦ определяется не только солесодержанием конденса­
та турбин, но и солесодержанием других компонентов
питательной воды, а именно:
„
^ и .в
-
° к .т „
п
11.В
к .т
I
|
г)
^ .в
^11. В
I
До^
п
и а.В
к + О ь ^ а ра>
^ о .к
»
п
(0 . 4)
]
где а 0.к и йр.п — солесодержание соответственно обрат­
ного конденсата и пара из расширителя непрерывной
продувки, г/г.
В пароводяной тракт ТЭС непрерывно поступают з а ­
грязнения, ухудшающие качеству питательной воды:
а) с паром, вырабатываемым парогенератором; б) с присосами охлаж даю щ ей воды через неплотности в конден­
саторах паровых турбин; в) с присосами через неплот­
ности в теплофикационных подогревателях; г) с низко­
качественным дистиллятом или с забросом концентрата
во вторичный пар паропреобразователей; д) с загрязнен ­
ным конденсатом внешних потребителей отборного пара
теплофикационных турбин; е) с добавочной питательной
водой, восполняющей потери пара и конденсата внутри
ТЭС и у внешних потребителей пара; ж) с реагентами,
вводимыми в тракт питательной воды для осуществления
так называемого коррекционного водного режима, пред­
назначенного для борьбы с коррозией конструкционных
металлов и с накипеобразованием на поверхностях н а ­
грева; з) с продуктами коррозии элементов энергетиче­
ского оборудования и трубопроводов, омываемых водой
или паром. При этом следует иметь в виду, что абсолю т­
ная величина каждого из перечисленных источников з а ­
грязнений может изменяться в довольно широких преде­
лах в зависимости от типа ТЭС, условий ее э ксп л уата­
ции, от принятой схемы обработки добавочной питатель­
ной воды и загрязненных конденсатов, а так ж е от про­
тивокоррозионной стойкости применяемых конструкци­
онных материалов и защитных покрытий. Д л я того что­
бы предотвратить накопление поступающих в п ар оводя­
ной тракт электростанции загрязнений, необходимо о рга­
низовать их систематический вывод из пароводяного ц и к ­
ла путем непрерывной и периодической продувки паро­
генераторов с многократной циркуляцией, применения
промывочно-сепарационных устройств прямоточных па*
регенераторов докритического давления, химического
обессоливання конденсата и т. д.
13
Проверка плотности ряда конденсаторов показала,
что величина присоса через неплотности в соединениях
колеблется в широких пределах, что обусловлено д ли ­
тельным воздействием на трубные пучки термических и
динамических напряжений, возникающих под влиянием
переменного
теплового режима работы конденсатора.
Кроме того, в случае агрессивной охлаждаю щ ей воды
возникает опасность ее присосов через сквозные корро­
зионные свищи или трещины в стенках конденсаторных
труб (см. гл. 2).
В тех случаях, когда о х л аж д аю щ ая
пресная вода
является маломинерализованной, загрязнения, поступаю­
щие с присосами в паровое пространство конденсатора,
состоят в основном из кальциевых и магниевых солей.
Если же о хл аж д аю щ ая вода обладает высокой минера­
лизацией (солоноватые и морские воды), то загрязнения
состоят в основном из натриевых солей.
Количество солей, поступающих в конденсат турбин
через неплотности, определяется величиной и длитель­
ностью присосов охлаждаю щ ей воды и ее солесодержанием. Величина присосов а 0 .в охлаждаю щ ей воды может
быть определена по показателям качества турбинного
конденсата и охлаж даю щ ей воды из соотношения
^ К .Т — й п ( 1 ---- Н о . в ) Н~ й о . в ^ о . в »
(0-5)
где ак.т, ап и а0.в — показатели качества (жесткость, солесодерж ание и др.) соответственно турбинного конден­
сата, пара и охлаж даю щ ей воды.
Учитывая малую величину аи по сравнению с а0.в,
формулу (0-5) можно упростить, тогда
я,
( 0 -6)
Отсюда следует, что на энергоблоках с. к. д. в тех
случаях, когда о хл аж д аю щ ая вода сильно минерализо­
вана, допустимый присос не должен превышать 0,002—
0,005% расхода пара в конденсатор в условиях длитель­
ной эксплуатации энергоблока.
В целях герметизации вальцовочных соединений
в трубных досках конденсаторов и предотвращения про­
течек охлаж даю щ ей воды через неплотности за послед­
ние годы широкое применение получили уплотняющие
покрытия, наносимые на трубные доски. В качестве м а ­
териалов для уплотняющих покрытий используются:
а) битумная мастика; б) жидкий нлйрит (модификация
И
низкомолекулярного полихлоропренового каучука), ко­
торый вулканизируется при температуре 100°С; в) тиоколовый герметик, способный вулканизироваться при
комнатной температуре, что позволяет применять этот
материал еще в период монтажа конденсатора.
Д л я того чтобы избежать присосов агрессивной ох­
л аж даю щ ей воды через сквозные свищи и трещины, кон­
денсаторные трубы должны обладать в любых условиях
надежной противокоррозионной и противоэрозионной
стойкостью (см. гл. 2).
В условиях эксплуатации ТЭС нередко наблюдаются
резкие возрастания присосов охлаж даю щ ей воды в кон­
денсаторе (например, при разрыве труб); это требует,
особенно на энергоблоках с. к. д., непрерывного.контро­
ля качества турбинного конденсата, чтобы своевремен­
но принимать меры для ликвидации опасных присосов.
ГЛАВА
ПЕРВАЯ
ПРИМЕСИ ПРИРО ДНЫ Х в о д
И ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ
1-1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
В соответствии с основными звеньями круговорота во­
ды в природе различают воду атмосферную, поверхност­
ную, грунтовую и морскую.
А т м о с ф е р н а я в о д а , выпадаю щ ая на земную по­
верхность, является наиболее чистой природной водой,
но и она содержит, кроме газов (кислорода, азота и
углекислоты), поглощаемых ею из воздуха, органические
и неорганические вещества, количество и состав которых
зависят от характера атмосферы. В районе больших н а­
селенных пунктов и промышленных центров атмосферные
осадки содерж ат сероводород, сернистую и серную кисло­
ты, частицы пыли и сажи. Вблизи моря в дождевых во­
дах обнаруживается некоторое количество растворенного
хлористого натрия. Общее солесодержание атмосферной
воды обычно не превышает 50 м г/кг, а содержание
в ней накипеобразующих солей ничтожно. И спользова­
ние атмосферной воды для технических целей огра­
ничивается трудностью сбора ее в значительных коли­
чествах.
Воды поверхностная, г р у н т о в а я и мор­
с к а я являю тся более минерализованными, чем атмос­
ферная вода, и в большинстве случаев не могут непо­
средственно, без предварительной обработки, применять­
ся для технических целей. Поверхностные воды рек, озер
и искусственных водохранилищ всегда содерж ат то или
иное количество растворенных веществ и нерастворимых
механических примесей. Растворенными веществами во­
да обогащается в результате контакта с различными гор16
ными породами при протекании по руслам рек и филь­
трации через грунт. Просачиваясь через верхние слои
почвы, представляющие собой мелкозернистые породы,
вода освобождается от механических примесей, но одно­
временно обогащается селями, газами и органическими
веществами, представляющими собой продукты р азл о ­
жения растительных и животных организмов.
Особенно интенсивно обогащают воду осадочные по­
роды (известняки, доломиты, мергели, гипс, каменная
соль и др.). Подпочвенными водами легче всего раство­
ряются ЫаС1, N 82804, М § 5 0 4 и другие легкораствори­
мые соли. Обогащение природных вод труднораствори­
мыми карбонатами кальция СаСОз, магния М ^ С 0 3
и железа происходит не путем прямого растворения,
а благодаря следующим химическим реакциям, кото­
рые протекают при наличии в воде свободной углеки­
слоты:
С а С 0 3 + Н20 + С 0 2 2 Са (Н С 0 3)2 ? Са2+ + 2Н С 03_ ;
(1 -1)
М § С 0 3 + Н 20 + С 0 2 2 М § (Н С 0 3)22 М §2+ + 2Н С 0~; (1 -2)
Р е С 0 3 + Н20 + С 0 2 ? Р е (Н С 0 3)2 ^ Р е 2+ + 2НСО“
(1 -3)
В результате этих реакций образуются легкораство­
римые в воде двууглекислые соединения — бикарбонаты
кальция, магния и ж елеза, диссоциирующие на катионы
С а2+, М §2+, Ре2+ и анионы Н С 0 3~. Так как углекислые
соли кальция и магния встречаются весьма часто в виде
различных пород, например известняков, меловых отло­
жений и доломитов, то бикарбонаты кальция и магния
содержатся почти во всех природных водах в тех или
иных количествах.
Коренные горные породы, представляющие
собой
сложные силикаты и алюмосиликаты (граниты, кварце­
вые породы и т. п.), почти нерастворимы в воде и
лишь при продолжительном воздействии на них воды,
содержащей органические кислоты, они, подвергаясь
разрушению, образуют раствош ш :Бге:= = ^ - * а д е = =
каты.
!
С. Горайгыров
Подземные воды, выходящие на й В Д ^Ш э$ № уиЗ'&р1 1
зианских скважин, родников и
товыми. Грунтовые воды обычнс бьйШИ4агйр<^зрйЧНым,и,
практически не содержащими м
6 0
Б Ш
и
ных примесей, от которых они освобождаются в процессе
фильтрации через толщу грунта. Но при прохождении
через грунт вода насыщается различными растворимыми
веществами, вследствие чего солесодержание грунтовых
вод, как правило, выше, чем поверхностных. Из природ­
ных вод наиболее минерализованными являются воды
океанов, открытых морей и соленых озер.
Кроме естественного кругооборота воды, существует
так ж е искусственный, созданный жизнедеятельностью че­
ловека. Вода из источников водоснабжения забирается
насосами промышленных и коммунальных водопроводов,
подается по трубам для того или иного употребления,
заканчиваю щегося, как правило, ухудшением ее качества,
после чего сточные воды спускаются в водоемы иногда
после предварительной очистки, а нередко и без всякой
очистки. В результате этого многие реки, являясь основ­
ными источниками водоснабжения, сильно загрязняю тся
промышленными и бытовыми стоками.
С промышленными сточными водами фабрик, заводов, рудников
и коммунальных предприятий в источники водоснабжения могут
попадать свободные кислоты и щелочи, соединения меди, свинца,
цинка, алюминия, а такж е некоторые органические соединения:
фенолы, эфирные масла, нефтяные продукты и т. п. В сточных во­
дах населенных пунктов присутствуют продукты разложения бел­
ков: амиды, амины, аммиак, сероводород и т. п. Такие стоки могут
иногда радикально менять состав воды в водоемах в самых разно­
образных отношениях, как это наблюдается, например, в случае
химических, коксобензольных, нефтеперегонных и других заводов.
Степень загрязнения воды зависит от количества сточных вод,
спускаемых в реку, живого сечения реки, скорости ее течения и ве­
личины самоочищающего действия рекиПри использовании тепловыми электростанциями воды из за ­
грязненных рек необходима слож ная обработка ее, что требует
дополнительных затрат, ухудш ает эксплуатацию оборудования и
снижает экономичность работы электростанции. Поэтому охрана
водоемов и рек от загрязнений является важной народнохозяйст­
венной задачей, разрешение которой требует проведения надлеж а­
щей предварительной очистки всех сточных вод перед спуском их
в источники водоснабжения.
1-2. ПРИМЕСИ, ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ПРИРОДНЫЕ ВОДЫ
Все примеси, загрязняю щ ие природную воду в резуль­
тате ее кругооборота, можно по степени дисперсности
(крупности) разделить на три группы: 1) грубодисперс­
ные с размерами частиц больше 100 нм\ 2) коллоидно­
дисперсные с размерами частиц от 1 до 100 нм\ 3) моле­
кулярнодисперсные с размером частиц менее 1 нм\
18
Грубодисперсные вещества, обусловливающие мут­
ность природных вод и являющиеся механическими при­
месями, состоят из песка, глины и других частиц мине­
рального и органического
происхождения, которые
смываются с верхнего покрова земли дождями или
талыми водами во время весенних и осенних паводков,
а такж е попадают в воду в результате разм ыва русла
рек.
Коллоиднодисперсные вещества по разм ерам частиц
занимают промежуточное положение между грубодис­
персными и молекулярнодисперсными. Они свободно про­
ходят через бумажный фильтр, но не проникают через
ультрапоры животных и растительных мембран. К ол­
лоидные частицы не осаждаю тся д аж е в течение весьма
длительного времени. В природных водах в коллоидно­
дисперсном
состоянии находятся соединения кремния,
алюминия, ж елеза, а такж е органические вещества, об­
разующиеся в результате распада животных и раститель­
ных организмов.
К молекулярно- и ионодисперсным веществам отно­
сятся растворенные в воде соли, кислоты, щелочи и газы.
В подавляющем большинстве случаев состав природных
вод определяется следующими ионами:
Са2+, М § 2+, № + , С 1 -, 80^~ , НСО~ НЗЮ^
Остальные ионы:
СОз~ , Н + , О Н - , Ш 4+, N 0 - N0*“ , Р е 2+, Си"+
и др. — обычно содержатся в природных водах в незна­
чительных
количествах, хотя иногда они существенно
влияют на свойства воды и поведение ее в парогенерато­
рах, тракте питательной воды и конденсаторах паровых
турбин.
Ионы кальция в маломинерализованных водах по ко­
личеству занимают первое место. Основными источника­
ми появления ионов кальция в природных водах яв л яю т­
ся известняки. Другим источником появления С а 2+ в при­
родных водах является гипс. Ионы магния поступают
в воду преимущественно при растворении доломитов
(М^СОз* С аС О з) при наличии в воде свободной углеки­
слоты.
59
С ростом минерализации природных вод относитель­
ное содержание ионов С а2+ уменьшается, так как СаСОз
и С а 3 0 4 при увеличении их концентрации из-за испаре­
ния воды переходят в твердую фазу вследствие их м а­
лой растворимости и непрерывно выводятся из раствора.
Вследствие лучшей растворимости М § С 0 3 и М § 5 0 4 ионы
М § 2+ могут содерж аться в природных водах в больших
концентрациях, доходящих в минерализованных водах
до нескольких граммов в литре, а в соленых озерах — до
десятков граммов в килограмме. Из ионов щелочных ме­
таллов в природных водах содерж атся ионы натрия, при­
чем с увеличением минерализации воды их концентрация
возрастает.
Ионы хлора присутствуют почти во всех природных
водах, причем содержание их изменяется в очень ши­
роких пределах. З а л е ж и хлористых солей осадочных
пород растворяются в воде и выносятся подземными во­
дами и реками в моря и океаны, где постепенно они на­
капливаются, достигая высокой концентрации. Подобно
ионам Ыа+ ионы С1- являю тся характерными
ионами
сильно минерализованных вод морей и океанов.
С у л ь ф а т - и о н ы , так ж е как и хлорид-ионы, р ас­
пространены повсеместно. В подземных водах сод ерж а­
ние 5 0 42- обычно выше, чем в воде рек и озер. Основ­
ным источником появления в воде растворенных сульфатионов является гипс С а 3 0 4 * 2 Н 20 .
Водородные
Н+ и г и д р о к с и л ь н ы е
ОН~
и о н ы появляются в воде в результате ее диссоциации:
Н 2О ^ Н + + ОН~. Водородные ионы могут появиться
в растворах так ж е в результате диссоциации кислот, на­
пример:
НС1:?±Н++С1- ,
гидроксильные
ионы —
в
результате
диссоциации
щелочей,
например:
МаОН=<=ьМа+ + О Н - . В химически чистой воде при
температуре 23 °С концентрации Сн+ и Сон_ равны
10"7 г-ион/кг и характеризуют
нейтральную реакцию
жидкости. В кислой среде С > 1 0 ' 7 > С 0Н_, а в ще­
лочной С + < 10~7<<СОН_.
Реакцию раствора удобнее вы раж ать показателями
рН или рОИ, каждый из которых является отрицатель­
ным логарифмом концентрации соответствующего иона.
В нейтральной среде рН = 7 = рОН. Кислая среда х а р а к ­
теризуется неравенством р Н < 7 < р О Н , а щелочная —
неравенством р И > 7 > р О Н .
80
У г о л ь н а я к и с л о т а является двухосновной и име­
ет две ступени диссоциации:
Н 2С 0 3 ^ Н+ + Н С О -;
(1-4)
НСОГ ^ Н+ + СО2' .
(1-5)
В природных водах, кроме так называемой « с в о б о д ­
н о й » углекислоты, находящейся в них в виде растворен­
ного углекислого газа СОг, и недиссоциированных моле­
кул угольной кислоты Н 2СОз содерж атся б и к а р б о н а тные
ионы
НСО^-, а в некоторых случаях к а р б о н а т ­
ные
ионы
СОд~
.
Количественные соотношения между СОг, Н 2СО3,
Н С О3- и СОз2- определяют значение рН воды (табл. 1-1).
Т а б л и ц а 1-1
Соотношение форм угольной кислоты в воде при 25 °С
и различных значениях рН, %
Форма у г о л ь н о й
к и сл о ты
с о 2+ н 2с о 3
нсог
рН
4
100
—
5
6
7
8
95
5
70
30
20
80
2
98
9
10
11
12
_
_
_
_
95
70
30
17
83
2
5
с о 2-
98
В водных растворах существует кинетическое равно­
весие между различными формами угольной кислоты:
2НС0 7 ^ СО2- + Н 30 +
со2.
Из этого уравнения следует, что для поддерж ания
в растворе определенной концентрации Н С 0 3_ требуется,
чтобы в воде присутствовало соответствующее этой кон­
центрации количество свободной «р а в н о в е с н о й у г л ек и с л о т ы » СОг. Если фактически содерж ащ ееся в воде
количество свободной углекислоты больше «равновесной
концентрации», то избыток ее будет способен вызывать
растворение СаСОз при контакте воды, например, с из­
вестняками,
доломитами и бетонными сооружениями.
Такую воду назы вают «агрессивной». Наоборот, при не­
достатке С 0 2 по сравнению с равновесной концентрацией
будет наблю даться р аспад части бикарбонатных ионов,
21
т. е. сдвиг равновесия вправо. Это приведет к об разова­
нию
дополнительного количества карбонатных ионов
СОз2-, которые будут реагировать с обычно присутствую­
щими в природных водах катионами кальция, выделяя
из раствора осадок карбоната кальция по уравнению
С а2+ + СОз~ — С а С 0 3.
(1 -6)
В процессах водоподготовки образование труднораст­
воримого СаСОз применяется для снижения концентра­
ции в воде катионов кальция. С повышением тем пера­
туры растворимость СаСОз в воде сначала увеличивает­
ся, а затем уменьшается, а именно:
Температура, °С
Растворимость,
м г / к г .................
20
75
13
18,2
100
220
289
309
2 3 ,8
16,6
13,2
10,9
С о е д и н е н и я а з о т а встречаются в природной воде
в виде ионов аммония №Н*, нитритных ионов N 0 “ и нит­
ратных ионов N0^*. Основным источником появления этих
ионов в природных водах являются продукты распада
различных сложных органических веществ животного и
растительного происхождения. Ионы аммония, кроме того,
попадают в водоемы со сточными промышленными вода­
ми. В незагрязненных поверхностных водах содержание
ЫН* исчисляется долями м г/кг, а в загрязненных водах
оно может достигать сотен миллиграммов на килограмм.
В присутствии достаточного количества кислорода и осо­
бого вида бактерий ионы аммония окисляются в нитритные, а затем нитратные ионы. Таким образом, N 0 ” и N 0 “
являются
конечными
продуктами сложного процесса
минерализации органических веществ.
С о е д и н е н и я ж е л е з а встречаются в природных
водах в виде двухвалентного (закисного) и трехвалент­
ного (окисного) железа. Эти соединения
могут быть
в истинно растворенном состоянии, в виде коллоидов и
суспензий. В грунтовых водах содержится преимущест­
венно бикарбонат закиси ж елеза Р е (Н С О з )2, легко ги­
дролизующийся и окисляющийся при наличии в воде
кислорода и уменьшении концентрации
растворенной
в воде углекислоты. В поверхностных водах железо со­
держится главным образом в виде органических ком­
плексных соединений, либо в виде гидрата окиси ж елеза
Р е ( О Н ) 3. Примером органического комплексного соеди­
нения железа является гуминовокислое железо в речных
водах болотного питания. Частой причиной содержания
железа в речных водах является загрязнение их произ­
водственными сточными^ водами. Концентрация железа
в исходной воде может увеличиваться в процессе тран с­
портирования ее по стальным и чугунным трубам в ре­
зультате загрязнения воды продуктами коррозии.
С о е д и н е н и я к . р е м н и я присутствуют в природ­
ных водах в виде соединений различной степени дисперс­
ности (коллоидных частиц, молекул и ионов). Р азн ооб ­
разие форм кремнекислых соединений объясняется тем,
что кремниевый ангидрид способен присоединять р а з ­
ные количества молекул воды, образуя различные ки­
слоты с общей формулой т 8 Ю 2-гаНгО. Соли этих ки­
слот образуют ряд минералов, растворение которых при­
родными водами дает кремнекислые соединения разного
химического состава. Растворимость кремниевой кисло­
ты в природных водах зависит от ряда факторов и в пер­
вую очередь от ионного состава воды и величины рН.
Присутствие в воде катионов С а2+ и М § 2+, способных
образовывать с кремниевой кислотой малорастворимые
силикаты, понижает возможную концентрацию ее в раст­
воре. Наличие в воде катионов № + и повышенные значе­
ния рН, наоборот, повышают растворимость кремниевой
кислоты. В поверхностных водах рек, озер, водохранилищ
и прудов, а такж е в грунтовых водах артезианских ск ва­
жин кремнесодержание в пересчете на 8 Ю 32- обычно на­
ходится в пределах 0,6— 40 м г/кг и лишь в отдельных
случаях повышается до 65 мг/кг.
Кремниевая кислота является двухосновной и имеет
две ступени диссоциации:
Н28Ю3^ Н + + Н 8 Ю “ ;
Н 8 Ю ^ Н+ + ЗЮд- .
(1-7)
(1-8)
В табл. 1-2 приведены соотношения различных форм кремние­
вой кислоты при 25 °С в зависимости от величины рН. Приведенные
данные свидетельствуют о том, что в поверхностных водах, значение
рН которых близко к 7, вторая ступень диссоциации Н 2ЗЮ 3 практи­
чески не возникает.
Часть соединений кремния находится в коллоидном состоянии
в виде частиц поликремниевой кислоты /лЗЮ г • «НгО. К ак показали
проведенные исследования, количество коллоидной кремниевой кис­
лоты составляет от 3 до 18% общего содерж ания ее в воде. М ежду
коллоидной и ионной формами кремниевой кислоты существует
равновесие, зависящее от физических и химических условий.
23
Та б л и п а
1-2
Соотношения форм кремниевой кислоты в воде при 25 *С
и различных рН, %
Ф орма к р е м н и е в о й
ки с л о т ы
рН
5
6
7
8
9
10
11
50,0
50,0
8 ,9
9 1 ,0
0 ,8
98,2
0,1
1,0
Н 28Ю 3
Н ЗЮ ^
100
—
99,9
0,1
9 9 ,9
1,0
90,9
9,1
5102-
—
—
—
—
В природных водах присутствуют так ж е А13+, М п2+
и другие ионы.
Наиболее распространенными в природных водах
газами являю тся азот, кислород и углекислый газ, из ко­
торых последние два являю тся коррозионноагрессив­
ными. Растворимость газов в воде зависит от темпе­
ратуры воды и парциального давления данного газа
над ней.
Источником обогащения природных вод кислородом
в естественных условиях является атмосфера, кислород
которой абсорбируется соприкасающимися с воздухом
поверхностными слоями воды. С одерж ание кислорода
в воде регулируется его парциальны м
давлением
в атмосфере. С другой стороны, кислород в природных
водах расходуется на различные окислительные про­
цессы.
Источником появления углекислого газа в природных
водах являю тся различные биохимические процессы окис­
ления органических веществ как в самих водоемах, так
и в почве, при фильтровании через которую вода обога­
щается углекислотой. Б о л ь ш ая часть углекислоты нахо­
дится в виде свободного молекулярно растворенного
газа, и лишь незначительная часть ее, прореагировав
с водой, образует угольную кислоту. Углекислота присут­
ствует в том или ином количестве почти во всех природ­
ных водах. Только при значении рН, превышающем 8,5,
содерж ание свободной углекислоты в воде практически
равно нулю. С одерж ание углекислоты в природной воде
может уменьшиться из-за выделения избыточной части
ее в атмосферу либо из-за связывания углекислоты к а р ­
бонатами кальция и магния известняков и доломитов и,
наконец, вследствие жизнедеятельности водных растений.
24
1-3. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ
Важнейшими показателями качества воды, опреде­
ляющими пригодность ее для использования на тепловых
электростанциях, являются содержание взвешенных ве­
ществ, сухой остаток, общ ая жесткость и ее составляю ­
щие, общая щелочность и ее составляющие, окисляемость, концентрация водородных ионов и содержание
коррозионноагрессивных газов 0 2 и С 0 2. Д л я получения
более полной качественной характеристики воды допол­
нительно определяют содержание в ней катионов к а л ь ­
ция, магния и натрия, анионов хлора, карбонатных, суль­
фатных и силикатных, а т ак ж е соединений
ж елеза и
алюминия, выраженных в виде суммы их «полуторных»
окислов.
Содержание взвешенных веществ
вы ра­
жается в мг/кг.
С у х и м о с т а т к о м в о д ы называется суммарное ко­
личество растворенных в ней нелетучих молекулярно­
дисперсных и коллоидных веществ минерального и орга­
нического происхождения, выраженное в миллиграммах
на килограмм. Сухой остаток определяется путем выпа­
ривания предварительно профильтрованной пробы воды
и последующего высушивания остатка при температуре
110 °С до постоянного веса. В сухой остаток не входят
взвешенные вещества, растворенные в воде газы и лету­
чие вещества (например, Н С 0 3~, ЫНз и др.). Если сухой
остаток прокаливать при температуре 800°С, вес его
уменьшится и получится п р о к а л е н н ы й
остаток.
Уменьшение веса получится вследствие сгорания органи­
ческих веществ, разлож ения
карбонатов и удаления
остатков влаги.
Минеральным
о с т а т к о м назы вается сумма
концентраций всех содерж ащ ихся в воде катионов, анио­
нов и полуторных окислов АЬОз + РегОз с учетом п ревра­
щения при выпаривании воды Н С 0 3- и О Н - в СОз2~ и
Н 25 Ю з в 5 Ю 2:
М 0 = Сса‘+ + Сме2+ + СШ+ + Сс02 - + С802 - + СС 1-+
+
С ЫГ)_ +
С ш -
+
С 8Ю а +
С А1а0 3 +
С Ре,Оа*
М г!К г-
( 1'9 )
Ж е с т к о с т ь в о д ы является одним из
наиболее
важных показателей качества воды, используемой на те ­
25
пловых электростанциях. О б щ а я ж е с т к о с т ь в о д ы
Ж 0 равна сумме концентраций в ней катионов кальция
( к а л ь ц и е в а я ж е с т к о с т ь Жса) и магния ( м а г ­
н и е в а я ж е с т к о с т ь Жже) и вы раж ается в милли­
грамм-эквивалентах
на килограмм
(м г-экв/кг) или
грамм-эквивалентах на тонну (г-экв/т) при измерении
больших жесткостей и в микрограмм-эквивалентах на
килограмм (м к г-эк в/к г) при измерении малых жестко­
стей.
Д л я пересчета
выраженных в м г/кг концентраций
кальция и магния в м г-экв/кг их делят на эквивалентные
веса этих катионов, т. е.
Ж ,Са
Ж
Са 2 +
20,04
Смва+
12,16
, м г-экв/кг;
м г-экв/кг,
( 1- 10)
(1-11)
где С ^ г+ и С ^ 2+ — концентрация в воде катионов каль­
ция и магния, м г/кг\ 20,04 и 12,16 — эквивалентные веса
кальция и магния.
О бщ ая жесткость воды подразделяется на карбонат­
ную и некарбонатную. К а р б о н а т н а я ж е с т к о с т ь
воды Ж к в основном обусловливается присутствием в во­
де бикарбонатов кальция и магния С а (Н С О з )2 и
М § ( Н С 0 3) 2, так как СаСОз и М^СОз малорастворимы
в воде. В том случае, когда концентрация ионов Н С 0 3-,
вы раж ен н ая в м г-экв/кг, меньше общей жесткости воды,
величина карбонатной жесткости определяется концен­
трацией НСОз- ;
СнС°г
Ж к — 61,02 ’
(1-12)
где Ж к — карбонатная жесткость, м г-экв/кг;
Снсо3—
концентрация бикарбонатных ионов, мг/кг-, 61,02 — экви­
валентный вес Н С 0 3~.
Н е к а р б о н а т н а я ж е с т к о с т ь в о д ы Ж нк обу­
словливается наличием в воде хлоридов, сульфатов и
20
других некарбонатных солей кальция и магния: СаС1г,
М§С12, С а 5 0 4, М § 5 0 4, СаЗЮз, М ^ 5 Ю 3 и др.
Таким образом, общ ая жесткость воды равна сумме
кальциевой и м агниевой жесткостей, с одной стороны, и
сумме карбонатной и некарбонатной жесткостей с д ру­
гой.
По величине общей жесткости природных вод уста­
новлена следующая классификация: Ж 0< 1 , 5 м г-экв/кг—
жесткость малая; Жо=1,5-^-3,0 м г-экв/кг — средняя;
Ж 0 — 3 ,0 ^ 6 ,0
м г-экв/кг — повышенная
Жо = 6,0-~
12,0 м г -э к в /к г — высокая; Ж 0> 1 2 м г-экв/кг — очень вы­
сокая.
Общей ще л о ч н о с т ь ю воды
Щ 0 называется
выраженная в мг-экв/кг суммарная концентрация со д ер­
жащихся в воде анионов ОН*, НСО~, СО?,~, РО]~\ Н5Ю^"|
5Юз~ и некоторых солей слабых органических кислот
(гуматов).
Так как все перечисленные вещества реагируют с ки­
слотой, то общая щелочность воды определяется коли- !
чеством кислоты, затраченной на титрование с индика­
тором метилоранжем. В природных водах щелочность
обусловливается обычно присутствием бикарбонатов, ги­
дратов и гуматов. В зависимости от анионов, обуслов­
ливающих щелочность, различают: а) г и д р а т н у ю щ е ­
л о ч н о с т ь ЩГ, обусловленную концентрацией в воде
гидроксильных ионов О Н - ; б) к а р б о н а т н у ю
ще­
л о ч н о с т ь Щк, обусловленную концентрацией в воде
карбонатных ионов С 0 32~; в) б и к а р б о н а т н у ю щ е ­
л о ч н о с т ь Щ б, обусловленную концентрацией бикарбонатных ионов НСОз~.
В простейшем случае при отсутствии в воде фосф ат­
ного и других' анионов слабых кислот, кроме карбон ат­
ного, гидроксильного или бикарбонатного, общ ая щелоч­
ность воды может состоять только из гидратной щелоч­
ности; из суммы гидратной и карбонатной щелочностей;
только из карбонатной щелочности; из суммы карбонат­
ной и бикарбонатной щелочностей; только из бикарбонатной щелочности.
Карбонатную жесткость воды часто называют щелоч­
ностью, поскольку карбонатная жесткость обусловлива­
ется наличием в воде бикарбонатов и карбонатов к а л ь ­
ция и магния, т. е. соединений, дающих в растворе анио­
ны НСОз- и С 0 32~. В том случае, когда концентрация
27
этих ионов в воде, вы раж ен н ая в м г-экв/кг, больше об­
щей жесткости воды, разность между (Смсо_ + Ссср~) и
Ж 0 определяет натриевую щелочность воды, т. е. сум­
марную концентрацию в воде бикарбоната и карбоната
натрия.
С т а б и л ь н о с т ь в о д ы . Стабильной называется во­
да, не способная к выделению отложений
карбоната
кальция и не явл яю щ аяс я агрессивной, что обусловли­
вается состоянием равновесия между растворенной в во­
де свободной углекислотой и ионами кальция. Степень
отклонения от стабильности воды характеризуется ее
нестабильностью АЩ, равной разности между щелочно­
стями воды до и после фильтрования через слой м рам ор­
ной крошки.
Органические
вещества.
Непосредственное
определение концентрации органических веществ в воде
практически невозможно, поэтому содержание их приня­
то характеризовать косвенным путем, определяя о к и сл я е м о с т ь в о д ы с применением в качестве окислителя
марганцовокислого калия К М п 0 4 (перм анганата калия)
в кислой среде.
П ерманганатом калия окисляются не только содержащиеся
в воде органические вещества, но и некоторые легкоокисляющиеся
минеральные вещества. В то ж е время некоторые органические
вещества перманганатом калия не окисляются. Поэтому окисляемость характеризует содерж ание органических веществ лишь при­
ближенно; в действительности она является некоторым условным
показателем, характеризующим наличие в воде легкоокисляющихся
перманганатом калия примесей.
Величина окисляемости вы раж ается количеством миллиграммов
К М п 0 4, затраченных на окисление примесей воды, содержащихся
в 1 кг ее. Так как содержащ иеся в воде различные органические
вещества требуют для своего окисления различных количеств пер­
м анганата калия, нельзя вычислить содержание органических ве­
ществ в воде по величине ее окисляемости путем применения пересчетных коэффициентов. Содержание органических веществ прибли­
женно о п редел яется. как разность меж ду сухим и минеральным
остатками.
1-4. КАЧЕСТВО ПРИРОДНЫХ ВОД
Поверхностные воды рек, озер и искусственных водо­
хранилищ имеют наибольшее значение для водоснабж е­
ния тепловых электростанций. Качество этих источников
водоснабжения определяется количеством и качеством
поступающих в них подземных и поверхностных
вод,
28
а такж е стоков от промышленных и коммунальных пред­
приятий. Так как количество воды поверхностного стока
реки меняется в течение года в значительных пределах
(периоды
снеготаяния, периоды учащенных и редких
дождей и т. п.), м еняете»-такж е и качество речной во­
ды. Сооружение на реках гидростанций с большими во­
дохранилищами способствует стабилизации качественных
показателей воды этих рек ниже плотин на протяжении
года.
Кроме изменения качества речной воды в данном ее
месте но времени, следует учитывать такж е изменение
его по длине реки. Это имеет существенное значение для
рек с большой протяженностью, в которые впадают при­
токи с различным качеством воды.
Воды рек обычно содерж ат относительно небольшое
количество растворенных солей — не больше 500—
600 м г/кг; реки с более минерализованной водой встреча­
ются преимущественно в засушливых районах. Основны­
ми компонентами химического состава речных вод я в л я ­
ются катионы С а2+, М § 2+ и № + и анионы НСОз- , 5 0 4 2~
и С1-.
М аломинерализованные воды рек содерж ат пре­
имущественно ионы С а2+ и НСОз- По мере повышения
минерализации речных вод содержание в них ионов N8+,
8 0 42- и С1_ повышается. С одерж ание растворенного ки­
слорода в воде рек бывает близким к растворимости его
при данной температуре. Исключением является подлед­
ный период, когда содержание кислорода в воде часто
бывает ниже его растворимости. П оказатель рН речной
воды обычно не выходит за пределы 6,5— 7,5.
Речные воды, как правило, содерж ат некоторое коли­
чество взвешенных веществ, сильно колеблющееся в з а ­
висимости от времени года и количества выпадающих
дождей. Воды средней полосы С СС Р содерж ат наиболь­
шее количество взвеси в период после вскрытия л е д я ­
ного покрова во время весеннего половодья. М инималь­
ное содержание взвешенных веществ в речных водах
бывает зимой, когда реки покрыты льдом и в них посту­
пают преимущественно подземные (грунтовые) стоки.
Зимой речная вода характеризуется повышенными минерализованностью и жесткостью. В летнее время каче­
ство речной воды определяется соотношением между ко­
личеством и качеством вод подземного и поверхностного
стоков, питающих реку.
29
Реки северных областей С СС Р имеют сравнительно
мягкую воду. Изменение количества воды поверхностных
стоков практически почти не сказывается на качестве
воды этих рек, так как воды подземных и поверхностных
стоков в северных областях по своему качеству близки.
Реки южных областей страны отличаются высокой ж ест­
костью, обусловленной высокой жесткостью питающих
их грунтовых вод. При сравнительно небольшом количе­
стве атмосферных осадков, выпадающих в бассейнах
этих рек, разб авляю щ ее действие вод поверхностных сто­
ков невелико.
Воды с преобладанием карбонатной жесткости над
некарбонатной составляют 80% вод всех
рек и озер
С ССР. Такие воды отличаются малой минерализованностью. Воды с преобладанием некарбонатной жесткости
над карбонатной характерны преимущественно для райо­
нов Д онбасса, Приазовья, К азахстана и обычно хар акте­
ризуются высокой минерализованностыо. В засушливых
зонах С С С Р (Донбасс, К азахстан и др.) решающее зн а ­
чение
в
качестве источников водоснабжения имеют
пруды.
Воды океанов и морей имеют примерно одинаковое
соотношение концентрации катионов и анионов. Солесодерж ание вод океанов и открытых морей равно при­
близительно 35 г/кг, а солесодержание внутренних морей
(Балтийского, Каспийского и Черного)
7,5— 16,0 г/кг.
Основными компонентами химического состава морских
вод являю тся ионы натрия и хлора. О бщ ая жесткость
воды океанов находится в пределах 215— 225 мг-экв/кг,
в том числе карбонатная жесткость составляет около
15 м г-экв/кг.
Подземные воды отличаются большим разнообрази­
ем химического состава. Степень минерализации подзем­
ных вод зависит от условий залегания водоносного гори­
зонта и колеблется в пределах от 100 м г/кг до несколь­
ких граммов на 1 кг. Воды артезианских скважин при
правильном их устройстве, как правило, не содерж ат
взвешенных веществ. Количество растворенного в под­
земных водах кислорода бывает обычно меньше предель­
ной растворимости кислорода при данной температуре.
Нередко подземные воды содерж ат значительные коли­
чества растворенной углекислоты, а такж е ж елеза и се­
роводорода.
30
ГЛАВА
ВТО РАЯ
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛА ПАРОСИЛОВОГО
ОБОРУДОВАНИЯ И МЕТОДЫ Б О РЬ БЫ С НЕЙ
2-1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
М еталлы и сплавы, употребляемые для изготовления
теплоэнергетического оборудования, обладаю т способ­
ностью вступать во взаимодействие с соприкасающейся
с ними средой (вода, пар, газы ), содерж ащей те или
иные коррозионноагрессивные прим еси( кислород, уголь­
ная и другие кислоты, щелочи и др.). В результате воз­
действия агрессивной среды происходит коррозионное
разрушение металла или сплава вследствие электрохи­
мических и химических процессов, которое обычно на­
чинается с поверхности и более или менее быстро про­
двигается вглубь.
При появления на поверхности металла макро- или
микрогальванических элементов на тех участках, где он
соприкасается с растворами электролитов и влажным
паром, протекает э л е к т р о х и м и ч е с к а я к о р р о з и я ,
которая наиболее часто встречается в практике эксплу­
атации тепловых электростанций. Этому виду коррозии
подвержены водоподготовительное оборудование; все
элементы тракта питательной воды и трубопроводы, воз­
вращ аю щ ие конденсат с производства, парогенераторы;
атомные реакторы; конденсаторы паровых турбин и теп­
ловые сети.
При эксплуатации указанного паросилового обору­
дования всегда существуют условия для протекания
электрохимической коррозии, в том числе: контакт р а з ­
личных металлов, неоднородность поверхности, наруш е­
ние кристаллической решетки металла, неравномерность
температурного поля, различие концентрации примесей
в слоях раствора, контактирующих с металлом, и ряд
других факторов.
Х и м и ч е с к а я к о р р о з и я происходит в результа­
те непосредственного окисления котельного металла вы­
сокоперегретым паром.
В практике эксплуатации энергоустановок наблю­
даются так ж е
комбинированные случаи разрушений
металла, т. е. совместное протекание химической и элект­
рохимической коррозии. В результате коррозионного воз­
31
действия агрессивных агентов на металл непосредствен­
но на его поверхности и в тесном контакте с ним о б ра­
зуется защ итн ая микропористая окисная пленка, кото­
рая представляет собой продукт коррозии металла и
тормозит дальнейшее развитие коррозионного процесса.
Чем п олнее и равном ернее окисная плен ка покрывает
поверхность металла, чем меньш е в ней трещин, тем
более вы соким и защитными свойствами она обладает.
В практических условиях защитные свойства пленки
определяются не только тем сопротивлением, которое
она оказы вает коррозионйоагрессивному агенту, но и ее
сохранностью. Н аибольш ую целостность имеют защ и т ­
ные пленки, обладаю щ ие хорошим сцеплением с м етал­
лом, достаточно прочные и пластичные, с минимальной
разницей в коэффициентах линейного расширения по
сравнению с металлом.
Повреж дения защитной пленки могут быть вызваны
механическими, химическими или термическими процес­
сами. Коробление б арабан ов парогенераторов, резкие
колебания температуры
стенки парообразующих труб
вследствие попеременного омывания их водой и паром,
воздействие на поверхность котельного металла концент­
рированных растворов И аО Н при глубоком упаривании
котловой воды и т. п. — все эти процессы могут р азру­
шать защитную окисную пленку. Если защ итн ая пленка
по тем или иным причинам растрескивается и отслаи­
вается от металла, то процесс коррозии развивается
дальш е с повышенной скоростью, которая постепенно
зам едляется, пока вновь не произойдет очередное р а з ­
рушение защитной пленки. Следстием коррозии элемен­
тов парогенератора и тракта питательной воды является
отложение окислов металлов как в парообразующих и
пароперегревательных трубах, так и в проточной части
паровой турбины.
Статистические данны е свидетельствуют о том, что
больш е половины аварий и значительное число эк сп луа ­
тационных неполадок, происходящ их на тепловых э л е к ­
тростанциях из-за дефектов водного режима, вы званы
коррозионны м и повреж дениями основного и вспом ога­
тельного оборудования.
Основными источниками появления окислов железа
и меди в теплоносителе являются: а) коррозия элементов
водо-парового тракта, в том числе водоподготовительно­
го оборудования, трубных пучков регенеративных подд32
гревателей и конденсаторов турбин, конденсатопроводов,
баков д ля хранения обессоленной воды и конденсатов и
др.; б) коррозия водяны х экономайзеров; в) стояночная
коррозия находящ ихся в резерве парогенераторов и
вспомогательного об орудования при отсутствии их эф­
фективной консервации; г) разруш ение слоя окалины и
окисны х отложений на внутренних поверхностях ба­
рабанов,
п арообразую щ их и пароперегреват ельных
труб; д) неэффективная ш лам овая продувка парогене­
раторов.
Н а электростанциях сверхвысокого и сверхкритвческого давлений наблю дается коррозионное растрескива­
ние элементов оборудования, выполненных из аустенитных сталей. В практике известны случаи, когда этот
опасный вид коррозии приводит за очень короткий срок
к аварийному выходу из строя агрегатов. Коррозия эле­
ментов проточной части паровой турбины приводит
к увеличению радиального зазора между лопатками и
корпусом, что влечет за собой ухудшение к. п. д. тур­
бины.
Последствия коррозии паровых турбин, находящих­
ся в резерве, весьма опасны. Поэтому защита их от
коррозии во время простоев является таким же о б я з а ­
тельным мероприятием, как и защита в процессе эксплу­
атации.
Необходимо учитывать, что коррозионные поврежде­
ния (свищи, трещины) конденсаторных труб как с паро­
вой стороны (под действием МН3 и 0 2), так „и с водяной
стороны (под действием агрессивной охлаж даю щ ей во­
ды) могут привести к опасным загрязнениям конденса­
та из-за присосов охлаж даю щ ей воды.
Сужение поперечного сечения теплофикационных се­
тей вследствие образующихся при коррозии бугров или
наростов окислов железа приводит к увеличению гид­
равлического сопротивления и снижению пропускной
способности сетей. При работе тепловых сетей немалые
неприятности причиняет обогащение воды продуктами
коррозии, что может вызвать скопление их в застойных
местах или на участках с малыми скоростями движения.
Забивание коррозионными отложениями местных систем
отопления целиком выводит из работы отдельные прибо­
ры и стояки.
Актуальность борьбы с коррозией в теплофикацион­
ных системах централизованного горячего водоснабж е­
2
Зак.
134
33
ния св язан а со значительным ростом протяженности
коммуникаций. Предотвращ ение возникновения корро­
зии оборудования паротурбинных установок и теплофи­
кационных систем, а такж е поддержание длительной
сохранности защитной окисной пленки на поверхности
металла являю тся сложной задачей, для решения кото­
рой необходимо применять современные средства под­
готовки добавочной воды, обработки котловой воды,
а так ж е умело подбирать коррозионностойкие металлы
и защ итные покрытия.
2-2. ФОРМЫ ПРОЯВЛЕНИЯ КОРРОЗИИ
Р азл и чаю т общую и местную формы коррозионных
разрушений металла.
О б щ а я ( р а в н о м е р н а я ) к о р р о з и я охватывает
всю или почти всю поверхность металла, находящуюся
под действием агрессивной среды. Равном ерная корро­
зия протекает примерно с одинаковой скоростью по всей
поверхности металла.
М е с т н а я ( н е р а в н о м е р н а я ) к о р р о з и я про­
текает с неодинаковой
скоростью по поверхности
металла, в результате чего коррозионные разрушения
концентрируются
на определенных
участках. При этом различают сле­
дующие типы местной коррозии: п я т ­
нами, я з в и н а м и , т о ч е ч н у ю и
с к в о з н у ю . Язвины малого диаметра
(до 4— 5 мм) присущи коррозионному
воздействию на металл кислорода как
во время простоя, так и во время р а ­
боты парогенераторов. С язвинами ки­
слородной коррозии имеют большое
внешнее сходство повреждения м етал­
ла вследствие так называемой « р а к у ­
ш е ч н о й » коррозии, развиваю щейся
на стенках
парообразующих труб
в виде язвин большого диаметра, при­
крытых плотным слоем окислов ж е ­
леза.
Рис. 2-1 МежкпиСледует указать, что чем больше
сталлитная корростепень локализации коррозии, тем она
зия котельного ме- опаснее из-за большой скорости проникталла.
новения в глубь металла. На поверхно34
сти энергетического оборудования, соприкасающегося с
водой и паром, могут иметь место все указанные формы
коррозионных разрушений, причем на практике встреча­
ются различные модификации и сочетания этих форм мест­
ной коррозии. В заклепс^ных швах, развальцованны х кон­
цах парообразующих труб и в теле б араб ан а парогене­
ратора при определенных неблагоприятных условиях воз­
никает меж кристаллитная коррозия, или так назы ваемая
« к а у с т и ч е с к а я х р у п к о с т ь » металла, которая при­
водит к значительной потере его механической прочно­
сти. Н ачальные весьма тонкие и незаметные для глаза
трещины и ответвления от них проходят между кристал­
литами металла; основные же трещины обычно имеют
транскристаллитный характер, т. е. проходят через зер ­
на кристаллитов (рис. 2-1). М еж кристаллитная корро­
зия приводит к кольцевым трещ инам в завальцованных
концах труб. Продукты межкристаллитной коррозии
располагаются здесь же, оставаясь, таким образом, з а ­
ключенными внутри металла. К о р о з и о н н о м у р а с ­
трескиванию
особенно подвержены аустенитные
нержавеющие стали, а так ж е латунь, причем разруш е­
ние структуры металла может иметь как тран скристал­
литный, так и межкристаллитный характер.
Особое место занимаю т повреждения, возникающие
при явлении к о р р о з и о н н о й
усталости,
когда
агрессивное действие внешней среды сочетается с пере­
менными по величине и зн а ­
ку механическими н ап р яж е­
ниями металла. Разрушения,
происходящие в результате
коррозионной усталости, поч­
ти не сопровождаются п л а­
стической деформацией д е­
тали. Трещины часто имеют
ветвистый
(древовидный)
характер и проходят обычно
по телу зерна, т. е. имеет мес­
то транскристаллитное р а з ­ Рис. 2-2. Транскристаллитная
коррозия котельного металла.
рушение металла (рис. 2-2).
Пароводяная корро­
з и я котельных труб и п а­
роперегревателей, возникаю щ ая под действием высоко­
перегретого пара, обычно имеет равномерный характер
и приводит к уменьшению толщины стенки трубы. Р е з ­
2*
35
ко выраженных язвин при этом не получается, хотя глу­
бина разъедания металла может сильно изменяться по
длине и окружности трубы в зависимости от характера
расслоения пароводяной смеси и теплонапряженности
поверхности металла.
В о д о р о д н а я к о р р о з и я наблюдается в различ­
ных зонах парогенератора, но только на участках, под­
вергающихся местной коррозии с усиленным выделени­
ем водорода. Она проявляется обычно в форме неглубо­
ких язвин или углублений, под которыми обнаруж и вает­
ся хрупкий обезуглероженный металл. Парообразую щие
трубы в местах разрыва имеют толстые края без зам ет­
ного утоньшения стенки, а над сварными швами имеют­
ся только язвинки.
Наиболее распространенной формой повреждения
латунных труб конденсаторов паровых турбин, о х л а ж д а ­
емых высокоминерализованной пресной или морской во­
дой, является избирательная коррозия, характеризую ­
щ аяся потерей этим сплавом цинка, который уходит
в раствор. Латунь, лиш енная цинка, становится хрупкой,
и конденсаторные трубы легко ломаются. Нередко
имеют место осповидные разруш ения конденсаторных
труб с образованием сквозных свищей диаметром в бу­
лавочную головку (пробочное обесцинкование).
Р азнообразие форм коррозионных разрушений ме­
талла паросилового оборудования обусловлено сложно­
стью процесса коррозии и влиянием большого количест­
ва факторов на его развитие.
2-3. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
а) Механизм и условия протекания
коррозионных процессов
К электрохимической коррозии относятся процессы
разрушения металла, сопровождающиеся протеканием
электрического тока от одной части металла к другой.
Электрохимическая
коррозия возникает в результате
взаимодействия металла и раствора электролита, яв л яю ­
щегося проводником электричества, либо под действием
внешнего электрического тока - (например, блуждаю щих
токов). Гальванический элемент, за счет работы которо­
го идет коррозионный процесс, называют к о р р о з и о н 36
п ы м э л е м е н т о м . Действие коррозионного элемента
может быть пояснено на примере гальванической пары
(рис. 2-3), состоящей из железного и медного электро­
дов, погруженных в электролит (например, в раствор
ЫаС1).
При замыкании электродов внешним проводником
отмечается прохождение тока по этому проводнику,
обусловленное перемещением электронов от железного
электрода (анода) к медному, являю щ емуся «приемщи­
ком» электронов, т. е. катодом. Отвод электронов от ж е ­
лезного электрода вызывает освобождение соответст­
вующего им (по количеству зарядов) числа ионов-ато­
мов железа с переходом последних
в раствор. Таким образом, вторым
следствием замыкания электродов
является переход железа в раствор,
или, иными словами, коррозия этого
элемента. Третьим следствием я в л я ­
ется усвоение поступающих к като­
ду электронов, находящихся в элек­
тролите, ионами или молекулами.
Описанная модель коррозионно­
го элемента в основном воспроизво­
дит характер действия на металл
или сплав коррозионной с р е д ы —
электролита. При погружении так о ­
го металла или сплава в водный
раствор вся поверхность его р азд е­
ляется на большое количество анод­
ных и катодных участков, создаю ­
щих условия для протекания корро­
зионного процесса.
Коррозионные элементы, элек­
коррозионного
троды которых имеют размеры,
элемента.
хорошо различаемы е невооружен­
ным глазом, называют м а к р ог а л ь в а н и че с к и м и э л е м е н т а м и , а электроды,
которые могут быть обнаружены лишь при помо­
щи микроскопа, — м и к р о г а л ь в а н и ч е с к и м и э л е ­
м е н т а м и . При наличии микроэлементов некоторые
участки поверхности металла играют роль раство­
ряющихся анодоь, а другие участки являются катодами.
На поверхности корродирующего металла имеется мно­
жество микроанодов и микрокатодов, непосредственно
37
замкнутых между собой и п р е д ъ я в л я ю щ и х поэтому так
называемый многоэлектродный коррозионный элемент.
Потенциалы металлов, погруженных в 1 н. раствор
своих ионов, называю тся нормальными электродными
потенциалами. Если построить гальванический элемент
из двух различных металлов, погруженных в 1 н. раство­
ры своих ионов, то знак за р я д а в таком элементе будет
определяться относительным положением этих металлов
в ряду напряжений (табл. 2-1).
Т а б л и ц а 2-1
Нормальные электродные потенциалы металлов (при 25 *С)
Электрод, в
и / и 2+
К /К +
М § /М 2 2+
А1/А13+
Мп/Мп2+
2 п /2 п 2+
—2,96
—3,93
— 1,87
г— 1,33
— 1,10
—0 ,7 6 •
Электрод, в
С г/С гг +
Р е /Р е г+
СМ/Сс1г+
№ /№ 2+
5 п /8 п 2+
Р Ь /Р Ь г +
—0 ,5 6
—0,44
—0,40
—0,23
—0,14
—0,12
Электрод, в
Р е /Р е 3+
Н /Н +
С и/С и2+
А § /А 2 2+
Н8 /Н § 2+
А и/Аи+
—0,05
+ 0 ,0 0
+ 0 ,3 4
+ 0 ,8 0
+ 1 0 ,8 6
+ 1 ,5 0
К аж д ы й металл — член этого ряда — будет катодом
в отношении всех металлов, стоящих до него, и анодном
в отношении всех последующих членов ряда. При отсут­
ствии влияния других факторов каждый металл, стоя­
щий в ряду напряжений, будет вытеснять из раствора
ионы всех последующих металлов, а сам переходить
в раствор. Таким образом, при элект рохимической кор­
розии металла р азруш аю щ им ися анодны м и участками
являются участки с наим еньш им электродным потенциа­
лом растворения. Н еразруш аю щ иеся катодные участки
характеризуются более вы соким электродным потенциа­
лом растворения. На анодных участках металл перехо­
дит в раствор в виде положительно заряж енных ионов.
Освобождаю щ иеся на
аноде электроны
протекают
к катодным участкам, где они р азр я ж аю т положитель­
но заряж ен н ы е ионы электролита или же ионизируют
кислород, образуя гидроксильные ионы. Следовательно,
у анодных участков создается повышенная концентра­
ция ионов металла, а у катодных вследствие разр яда
ионов водорода или восстановления содерж ащегося в во­
де молекулярного кислорода накапливаю тся ионы ОН~.
Там, где встречаются продукты катодной и анодной ре38
лкц'ий. образуется гидрат закиси корродирующего ме| алла — вторичный продукт коррозии. Например:
Ре2+ + 2 0 Н - г ^ Р е ( 0 Н ) 2.
(2-1)
В некоторых случ аях'прод у кты коррозии могут пре­
терпевать дальнейшие изменения, вступая во взаимодей­
ствие, например, с кислородом с образованием гидрата
окиси ж елеза либо с крепкой щелочью с образованием
феррита натрия
(Ы а Р е 0 2). Продукты коррозии о б р а­
зуют на поверхности разруш аемого металла достаточно
плотный слой, который может в значительной мере сни­
зить интенсивность коррозии или вовсе прекратить ее.
Э лектродвиж ущ ая сила любой гальванической пары
равна алгебраической разности электродных потенциа­
лов катода и анода:
Э Д С — Е = ек— еа,
(2-2)
где ек — электродный потенциал электрода, на котором
протекает катодная реакция и который в цепи является
положительным электродом; еа — электродный потен­
циал электрода, на котором протекает анодная р е а к ­
ция и который в цепи является отрицательным элек­
тродом.
Эта разность тем больше, чем дальш е друг от друга
расположены металлы в ряду напряжений. Например,
в паре медь — цинк разность электродных потенциалов
1,10 в, в паре железо — цинк 0,32 в. Таким образом,
электрохимический за р я д напряжений д ает важ ны е у к а ­
зания относительно поведения металла в гальваниче­
ской паре с другим металлом и в соприкосновении
с раствором ионов другого металла. В условиях эксплу­
атации металлы большей частью не находятся в раство­
рах собственных ионов; средой может служить конден­
сат, химически обработанная или котловая вода. Элект­
родные потенциалы металлов в этих случаях отличают­
ся от нормальных потенциалов.
На электродные потенциалы металлов с защитными
пленками большое влияние оказываю т характер этих
пленок и, в частности, их электропроводность, количест­
во и величина пор, толщина слоя. При наличии в защ и т­
ной пленке многочисленных слабых мест, легко подвер­
гающихся разрушению в электролите, в этих местах
(порах) образуются гальванопары, где обнаженный ме­
39
талл, находящийся в контакте с раствором электролита,
играет роль анода.
Неравномерное распределение
продуктов коррозии
на поверхности металла вызывает образование макро­
пар. При этом процесс рж авления сосредоточивается
под окислами железа, так как металл в этом месте вы­
полняет роль анода, а вся остальная поверхность, л и ­
шенная окислов, является катодом. Чем меньше пло­
щадь, зан ята я продуктами коррозии, тем сильнее будет
действовать о б р азов ав ш аяся м акрогальванопара по от­
ношению к корродированным участкам, выполняющим
роль анодов.
Скорость разруш ения металла в язвинах за счет то­
ка указанной макропары в несколько раз превышает ско­
рость общей коррозии металла.
Из изложенного выше следует, что одним из основ­
ны х усло ви й протекания коррозионного процесса являет­
ся наличие элект рохимической неоднородности по вер х­
ности р а зд ела металл — электролит, качественно вы ра­
ж ающееся разностью потенциалов на ра зли ч ны х участ­
ках, об р а зую щ и х гальванические цепи.
Если бы электродные потенциалы анодных и катод­
а х участков корродирующего м еталла сохраняли свою
первоначальную величину, то разруш ения металла
в десятки, сотнк и тысячи раз превышали бы действи­
тельно наблюдаемые. Эксперимент показывает, что дей­
ствительная скорость коррозии во много раз меньше
вычисленной по законам Ома и Ф арадея на основании
начальной разности потенциалов анода и катода. О к а ­
зывается, что уже через очень короткое время после з а ­
мыкания электродов э. д. с. значительно уменьшается по
сравнению с первоначальной. Уменьшение тока (и соот­
ветственно скорости коррозии) связано с изменением
потенциалов сразу же после зам ы кания, т. е. как только
пары начинают работать.
Уменьшение начальной разности потенциалов элект­
родов гальванического коррозионного элемента, приво­
д ящ ее к уменьшению интенсивности коррозии, н азы ва­
ется п о л я р и з а ц и е й . Поляризация тормозит работу
коррозионных элементов и может уменьшать скорость
коррозии в десятки и сотни раз.
Некоторые вещества, содерж ащиеся в питательной
и ли котловой воде, могут вызывать усиление коррозии.
Такие вещества называются у с к о р и т е л я м и
или
40
с т и м у л я т о р а м и коррозии, наоборот, вещества, за ­
метно сниж ающие скорость коррозии, называются зам ед­
лителями или ингибиторами коррозии.
Типичными стимуляторами коррозии являются ионы
хлора, которые ослабляют защитные свойства пленок.
Механизм их разруш ающего действия состоит з следую­
щем. Ионы хлора способны адсорбироваться (погло­
щаться) окисными пленками, расположенными на ме­
талле, и вытеснять из последних ионы кислорода. В ре­
зультате такой замены ионов кислорода ионами хлора
в точках абсорбции получается растворимое в воде
хлористое железо, что приводит к увеличению площади
анодных участков. К зам едлителям коррозии стали сле­
дует причислить щелочи, например № О Н , Ыа3РС>4,
№ г Н Р 04 и (ЫаРОз)б.
б) Влияние внутренних и внешних факторов
на скорость коррозии
С к о р о с т ь различных к о р р о з и о н н ы х п р о ц е с ­
с о в по времени характеризуется следующими типичны­
ми случаями: 1) коррозионный процесс протекает с по­
стоянной скоростью, что имеет место при отсутствии з а ­
щитных окисных пленок на поверхности металла; 2) кор­
розионный процесс характеризуется замедлением кор­
розии с течением времени в результате появления в ходе
коррозионного процесса защитных пленок или усиления
ранее существовавших; 3) коррозионный процесс х а р а к ­
теризуется ускорением коррозии с течением времени
в тех случаях, когда в самом ходе коррозии возникают
причины, увеличивающие скорость коррозии (сюда от­
носятся разрушение защитных пленок и увеличение чис­
ла микроэлементов).
Скорость коррозии выражают весом металла (г),
разруш енного за единицу врем ени (час, год) на единице
поверхности его (мг), соприкасаю щ ейся с агрессивной
средой, ли бо глуб и но й проницания коррозионны х р а з­
руш ений (м м ) в гл у б и н у металлической стенки за едини
цу врем ени (год).
Допустимой скоростью коррозии следует считать т а ­
кую, которая не угрож ает надежности эксплуатации и
не приводит к потере механической прочности оборудо­
вания до истечения его нормального срока службы. Д о ­
пустимая скорость коррозии имеет различные значения
41
в зависимости от того, является ли коррозия равномер­
ной или местной, а так ж е от вида последней (язвенная,
м еж крясталли тная, и зб и р ате л ьн ая ).
Скорость коррозионного процесса и формы коррози­
онного поражения металла зависят от внутренних и
внешних факторов, находящихся в сложном взаимодей­
ствии. К внутренним факторам относятся состав и струк­
тура м еталла, состояние его поверхности, наличие внут­
ренних деформаций и напряжения. К внешним ф ак то­
рам, влияющим на скорость коррозии — среда, окру­
ж а ю щ а я металл
(кислород, свободная углекислота,
электролиты), температура и т. п.
Состав и структура
м е т а л л а . Установлено,
что начальные очаги коррозии на отполированной по­
верхности возникают значительно позже, чем на грубо
обработанной. Поверхности стальных листов и труб,
подвергнутые воздействию, изменяющему строение по­
верхностного слоя (например, местное истирание по­
верхности, удары молотком, действие напильников и
т. п.), обнаруж иваю т повышенную склонность к местной
коррозии. Аналогичными по природе процесса являются
разруш ения, происходящие из-за структурной неодно­
родности м атериала листа, труб и других деталей паро­
генератора. Наличие в металле шлаковых, графитовых,
серных вкраплений и д аж е поверхностных отложений
окислов металла создает местные токи, обусловленные
образованием микро- и макрогальванических элементов.
Д етал и паросилового оборудования подвергаются
в эксплуатации сложным напряжениям, причем детали,
которые изготовлены из деформированных материалов
без последующего отжига, несут значительные внутрен­
ние напряжения, ухудшающие коррозионную стойкость
металла.
В известных условиях металл приобретает состояние
еысокой химической стойкости,
называемой п а с с и в ­
н о с т ь ю . П а с с и в н о е с о с т о я н и е м е т а л л а обу­
словлено образованием не его поверхности прочной
пленки окислов, которая возникает в результате воздей­
ствия различных окислителей. Эта защ итн ая пленка
обладает высокой плотностью и хорошей адгезией к ме­
таллу; она не долж на быть пористой и в ней должны
отсутствовать напряжения и трещины. Следует иметь
в виду, что пассивный металл при изменении внешних
условий может снова перейти в активное состояние. По­
42
теря пассивного состояния ( д е п а с с и в а ц и я ) м е тал ­
ла в некоторых средах обусловлена разруш аю щим
действием среды на пленку и наличием в пленке пор.
К и с л о р о д . Особенностью к и с л о р о д н о й к о р ­
р о з и и является образдвание на поверхности металла
язвин, т. е. резко выраженный локальный характер кор­
розии. Продукты коррозии обладаю т большим объемом,
чем железо, из которого они образуются. Поэтому нал
углублениями при локальной коррозии нередко возника­
ют бугорки, служ ащ ие признаком повреждения металла
язвенной коррозией.
В водном растворе, не содерж ащ ем кислорода, ж е ­
лезо растворяется с образованием гидрата закиси ж е л е ­
за:
Ре + 2Н 20 = Р е ( 0 Н ) 2+ Н 2.
(2-3)
При наличии в растворе кислорода Происходит окис­
ление гидрата закиси железа в нерастворимый в воде
гидрат окиси ж елеза, который выпадает в осадок:
4 Е е ( 0 Н ) 2 + 0 2+ 2Н 20 — *-4Ре(ОН)3.
(2-4)
Чем выше концентрация кислорода в растворе, тем
большая возможность имеется для образования на по­
верхности металла пассивирующих адсорбционных слоев
и увеличения электродного потенциала. Вследствие это­
го участки металла, которые наиболее энергично сн аб ­
ж аю тся кислородом, выполняют роль катода по отноше­
нию к участкам поверхности металла, которые омы ­
ваются водой
с малой
концентрацией кислорода.
В результате возникает м акрогальваническая пара не­
равномерной аэрации, под действием которой подвер­
гается разрушению та часть поверхности металла,
которая получает меньше кислорода и, следовательно,
выполняет роль анода. Этим свойством кислорода сле­
дует объяснить значительную локализацию кислородной
коррозии: участки металла под ржавчиной получают
мало кислорода, а потому являю тся местом усиленной
коррозии, скорость же коррозии определяется площадью
м еталла (к ато д а), не защищенной от доступа кисло­
рода.
В ажную роль в развитии кислородной коррозии
играет температурный фактор. Повышение температуры
приводит, с одной стороны, к увеличению скорости диф43
фузии кислорода к поверхности металла, а с д р у г о " —
к уменьшению растворимости кислорода. На рис. 2-4
изображены кривые, характеризую щие зависимость об­
щей скорости коррозии ж елеза в воде от температуры
для открытой системы, когда кислород может у д ал ять­
ся, и для замкнутой системы, когда кислород не может
быть удален. В открытых системах интенсивность кисло­
родной коррозии достигает максимума при 75—85°С.
Характер такой зависимости определяется одновремен­
ным действием в противоположных направлениях двух
факторов: с одной стороны, повышение скорости корро­
зии, а с другой — уменьшение
растворимости кислорода с ро­
стом температуры. При нагре­
ве же воды в поверхностных
подогревателях, где отсутству­
ет отвод из воды агрессивных
газов, скорость кислородной
коррозии непрерывно в о зр а­
стает почти ио закону прямой
Рис.
2-4.
Зависимость
линии.
общей скорости коррозии
При
значениях рН мень­
от температуры.
ше 7 образую щ аяся рыхлая
/ — зам к н у тая
систем а;
2 —
о тк р ы тая систем а.
пленка окислов не имеет з а ­
щитных свойств, вследствие
чего диффузия кислорода к поверхности металла не тор­
мозится и скорость кислородной коррозии ж елеза не
зам едляется с течением времени. По мере повышения
рН, т. е. роста концентрации гидроксильных ионов, з а ­
щитная окисная пленка на ж елезе становится более
стойкой, что препятствует доступу растворенного кисло­
рода к корродирующему металлу и способствует зам ед ­
лению коррозии. При рН = 9,5ч-10,0 коррозионный, про­
цесс в присутствии кислорода практически прекращ ает­
ся. Однако такое ослабление общего коррозионного про­
цесса опасно. Н а ряд у с уменьшением общих потерь ме­
тал л а коррозия последнего приобретает ярко вы р аж ен ­
ный местный характер вплоть до образования язвин. Т а ­
ким образом, повышение рН воды, содерж ащей кисло­
род, постепенно п ревращ ает равномерную коррозию ста­
ли в местную, и лишь при очень высоком значении рН
коррозия прекращается. Чем выше температура воды,
тем больше возрастает значение рН при котором металл
пассивируется и коррозия прекращаете^.
44
Угольная кислота
вие ее диссоциации:
С0 2 + Н20 -
понижает рН воды вследст­
Н 2С 0 3 -
Н+ + НСО"
(2 -5)
В конденсате турбин и дистилляте концентрацияСОг
в количестве всего 0,3 м г/кг вызывает понижение рН до
5,5—6,0. Повышение в растворе концентрации ионов
водорода создает возможность выделения его на катоде,
что способствует активизации коррозионного процесса.
С ростом температуры увеличивается степень дис­
социации угольной кислоты, что обусловливает повы­
шение кислотности воды и резкое возрастание ее корро­
зионной агрессивности при одновременном снижении
стойкости защитной пленки. Недопустимые размеры кор­
розии железа под действием воды, содерж ащей свобод­
ную углекислоту в отсутствие кислорода, наблюдаются
при температуре выше 60— 70 °С и значительной концен­
трации СОг. Подобная коррозия может иметь место в си­
стеме регенеративного подогрева питательной воды,
особенно при плохом удалении неконденсирующихся
газов. Присутствие в воде свободной углекислоты может
явиться причиной коррозии медных и латунных труб.
Эта коррозия сопровождается обесцинкованием послед­
них и обогащением конденсата турбин ионами меди и
цинка.
Характерной особенностью углекислот ной коррозии
стали является слабая связь продуктов коррозии с к ор­
родирую щ им металлом. Вследствие этого образую щ иеся
окислы ж елеза и меди уносятся потоком воды из тракта
питательной воды в парогенераторы и образуют на по­
верхности нагрева опасные отложения. Причиной не­
прочного сцепления окислов с корродирующей поверх­
ностью м еталла является восстанавливаю щ ее и отслаи­
вающее действие на защитные окисные пленки ат о м ар ­
ного и молекулярного водорода, образующегося на к а ­
тодных участках. Этим свойством свободной угольной
кислоты объясняется тот факт, что в ее присутствии
кислородная коррозия котельного металла протекает
практически без зам едления процесса. Из-за нестойко­
сти окисных пленок поступление кислорода к поверхно­
сти металла с течением времени не уменьшается и кор­
розия под действием его продолжается с неизменной
скоростью.
45
Н аличие в воде угольной кислоты и растворенного
кислорода обусловливает коррозию ж елеза, протекаю­
щ ую одноврем енно с кислородной и водоробной д еп о ля­
ризацией.
Вода, сод ер ж ащ ая угольную кислоту, при комнатной
температуре растворяет медь и латунь, но довольно
медленно, в присутствии же кислорода процесс корро­
зии идет значительно быстрее. Вода, имеющая тем пера­
туру выше 40—50 °С и сод ерж ащ ая угольную кислоту,
способна и при отсутствии кислорода вызывать обесцинкование латуни.
При полном отсутствии кислорода а м м и а к , со д ер ж а­
щийся в паре или конденсате, практически не вызывает
коррозии латуни д аж е при высоких его концентрациях.
В присутствии кислорода д аж е небольшое количество ам ­
миака (порядка 2— 3 м г/кг) обусловливает избиратель­
ную коррозию латуни и других медных сплавов. При этом
образуются хорошо растворимые и весьма стойкие медно­
аммиачные комплексы [Си(ЫН3) 2] и [Си(МН3) 4( О Н ) 2].
Э л е к т р о л и т ы . В растворах солей коррозия носит
ясно выраженный электрохимический характер и сводит­
ся к работе микроэлементов, причем с ростом концент­
рации солей скорость коррозии возрастает. Наиболее
опасным является С1~, депассивирующий металлы и
увеличивающий скорость коррозии почти всех металлов
в результате ухудшения свойств защитных окисных
пленок. В сочетании с кислородом С1~ д аж е в ничтож­
ных концентрациях оказывает специфическое воздейст­
вие на напряженную аустенитную сталь, стимулируя так
называемое хлоридное растрескивание, сопровож дае­
мое межкристаллитной коррозией. Сульфаты практиче­
ски не оказываю т влияния на коррозию стали. Едкий
натр при сравнительно невысоких концентрациях защ и ­
щает углеродистые стали от коррозии, повышая рЬГ; при
концентрациях 3— 5% он может вызвать щелочную кор­
розию этих сталей либо коррозионное растрескивание
аустенитных сталей. Коррозионные повреждения котель­
ного металла, возникающие под действием нитритов и
нитратов, имеют значительное сходство с кислородной
коррозией.
Т е п л о в ы е н а г р у з к и . Установлено, что интенсив­
ность коррозии поверхностей металла на обогреваемых
участках в 'несколько раз больше, чем на необогреваемых. Влияние обогрева на усиление крррозии особенно
46
сильно сказывается в условиях действия коррозионно­
агрессивной среды (повышение концентрации щелочи,
присутствие кислорода, наличие окислов ж елеза, внесен­
ных питательной водой, и т. п.).
Причина неблагоприятного влияния теплового н а­
пряжения на поведение стали заклю чается прежде все­
го в разруш аю щ ем действии этого фактора на защитные
пленки корродируемого металла. Главными причинами
разруш ения защитных пленок в этом случае, по-видимо­
му, являю тся термические напряжения в пленках, м еха­
ническое воздействие на них пузырьков пара, интенсив­
но образующихся на поверхности металла при больших
тепловых нагрузках, и восстанавливающее действие на
пленку атомарного водорода.
2-4. КОРРОЗИЯ ТРАКТА ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ
И КОНДЕНСАТОПРОВОДОВ
------
Значительная часть коррозионных повреждений обо­
рудования тепловых электростанций приходится на д о ­
лю тракта питательной воды, где металл находится
в наиболее тяжелых условиях, причиной чего является
коррозионная агрессивность соприкасающихся с ним хи­
мически обработанной воды, конденсата, дистиллята и
смеси их. На паротурбинных электростанциях основным
источником загрязнения питательной воды соединения­
ми меди является ам миачная коррозия конденсаторов
турбин и регенеративных подогревателей низкого д а в л е ­
ния, трубная система которых выполнена из латуни.
Т ракт питательной воды паротурбинной электростан­
ции можно разделить на два основных участка: до терм и ­
ческого д еаэратора и после него, причем условия про­
текания в них коррозии резко различны. Элементы пер­
вого участка тракта питательной воды, расположенные
до д еаэратора, включают трубопроводы, баки, конденсатные насосы, конденсатопроводы и другое оборудова­
ние. Характерной особенностью коррозии этой части пи­
тательного тракта
является отсутствие возможности
истощения агрессивных агентов, т. е. угольной кислоты
и кислорода, содерж ащ ихся в воде. Вследствие непре­
рывного поступления и движения новых порций воды
по тракту происходит постоянное пополнение их убыли.
Непрерывное удаление части продуктов реакции ж е л е­
за с водой и приток свежих порций агрессивных аген47
тов создают благоприятные условия для интенсивного
протекания коррозионных процессов.
Источником появления кислорода в конденсате тур­
бин являются присосы воздуха в хвостовой части тур­
бин и в сальниках конденсатных насосов. Подогрев во­
ды, содерж ащей 0 2 и С 0 2 в поверхностных подогревате­
лях, расположенных на первом участке питательного
тракта, до 60— 80 °С и выше приводит к серьезным кор­
розионным повреждениям латунных труб. Последние
становятся хрупкими, и нередко латунь после несколь­
ких месяцев работы преобретает губчатую структуру
в результате ярко выраженной избирательной кор­
розии.
Элементы второго участка тракта питательной во­
д ы — от д еаэратора до парогенератора — включают пи­
тательные насосы и магистрали, регенеративные подо­
греватели и экономайзеры. Температура воды на этом
участке в результате последовательного подогрева во­
ды в регенеративных подогревателях и водяных эконо­
майзерах приближается к температуре котловой воды.
Причиной коррозии оборудования, относящегося к этой
части тракта, является главным образом воздействие
на металл растворенной в питательной воде свободной
углекислоты, источником которой является добавочная
химически обработанная вода. При повышенной концен­
трации ионов водорода ( р Н < 7 ,0 ) , обусловленной нали­
чием растворенной углекислоты и значительным подо­
гревом воды, процесс коррозии на этом участке пита­
тельного тракта развивается преимущественно с выде­
лением водорода. Коррозия имеет сравнительно равно­
мерный характер.
При наличии оборудования, изготовленного из латуни
(подогреватели низкого давления, конденсаторы), обо­
гащение воды соединениями меди по пароконденсатному
тракту протекает в присутствии кислорода и свободного
ам миака. Увеличение растворимости гидратированной
окиси меди происходит за счет образования медно-ам­
миачных комплексов, например, Си(М Н3) 4 ( О Н ) 2. Эти
продукты коррозии латунных трубок подогревателей
низкого давления начинают р азлагаться на участках
тракта регенеративных подогревателей высокого давленя (п. в. д.) с образованием менее растворимых окис­
лов меди, частично осаж даю щ ихся на поверхности тру­
бок п. в. д. Медистые отложения на трубках п. в. д.
48
способствуют их коррозии во время работы и длитель­
ной стоянки оборудования без консервации.
При недостаточно глубокой термической деаэрации
питательной воды язвенная коррозия наблю дается пре­
имущественно на входных участках экономайзеров, где
кислород выделяется вследствие заметного повышения
температуры питательной воды, а т ак ж е в застойных
участках питательного тракта.
Теплоиспользующая ап п аратура потребителей пара и
трубопроводы, по которым возвращ ается производствен­
ный конденсат на ТЭЦ, подвергаются коррозии под дей­
ствием содержащихся в нем кислорода и угольной ки­
слоты. Появление кислорода объясняется контактом кон­
денсата с воздухом в открытых баках (при открытой
схеме сбора конденсата) и подсосами через неплотно­
сти в оборудовании.
Основными
мероприятиями для предот­
вращения
коррозии оборудования, распо­
л о ж е н н о г о на п е р в о м у ч а с т к е тр а к т а п и т а ­
т е л ь н о й в о д ы (от водоподготовительной установки
до термического д е аэ р ато р а ), являются:
1) применение защитных противокоррозионных по­
крытий поверхностей водоподготовительного оборудова­
ния и бакового хозяйства, которые омываются раство ра­
ми кислых реагентов или коррозионно-агрессивными
водами с использованием резины, эпоксидных смол, л а ­
ков на перхлорвиниловой основе, жидкого найрита и
силикона;
2) применение кислотостойких труб и арматуры, из­
готовленных из полимерных материалов (полиэтилена,
полиизобутилена, полипропилена и др.) либо стальных
труб и арматуры, футерованных внутри защитными по­
крытиями, наносимыми методом газопламенного напы­
ления;
ч
3) применение труб теплообменных аппаратов из
коррозионностойких металлов (красная медь, нержа*
веющая с т а л ь ) ;
4) удаление свободной углекислоты из добавочной
химически обработанной воды;
5) постоянный
вывод неконденсирующихся газов
(кислорода и угольной кислоты) из паровых камер ре­
генеративных подогревателей низкого давления, о х л а ­
дителей и подогревателей сетевой воды и быстрый отвод
образующегося в них конденсата;
49
6) тщательное уплотнение сальников конденсатных
насосов, шпинделей арматуры и фланцевых соединений
питательных трубопроводов, находящихся под вакуу­
мом;
7) обеспечение достаточной герметичности конденса­
торов турбин со стороны охлаждаю щ ей воды и воздуха
и контроль за присосами воздуха с помощью регистри­
рующих кислородомеров;
8) оснащение конденсаторов специальными д е г а за ­
ционными устройствами с целью удаления кислорода из
конденсата (см. гл. 6).
Д ля успешной
борьбы с коррозией обо­
рудования и трубопроводов, расположен­
ных на в т о р о м у ч а с т к е т р а к т а п и т а т е л ь н о й
в о д ы (от термических деаэраторов до парогенерато­
ров), применяются следующие мероприятия:
1) оснащение ТЭС термическими деаэраторами, вы ­
дающими при любых режимах работы деаэрированную
воду с остаточным содержанием кислорода и углекис­
лоты, не превышающим допустимые нормы (см. гл. 5
и 6);
2) максимальный вывод неконденсирующихся газов
из паровых камер регенеративных подогревателей высо­
кого давления;
3) применение коррозионностойких
металлов для
изготовления соприкасающихся с водой элементов пи­
тательных насосов;
4) противокоррозионная защ ита питательных и д ре­
нажных баков путем нанесения неметаллических покры­
тий, стойких при температурах до 80— 100°С, например
асбовинила (смеси лака этиноль с асбестом) или л а к о ­
красочных материалов на основе эпоксидных смол;
5) подбор коррозионностойких конструкционных ме­
таллов, пригодных д ля изготовления труб регенератив­
ных подогревателей высокого давления;
6) постоянная обработка питательной воды щелочны­
ми реагентами с целью поддержания заданного опти­
мального значения рН питательной воды (см. гл. 5),
при котором подавляется углекислотная коррозия и
обеспечивается
достаточная
прочность
защитной
пленки;
7) постоянная обработка питательной воды гидрази­
ном для связывания остаточного кислорода после тер­
мических деаэраторов и создания ингибиторного эффек50
та торможения перехода соединений ж елеза с поверх­
ности оборудования в питательную воду (см. гл. 6);
8) герметизация баков питательной воды путем
организации
так
называемой
закрытой
системы
(см. гл. 6), чтобы предотвратить попадание кислорода
с питательной водой в экономайзеры парогенераторов;
9) осуществление надежной консервации оборудо­
вания тракта питательной воды во время его простоя
в резерве.
Современные энергоблоки с. к. д., как правило, оборудуются
регенеративными подогревателями питательной воды с трубами
из стали (углеродистой или нержавеющ ей). Это обусловлено Тем,
что, как показал длительный опыт эксплуатации зарубежных блоч­
ных КЭС с. к. д., основным источником медистых отложений в про­
точной части турбин являются регенеративные подогреватели, трубы
которых изготовлены из медистых сплавов, подверженных коррозии.
Противокоррозионные защитные покрытия поверхностей обору­
дования и трубопроводов тракта питательной воды должны обла­
дать высокой химической стойкостью в агрессивных средах, доста­
точной эластичностью и механической прочностью при высоких
температурах, а такж е хорошей адгезией к металлу. Наличие эффек­
тивных защитных покрытий оборудования тракта питательней воды
положительно сказывается на качестве питательной воды; содерж а­
ние в ней окислов ж елеза снижается на 30—50%.
Наиболее надежными защитными покрытиями водоподготови­
тельного оборудования являются вулканизированная резина, при­
клеиваемая к поверхности металла самополимеризующимся клеем;
жидкий найрит (низкомолекулярный хлоропреновый каучук), нано­
симый на поверхность кистью или пульверизацией и вулканизируе­
мый горячим воздухом; эпоксидные смолы и лакокрасочные мате­
риалы на основе перхлорвиниловых смол.
Д ля противокоррозионной защиты поверхностей баков, в кото­
рых приготавливаются и хранятся растворы коагулянта и поварен­
ной соли, осветлительных фильтров, баков для хранения раствора
гидразингидрата, а такж е декарбонизаторов (см. гл. 6) применяются
эпоксидные шпаклевки, которые обладаю т высокой адгезией к ме­
таллу, повышенной термостойкостью и износоустойчивостью.
Д л я защиты оборудования и трубопроводов, омываемых горя­
чей водой или влажным паром, (деаэраторы, выхлопные патрубки
турбин, корпуса конденсаторов), применяются покрытия из асбо­
винила и эпоксидных смол.
Высокой коррозионной стойкостью обладают баки, изготовлен­
ные из алюминия и из алюминиевых сплавов, предназначенные для
хранения химически обессоленной воды.
Отечественная промышленность освоила заводское производ­
ство: а) полиэтиленовых труб, которые обладают высокой хими­
ческой стойкостью и эластичностью; б) стальных труб, футерован­
ных винипластом/или полиэтиленом, которые сохраняют противо­
коррозионную стойкость при ^ 1 0 0 ° С ; в) химически весьма стой­
ких, но хрупких стеклянных труб.
Эффективным методом снижения концентрации про­
дуктов коррозии в конденсате, возвращ аемом на Т Э Ц
51
потребителями пара, является введение в отборный пар
турбин, направляемый потребителям, пленкообразующих
аминов — октадециламина или его заменителей. При
концентрации этих веществ в паре, равной 2— 3 м г/кг,
можно снизить содержание окислов железа в производ­
ственном конденсате в 10— 15 раз. Дозирование водной
эмульсии полиаминов с помощью насоса-дозатора не
зависит от концентрации в конденсате угольной кисло­
ты, так как действие их не связан о с нейтрализующими
свойствами, а основано на способности этих аминов
образовывать на поверхности стали, латуни и других
металлов нерастворимые и не смачиваемые водой
пленки.
2-5. КОРРОЗИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ
а) Коррозия парообразующих труб и барабанов
парогенераторов во время их эксплуатации
Коррозионные повреждения металлов парогенерато­
ров обусловлены действием одного или Нескольких ф а к ­
торов: чрезмерное теплонапряж ение поверхности нагре­
ва, вя л а я ц и р к ул я ц и я воды, застой парь, напряж енный
металл, отложения прим есей и другие факторы, препят­
ствующие норм альном у ом ы ванию и охлаж дению по­
верхности нагрева.
1
При отсутствии этих факторов н ор м ал ьн ая магнетитная пленка легко образуется и сохраняется в воде с ней­
тральной или умеренно щелочной реакцией среды, не со­
держ ащ ей растворенного кислорода. В присутствии же
Ог кислородной коррозии могут подвергаться входные
участки водяных экономайзеров, б ар аб ан ы и опускные
трубы циркуляционных контуров. Особенно отрицатель­
но сказы ваю тся малые скорости д ви ж ени я воды (до<
< 0 , 3 м /сек) в водяных экономайзерах, т а к как при этом
пузырьки выделяющегося воздуха з ад ер ж и в аю тс я в ме­
стах шероховатостей внутренней поверхности труб и вы­
зываю т интенсивную местную кислородную коррозию.
Коррозия углеродистой стали в водной среде при вы­
соких тем пературах включает две стадии: начальную
электрохимическую и конечную химическую. Согласно
этому механизму коррозии ионы двухвалентного ж е л е­
за диффундируют через окисную пленку к поверхности
контакта ее с водой, реагируют с гидроксилом или с в<?52
дой с образованием гидрата закиси железа, который з а ­
тем распадается на магнетит и водород по реакции
2 Р е ( О Н ) 2+ Ре— > Р 30 4+ 2 Н 2.
(2-6)
Электроны, проходящее наряду с ионами ж елеза че­
рез окисную пленку, ассимилируются ионами водорода
с выделением Н 2. С течением времени толщина окисной
пленки увеличивается, а дифф узия через нее затр уд н я­
ется. Вследствие этого наблю дается уменьшение скоро­
сти коррозии со временем.
Н и т р и т н а я к о р р о з и я . При наличии в питатель­
ной воде нитрита натрия наблюдается коррозия м етал ­
ла парогенератора, имею щая по внешнему виду большое
сходство с кислородной коррозией. Однако в отличие от
нее нитритная коррозия п ораж ает не входные участки
опускных труб, а внутреннюю поверхность теплонапря­
женных подъемных труб и вызы вает образование более
глубоких язвин диаметром до 15—20 мм. Нитриты уско­
ряют протекание катодного процесса, а тем самым и
коррозию металла парогенератора. Течение процесса
при нитритной коррозии может быть описано следующей
реакцией:
З Ы а Ш 2+ Ре + ЗН20 — ►ЗНО + Р е ( О Н ) 3+ ЗЫаОН. (2-7)
Г а л ь в а н о к о р р о з и я м е т а л л а парогенератора.
Источником гальванокоррозии парообразующих труб
может явиться медь, попадаю щ ая в парогенераторы
в тех случаях, когда питательная вода, со д ерж ащ ая по­
вышенное количество ам м иака, кислорода и свободной
углекислоты, агрессивно воздействуют на латунные и
медные трубы регенеративных подогревателей. Необхо­
димо отметить, что гальванокоррозию может вызвать
лишь металлическая медь, отлож ивш аяся на стенках па­
рогенератора. При поддержании значения рН питатель­
ной воды выше 7,6 медь поступает в парогенераторы
в форме окислов или комплексных соединений, которые
не обладаю т коррозионноагрессивными свойствами и
отлагаю тся на поверхностях нагрева в виде шлама.
Ионы меди, присутствующие в питательной воде с низ­
ким значением рН, попадая д алее в парогенератор,
в условиях щелочной среды т ак ж е осаж д аю тся в виде
шламообразных окислов меди. Однако под действием
выделяющегося в парогенераторах водорода или избыт­
ка сульфита натрия окислы меди могут полностью вос­
53
станавливаться до металлической меди, которая, отло­
жившись на поверхностях нагрева, приводит к электро­
химической коррозии котельного металла.
Подшламовая
(ракушечная)
коррозия.
П одш лам овая коррозия возникает в застойных зонах
циркуляционного контура парогенератора под слоем ш л а­
ма, состоящего из продуктов коррозии металлов и фос­
фатной обработки котловой воды. Если эти отложения
сосредоточены на обогреваемых участках, то под ними
возникает интенсивное упаривание, повышающее солесодержание и щелочность котловой воды до опасных
значений.
П о д ш л ам овая коррозия распространяется в виде
больших язвин диаметром до 50—60 мм на внутренней
стороне парообразующих труб, обращенной к факелу
топки. В пределах язвин наблю дается сравнительно р а в ­
номерное уменьшение толщины стенки трубы, часто при­
водящее к образованию свищей. На язвинах обнаруж и ­
вается плотный слой окислов ж елеза в виде ракушек.
Описанное разрушение металла получило в литературе
название « р а к у ш е ч н о й »
коррозии. П одш лам овая
коррозия, вы зы ваем ая окислами трехвалентного железа
и двухвалентной меди, является примером комбиниро­
ванного разруш ения металла; первая стадия этого про­
цесса является чисто электрохимической, а вторая — хи­
мической, обусловленной действием воды и водяного па­
ра на перегретые участки металла, находящиеся под
слоем ш лам а. Н аиболее эффективным средством борьбы
с «ракушечной» коррозией парогенераторов является
предотвращение возникновения коррозии тракта пита­
тельной воды и выноса из него окислов железа и меди
с питательной водой.
Щ е л о ч н а я к о р р о з ия. Расслоение пароводяной
смеси, которое имеет место в горизонтальных или слабо­
наклонных парообразующих трубах, как известно, со­
провождается образованием паровых мешков, перегре­
вом металла и глубоким упариванием пленки котловой
воды. О б р азов ав ш аяся при упаривании котловой воды
высококонцентрированная пленка содержит в растворе
значительное количество щелочи. Едкий натр, присутст­
вующий в котловой воде в малых концентрациях, защ и ­
щает металл от коррозии, но он становится весьма опас­
ным коррозионным фактором, если на каких-либо участ­
ках поверхности парогенератора создаются условия для
54
глубокого упаривания котловой воды с образованием
повышенной концентрации ЫаОН.
Концентрация едкого натра в упариваемой пленке
котловой воды зависит от:
а) степени перегрева стенки парообразующей трубы
по сравнению с температурой кипения при данном д а в ­
лении в парогенераторе, т. е. величины Д 4 (см. § 3-3);
б) величин соотношений концентрации едкого натра
и содерж ащ ихся в циркулирующейся воде натриевых
солей, обладающих способностью сильно повышать тем­
пературу кипения воды при данном давлении.
Если концентрация хлоридов в котловой воде з н а ­
чительно превышает в эквивалентном отношении кон­
центрацию ЫаОН, то раньше, чем последняя достигает
в упаривающейся пленке опасных значений, содержание
хлоридов в ней настолько возрастает, что температура
кипения раствора превышает температуру перегретой
стенки трубы и дальнейшее выпаривание воды прекра­
щается. Если же котловая вода содержит преимущест­
венно едкий натр, то при величине А/8= 7 °С концентра­
ция ЫаОН в пленке концентрированной воды составляет
10%, а при Д/., = 30°С достигает 35%. М ежду тем экспе­
риментальным путем установлено, что уже 5— 10%-ные
растворы едкого натра при температуре котловой воды
выше 200 °С способны интенсивно корродировать металл
обогреваемых участков и сварных швов с образованием
рыхлой магнитной закись-окиси железа и одновремен­
ным выделением водорода. Щ елочная коррозия имеет
избирательный характер, продвигаясь в глубь металла
преимущественно по зернам перлита и о б разу я сетку
межкристаллитных трещин. Концентрированный раствор
едкого натра способен так ж е при высоких температу­
рах растворять защитный слой окислов железа с о б ра­
зованием феррита натрия 1ЧаРе02, который гидролизует­
ся с образованием щелочи:
Ре20 3+ 2Ыа0Н—>2ЫаРе02+ Н20 ;
2ЫаРе02+ Н20 —>2Ыа0Н + Ре20 3.
(2-8)
(2-9)
Вследствие того, что щелочь в этом круговом процес­
се не расходуется, создается возможность непрерывного
протекания коррозионного процесса. Чем выше темпе­
ратура котловой воды и концентрация едкого натра,
тем интенсивнее протекает процесс щелочной коррозии.
Установлено, что концентрированные растворы едкого
55
натра не только разруш аю т защитную магнетитную
пленку, но и тормозят ее восстановление после повреж­
дения.
Источником щелочной коррозии парогенераторов мо­
гут так ж е явиться шламоотложения, способствующие
глубокому упариванию котловой воды с образованием
высококонцентрированного
коррозионноагрессивного
раствора щелочи. Уменьшение относительной доли щ е­
лочи в общем солесодержании котловой воды и созд а­
ние преобладаю щего содерж ания в последней таких со­
лей, как хлориды, способны резко ослабить щелочную
коррозию котельного металла. Устранение щелочной
коррозии достигается т ак ж е обеспечением чистоты по­
верхности нагрева и интенсивной циркуляцией на всех
участках парогенератора, которая предотвращает глу­
бокое упаривание воды.
М е ж к р и с т а л л и т н а я к о р р о з и я . Межкристаллитная коррозия появляется в результате взаимодейст­
вия котельного металла со щелочной котловой водой.
Х ар актерная особенность межкристаллитных трещин
в том, что они возникают в местах наибольших напря­
жений в металле. Механические напряжения слагаются
из внутренних напряжений, возникающих в процессе
изготовления и монтажа парогенераторов барабанного
типа, а так ж е дополнительных напряжений, возникаю­
щих в процессе эксплуатации. Реш аю щ ую роль в об р а­
зовании межкристаллитных кольцевых трещин на тру­
бах играют дополнительные статические механические
напряжения. Эти напряжения возникают в трубных кон­
турах и в б ар аб ан ах парогенератора при недостаточной
компенсации температурных удлинений, а так ж е вслед­
ствие неравномерного обогрева или охлаждения отдель­
ных участков тела бар аб ан а или коллектора.
М еж кристаллитная коррозия протекает с некото­
рым ускорением: в начальный период разрушение ме­
т ал л а происходит очень медленно и без деформации,
а затем с течением времени скорость его резко в озра­
стает и может принять катастрофические размеры.
М еж кристаллитную коррозию котельного м еталла н у ж ­
но рассматривать прежде всего как частный случай
электрохимической коррозии, протекающей по грани­
цам зерен напряженного металла, находящегося в кон­
такте со щелочным концентратом котловой воды. П ояв­
ление коррозионных микрогальванических элементов
56
вызывается различием потенциалов между телами кри­
сталлитов, выполняющих
роль катодов. Роль анодов
выполняют разруш ающиеся грани зерен, потенциал ко­
торых вследствие механических напряжений металла
в этом месте сильно пошукен.
Н аряду с элект рохимическими процессами сущест­
венную роль в развитии межкристаллитной коррозии
играет атомарный водород, продукт разряд а Н+-ионов
на катоде коррозионны х элементов; л егко диф ф ундируя
в толщу стали, он разрушает карбиды и создает б о ль­
шие внутренние напряж ения в котельном металле в с л е д ­
ствие п о явлени я в металле метана, что приводит к обра­
зованию тонких межкристаллитных трещин (водородное
раст рескивание). Кроме того, во время реакции водоро­
да с включениями стали образую тся различные газооб­
разные продукты, что в свою очередь вызывает допол­
нительные разры вны е усилия и способствует р азры хл е­
нию структуры, углублению, расширению и разветвле­
нию трещин.
Основным путем предотвращения водородной кор­
розии котельного металла является устранение любых
коррозионных процессов, приводящих к образованию
атомарного водорода. Это достигается ослаблением на­
носа в парогенераторе окислов ж елеза и меди, химиче­
ской очисткой котлов, улучшением циркуляции воды и
снижением местных
повышенных тепловых нагрузок
поверхности нагрева.
Установлено, что межкристаллитная коррозия ко­
тельного металла в соединениях элементов парогенерато­
ров возникает лиш ь при одноврем енном наличии мест­
ных раст ягиваю щ их напряж ений, б ли зки х или превы ­
ш аю щ их предел текучести, и при концентрации ЫаОН
в котловой воде, накапливаю щ ейся в неплотностях сое­
динений элементов котла, превы ш аю щ ей 5— 6% . Д ля
развития
межкристаллитных
разрушений котельного
металла существенное значение имеет не абсолютная
величина щелочности, а доля едкого натра в общем со­
левом составе котловой воды. Установлено опытным
путем, что если эта доля, т. е. относительная концент­
рация едкого натра в котловой воде, составляет менее
10— 15% от суммы минеральных растворимых веществ,
то такая вода, как правило, не является агрессивной.
П а р о в о д я н а я к о р р о з и я . В местах с дефектив­
ной циркуляцией, где пар застаи вается и не сразу
57
отводится в барабан, стенки труб под паровыми меш ка­
ми подвергаются сильному местному перегреву. Это при­
водит к химической коррозии перегретого до 450 °С и
выше металла парообразующих труб под действием вы­
сокоперегретого пара. Процесс коррозии углеродистой
стали в высокоперегретом водяном паре (при тем пера­
туре, равной 450—4 7 0 °С) сводится к образованию РезО/,
и газообразного водорода:
ЗРе + 4 Н 20 = Р е30 4+ 4 Н 2.
(2-10)
Отсюда следует, что критерием интенсивности паро­
водяной коррозии котельного металла является увели­
чение содерж ания свободного водорода в насыщенном
паре. П аро во д ян ая коррозия парообразующих труб
наблюдается, как правило, в зонах резкого колебания
температуры стенки, где имеют место теплосмены, вызы ­
вающие разрушение защитной окисной пленки. При
этом создается возможность непосредственного контак­
та перегретого металла трубы с водой или водяным па­
ром и химического взаимодействия между ними.
К о р р о з и о н н а я у с т а л о с т ь . В б арабан ах паро­
генераторов и котельных трубах в том случае, если на
металл воздействуют одновременно с коррозионной сре­
дой термические напряжения, переменные по знаку и
величине, появляются глубоко проникающие в сталь
трещины коррозионной усталости, которые могут иметь
транскристаллитный, межкристаллитный либо смешан­
ный характер. К ак правило, растрескиванию котельно­
го металла предшествует разрушение защитной окис­
ной пленки, что ведет к значительной электрохимиче­
ской неоднородности и как следствие к развитию мест­
ной коррозии.
В б ар аб ан ах парогенераторов трещины коррозион­
ной усталости возникают при попеременном нагреве и
охлаждении металла на небольших участках в местах
соединения трубопроводов (питательной воды, периоди­
ческой продувки, ввода раствора фосф ата) и водоука­
зательных колонок с телом бараб ан а. Во всех этих сое­
динениях металл б ар аб ан а охлаж дается, если тем пера­
тура протекающей по трубе питательной воды меньше
температуры насыщения при давлении в парогенерато­
ре. Местное охлаждение стенок б ар аб ан а с последуюрш м
обогревом их горячей котловой водой (в моменты
53
прекращения питания) всегда сопряжено с появлением
в металле высоких внутренних напряжений.
Коррозионное растрескивание стали резко усилива­
ется в условиях попеременного смачивания и вы сы ха­
ния поверхности, а так ж е в тех случаях, когда д ви ж е­
ние по трубе пароводяной смеси имеет пульсирующий
характер, т. е. часто и резко изменяются скорость д ви ­
жения пароводяной смеси и ее паросодержание, а т а к ­
же при своеобразном расслоении пароводяной смеси на
отдельные «пробки» пара и воды, следующие друг за
другом.
б) Коррозия пароперегревателей
Скорость пароводяной коррозии определяется преи­
мущественно температурой пара и составом контакти­
рующего с ним металлу. Существенное значение в ее
развитии имеют так ж е величины теплообмена и темпе­
ратурных колебаний при работе пароперегревателя,
вследствие которых может наблюдаться разрушение
защитных окисных пленок. В среде перегретого пара
с температурой больше 575 °С на поверхности стали
в результате пароводяной коррозии образуется РеО
(вю сти т);
ЗРе + ЗН 20 — > З Р е О + З Н 2,
(2-11)
который при
по реакции
более низких температурах
4РеО— >Ре304 + Ре.
распадается
(2-12)
Установлено, что трубы, изготовленные из обычной
малоуглеродистой стали, находясь в течение длительно­
го времени под воздействием высокоперегретого пара,
равномерно разруш аю тся с одновременным перерож де­
нием структуры металла и образованием плотного слоя
окалины. В парогенераторах сверхвысокого и сверхкритического давлений при температуре перегрева пара
5 5 0 °С и выше наиболее теплонапряженные элементы
пароперегревателя (выходные участки) обычно изгото­
вляют из теплостойких аустенитных нержавеющих ста­
лей (хромоникелевых, хромомолибденовых и др.). Эти
стали в условиях совместного действия растягивающих
напряжений и коррозионноагрессивной среды подверже­
ны растрескиванию.
Большинство эксплуатационных
повреждений пароперегревателей, характеризующихся
56
ко рр оз и он н ым р а с т р е ск и ва ни ем э л ем ент ов из аустенитных ст але й, о бу сл о вл е но присутствием в паре хлоридов
и едкого натра. Б о р ьб а с к орр оз ио нн ым р а с т р е с к и в а н и ­
ем д е т а л е й из аустенитных с та ле й о с у ще с тв л яе тс я г л а в ­
ным о б р а з о м
посредством
п о д д е р ж а н и я б ез опасного
водного р е ж и м а п а р о г е не р ат о ро в (см. гл. 5).
в) «Стояночная» коррозия парогенераторов
П р и простоях п ар о г е н е р а т о р о в или другог о п а р ос и­
л ов ог о о б о р у д о в а н и я в х олодном или гор я че м р езерве
л иб о на р емо нт е на поверхности м е т а л л а под действием
к и с л ор о да в оз д ух а или влаги р а з в и в а е т с я т ак н а з ы в а е ­
м а я «с тоян очн ая » корр оз ия . По этой причине простои
о б о р у д о в а н и я без пр и ме не ни я д о л ж н ы х з а щ и т н ы х мер
от ко рроз ии часто п ри во дя т к с е рь е з ны м п ов р е жд е н и я м ,
особенно в п ар о г е н е р а т о р а х . Сил ьн о с т р а д а ю т от с т о я ­
ночной ко р р оз ии п а р о п е р е гр е ва т ел и и п а р о о б р а у з ю щ и е
т рубы переходных зон п ря мо то чн ых п ар ог ене ра т оро в.
Одно й из причин стояночной ко р ро зии внутренней
поверхности п ар ог е н е р а т о р о в я в л я е т с я на полне ние их
во в р е м я простоев водой, на с ыщ ен но й кислородом.
В этом с л у ч а е особенно п о д в е рж е н корроз ии м е т а л л на
г ра ни ц е вода — воздух. Если ж е п ар о ге не р а т ор , о с т а в ­
л е н н ый на ремонт, полностью д р ен ир у е тс я, то на в ну т­
ренней поверхности его всегда о с тае тс я пленка влаги
при о д н ов р ем е нн ом доступе к и сло ро да , который, ле г ко
д и ф ф у н д и р у я через эту пленку, в ы з ы в а е т
а кт ив ну ю
э л е кт р о х и м и ч е с к у ю к о рр о з и ю м е т а л л а . Т о н к а я пленка
в л а г и с о х р а н я е т с я д ов о ль н о долго, т а к к а к а т м о с ф е р а
внутри п а р о г е н е р а т о р а н а с ы щ е н а п а р а м и воды, о со бе н­
но в том с лучае, если в него п оп а д а е т пар через не пл от ­
ности а р м а т у р ы п а р а л л е л ь н о р а б о т а ю щ и х п а р о г е н е р а ­
торов. Если в воде, з а п о л н я ю щ е й р е з е рв ны й па ро г ен е­
р ат ор , прис утс твуют х ло р ид ы, то это прив одит к у в е л и ­
чению скорости р а вн о м е р н о й ко рр оз ии м е т а л л а , а если
в ней с о д е р ж и т с я не зн ач ит е ль но е количество щелочи
( м е нь ш е 100 м г /к г Ы а О Н ) и ки слород, то это спо со бс т­
вует р а з в и т и ю я звенной коррозии.
Р а з в и т и ю «стояночной» ко рроз ии способствует т а к ­
ж е н а к а п л и в а ю щ и й с я в п ар о г е н е р а т о р е ш л а м , который
о б ыч но у д е р ж и в а е т влагу. По этой причине з н а ч и т е л ь ­
ные ко р р оз и он н ые
р а к о в и ны
часто о б н а р у ж и в а ю т с я
в б а р а б а н а х в д о л ь ни жне й о б р а з у ю щ е й по их концам,
60
т. е. на у час тка х на иб ол ь ше го с копле ния ш л а м а . Осо­
бенно сильно п од ве рже ны корроз ии участки внутрен^
ней поверхности пар ог ене р а то р о в , которые покрыты в о ­
дорастворимыми
с ол ев ыми
о т ло ж е н и я м и ,
на пр име р
зме евики п а р о п ер е гр е ва т ел е й и п ер ех о д на я зона в п р я ­
моточных п ар ог е не ра т ор ах . Во в ремя простоев п а р о г е ­
не ра то ро в эти о т л о ж е н и я п ог л ощ аю т а т мо с ф е р н у ю в л а ­
гу и р а с п л ы в а ю т с я с о б р а з о в а н и е м
на поверхности
м е та л л а в ы с око к онце нт ри ро в а нно г о р а ст во р а н ат рие вых
солей, и ме юще го б о л ь ш у ю электр опр ов од нос ть. При с в о­
бодном доступе в оздуха процесс корроз ии под солевыми
о т л о ж е н и я м и про т ека ет в есьма интенсивно. В есьм а су щ е ­
ственным является то, что стояночная к о рр ози я у с и л и в а ­
ет процесс р а зъ е д а н и я котельного металла во вр ем я р а ­
боты парогенератора. Это о б ст оя тел ьс тв о с ледует считать
г лавной опа сно с т ью стояночной коррозии. О б р а з у ю щ а я с я
р ж а в ч и н а , с о с т о я щ а я из окислов ж е л е з а высокой в а л е н т ­
ности Р е ( О Н ) 3, во в ремя ра бо ты п а р о г е н е р а т о р а играет
роль д е п о л я р и з а т о р а корр оз ио нн ых микро- и м а к р о г а л ь ­
ва но пар, что ведет к и нте н си фи ка ци и коррозии м ет а л л а
в процессе э к с пл у ат ац и и а гр ег ат а . В конечном счете н а ­
копление р жа в ч и н ы на поверхности котельного м е т а л л а
приводит к п од ш л а мо в о й корроз ии. П о м и м о этого, при
по сл ед ующем простое а г р е га т а в о с с та но в ле нна я р ж а в ч и ­
на опя ть п ри обр ет ае т способность в ы з ы в а т ь к орроз ию
вследствие по гл ощения ею ки сл ор о д а воздуха. Эти п р о ­
цессы циклически по вт ор я ют ся при чер е до ва нии простоев
и работы па ро ге не р а то р о в .
С р е д с тв а ми з а щ и т ы п а р о г е н ер а т о ро в от стояночной
корроз ии в периоды их простоя в р езерве и на ремонте
с л у ж а т р аз л ич н ые м етоды консервации.
Мокрая
консервация
о с у щ е с т в ля ет с я путем
з а п о лн ен и я о б ъ ем а ко н се р ви ру ющ им и р а ст во ра м и, спо­
собными с о зд ат ь на м ет а л л е пассивный слой, который
д о л ж е н с ох ра нит ь свои з а щ и т н ы е свойства на п р о т я ж е ­
нии всего периода остановки п ар о г е н е р а т о р а . В з а п о л ­
н я ющу ю п а ро г ен ер а то р п и та т ел ь ну ю воду с по мо щь ю
п лу нж ерно г о насоса д о з и р у е т ся раствор щел оч и иЗ р а с ­
чета 2— 3 кг № О Н и 5 — 10 кг Ыа 3Р 04 на 1 м3 воды
с д о ба в л е н и е м 1 кг >Ш 4О Н , л иб о 10%- ный ра ств ор гидр а з и н г и д р а т а , об ес пе чив а ющи й к о н ц е н т р а ци ю его в в о­
де, р а в ну ю 200 м г/кг Ы2Н 4. М о к р а я ко н с ер в а ци я позво­
л я ет проводить быст ру ю р а ск о н с е р в а ц и ю п ар о г е н е р а т о ­
ра и его растопку. О д н а к о этот метод ко нс ер вации м о ­
01
ж е т п р и м ен я ть с я т о ль ко на тех т епловых э л е к т р о с т а н ­
циях, где в па ре отсутствует с во б од н ая С 0 2.
В целях з а щ и т ы эл е ме нт о в п ар о ге н е р а т о р а от с т оя ­
ночной ко рроз ии во в ре мя п р о д о л ж и т е л ь н о г о к а п и т а л ь ­
ного р е мо нт а дост ат очно смочить внут ре нн юю поверх­
ность его стенок 1 — 3 % - н ы м р а ст во ро м нитрита н ат рия
(ЫаЫ 0 2) с д о ба в ко й р а с т в о р а а м м и а к а к онце нт ра цией
0,5% или к а р б о н а т а а м м о ни я . При п ро д ол жи т е л ьн ос т и
о б р а б о т к и поверхности м е т а л л а у к а з а н н ы м и ин гибито­
р а м и в течение 20— 24 ч их з а щ и т н о е д ействие д о с т и г а ­
ет 60— 75 суток. П е р е д пуском п ар о ге н е р а т о р а в ра бот у
пл енк а ни т ри т а с внутренней стороны его стенок д о л ж ­
на б ыть с мы та водой.
Сухая
консервация
п а р о г е не р ат о ро в м ож ет
быть т а к ж е о с ущ ес т вл е на путем з а п ол н е н и я их о б ъ е м а
(в том числе п ар о пе ре г р е в а т е л е й ) азотом, п од а в а е мы м
из б ал ло но в. П ри за по л не н ии п ар о г е н е р а т о р а азотом
не обходимо в течение всего времени простоя п о д д е р ж и ­
в а т ь в нем из бы т о чно е д а в л е н и е 6 кгс/см 2. Э фф е к т и в н о е
п р е д о т в р а щ е н и е стояночной ко рроз ии м о ж е т быть о б ес ­
печено при соотношении о б ъ е м о в азо та и воды в п а р о ­
г енераторе, р а в но м или б оль ше м 2:1 на люб ой стадии
ко нс ер вации. Утечка а з о т а из п а р о г е н е р а т о р а д о л ж н а
н е пр е ры вн о вос по л ня тьс я.
2-6. К ОР Р ОЗ ИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН
Металл
проточной части турбин м о ж е т в процессе
р а б от ы п о д в е рг а ть с я ко р р оз ии в зоне конде нса ции пара,
особенно при на лич ии в нем угольной кислоты, р а с тр е с ­
к и в а н ию вс ле дс тв ие н а л и ч ия в п а ре ко рроз ионных
а ге нт ов и стояночной корроз ии при н а х ож д ен и и турбин
в р е з е р в е или па ремонте. О с обе нно с ильно п о д в е р г а е т ­
ся стояночной корроз ии про то ч на я часть тур би ны при
на лич ии в ней солевых о т ло же ний . О б р а з у ю щ и й с я во
в р е м я простоя тур би ны солевой р ас тв ор у ск ор я ет р а з ­
витие корроз ии. О т с юд а в ы т ек а ет не обходимос ть т щ а ­
тельной очистки от о т ло ж е н и й л о па т очн ог о а п п а р а т а
т у рб и ны пе ре д д ли т е л ь н ы м простоем ее.
К о р р о з и я в период простоя обычно имеет с р а в н и ­
те льн о р а в н о м е р н ы й
характер;
при не бл аг оп р ия тн ых
у с ло вия х она п р о я в л я е т с я в виде многочисленных язвин,
равномерно
ра с пр е де ле н ны х по поверхности ме та л ла .
Ме стом пр о т ек ан и я ее я в л я ю т с я те ступени, где конден62
сируется в л а га , агрессивно в о з д е й с т в у ю щ а я на с т а л ь ­
ные д е т а л и проточной части турбины.
Ис то чнико м по явле ния влаги я в л я е т с я п р е ж д е всего
ко нде нса ция пара, з а п о л н я ю щ е г о ту р би ну после ее о с т а ­
новки. К о нд енс а т частичнй о с тае тс я на л о п а т к а х и д и а ­
ф р а г м а х , а частично с тек ае т и с к а п л и в а е т с я в корпусе
турбины, т ак ка к он не о тводится через д р е н а ж и . К о л и ­
чество в ла ги
внутри тур би ны
м о ж е т у в е л и ч и ва ть с я
в следствие пр о с а чи ва ни я п а ра из па р о п ро в од ов отборов
и пр от ив о да в ле ния . Внутренние части т у рби ны всегда
х олоднее по ст упа юще г о в ту р би ну в оздуха . О т но с и т е л ь ­
на я в л а ж н о с т ь в оздуха м аши нно г о з а л а в есьма высока,
поэтому дост ат очно не зн ачит ел ьно го о х л а ж д е н и я в о з­
духа, чтобы на с тупили точка росы и выделе ние влаги
на м ет ал л ич е ск их д е та л ях .
Для
у ст ран ения
«стояночной»
ко рр о з ии па р ов ых
турбин не об хо ди мо ис ключить в о з м о жн о ст ь п о п а д а н и я
п ар а в тур би ны во в р ем я н а х о ж д е н и я их в р е зе рв е к а к
со стороны п ар о п р о в о д а перегретого па ра , т а к и со
стороны м а ги с т р а л и отборов, д р е н а ж н ы х л иний и т. д.
Д л я п о д д е р ж а н и я поверхности л опа ток, д ис ко в и р от о­
ра в сухом виде пр и ме н яе тс я пер иодич ес ко е п р о д у в а ­
ние внутренней полости р ез е рв ной тур би ны током
горячего
в оздуха
( 1 = 8 0 + 1 0 0 °С) ,
подаваемого
не­
б о ль ш им вс помог ат ельным в е нт и ля то р о м через н а г р е ­
ватель ( эл ектрический или п ар о во й ).
2-7. К О Р Р О З И Я К О Н Д Е Н С А Т О Р О В
В у слов ия х
эксплуатации
п а ро сил ов ых уст анов ок
нередко н а б л ю д а ю т с я с лучаи к ор ро зио нн ых п о в р е ж д е ­
ний л ат ун н ых к он де нса то рны х труб к а к с внутренней
стороны, о м ы в а е м о й о х л а ж д а ю щ е й водой, т а к и с н а ­
р уж н ой стороны. Инт енс ив но к о рр о ди ру ю т внутренние
поверхности к он де нса то рны х труб, о х л а ж д а е м ы е с и л ь ­
но м и н е р а л и з о в а н н ы м и
м ор с ки ми
и с оле но- оз е рными
водами, с о д е р ж а щ и м и
б ол ьш ое количество хлоридов,
л иб о о бо ро тн ыми ц и рк ул я ц и о н н ы м и в о д ам и с п ов ы ш е н ­
ной м и н е р а л и з а ц и е й и з а г р я з н е н н ы м и в зв е ше нн ым и ч а ­
с т ица ми.
Х а р а к т е р н о й особенностью л ат ун и ка к ко нс тр у кц и­
онного м а т е р и а л а я в л я е т с я с клонность ее к коррозии
чри совместном действии пов ыше нных ме ха нич ес ких н а ­
пр я ж е н и й и среды, о б л а д а ю щ е й д а ж е у меренными
«а
аг ре сси вными свойствами. К о р р о з ио н ны е п о в ре ж де ни я
п р о я в л я ю т с я в ко нде н са т ор а х с л а т у н ны м и т р у ба м и
в ф о р м е о бще го обесц инк ов ания , пробочного обесцинков ания, корр оз ионн ого р а ст ре с к и в а н и я , у д ар н ой к о р р о ­
зии и корро зио нн ой усталости. На пр о те ка ние о т м е ч е н ­
ных в ы ш е ф о р м корроз ии л ат ун и р е ш а ю щ е е в о зд ейс т­
вие о к а з ы в а ю т с ос та в с п л а в а , технология из г от овле ния
к он д ен са т ор ны х т р у б и х а р а к т е р к он та кт ир уе мой среды.
В с ле дс т вие о бе сц и нк о ва ни я р а з р у ш е н и е поверхности
л а т у н н ы х т р уб м о ж е т носить сплошной слоевой х а р а к ­
тер или п р и н а д л е ж а т ь к т а к н а з ы в а е м о м у пробочному
типу, я в л я ю щ е м у с я на иболе е опасным. П р об очно е обесц инко в ан и е х а р а к т е р и з у е т с я у г л у б л я ю щ и м и с я в м е т а л л
я зв ин ам и,
заполненными
рыхлой
медью.
Наличие
с квоз ных свищей в ыз ы в а е т не обходимость з а м е н ы т р у ­
бы во и з б е ж а н и е присоса о х л а ж д а ю щ е й с ырой воды
в конденсат.
П р о в е д е н н ы е и сс ле до ва ния , а т а к ж е д л и т е л ь н ы е н а ­
б лю де н ия за состоянием поверхности конде нса то р ных
труб в д е й с тв у ющ и х
к о н де н са т ор а х п ок а за ли , что д о ­
по лнительное в ведение в л а т у н ь н еб ол ьши х количеств
м ы ш ь я к а з а м е т н о с н и ж а е т с клонность л а ту н ей к о бе с цинкованию. С л о ж н ы е по сос та ву ла ту ни, д о п о л ни т е л ь­
но л е г и р о в а н н ы е оловом или а люм ин и ем , т а к ж е о б л а ­
д а ю т пов ыше нной корроз ионной с тойкос тью б л а г о д а р я
способности этих с пл а во в быстро в о с с т а н а в л и в а т ь з а ­
щ ит ны е пленки при их м ех а нич ес ко м р азр ушен ии.
Вс ле дс т вие п ри мен ения ме та л ло в , з а н и м а ю щ и х р а з л и ч ­
ные места в п от е нц иа ль ном р я д у и электрически с ое ди­
ненных, в ко н де н са т ор е в о з н и ка ю т м а к ро э ле м ен т ы. Н а л и ­
чие пе ре ме нного т е мп е р а т у р н о г о поля с о з д ае т в о з м о ж ­
ность р а з в и т и я ко р ро з и он н оо па с ны х э. д. с. т е р м о э л е к т ­
рического п ро ис хо жде ния . Б л у ж д а ю щ и е токи, в о з н и к а ю ­
щ ие при з а з е м л е н и и в близи постоянного тока, т а к ж е
могут явиться причиной интенсивной коррозии к о н де н­
саторов.
К о р р о з ио н ны е
п ов р е жд е н и я
ко нде нс ат о рны х труб
со стороны ко нд ен си р ующ ег о ся п а р а ч ащ е всего б ы ­
в а ют с в я з а н ы с присутствием в нем а м м и а к а . П о с л е д ­
ний, будучи х о р о ши м к о м п л е к с о о б р а з о в а т е л е м по отно­
шению к ионам меди и цннка, с оз да ет б л а го пр и я т н ы е
у с ло вия д л я о б е с ц ин к ов а ни я лату ни. Кр о м е того, а м м и ­
а к о б ус л о в л и в а е т корро зио нн ое р а с тр е с к и в а н и е л а т у н ­
ных к он де нса то р ны х т р у б при на лич ии в с пл а в е в н ут ­
64
ренних или внешних р а с т я г и в а ю щ и х н а п ря же ни й , ко т о­
рые постепенно р а с ш и р я ю т т ре щин ы по мере р аз в и т и я
корроз ионного процесса. Ус та нов ле но, что при от су тс т­
вии к и с л ор о да и д р уг их о ки сли те ле й р а с т во р ы а м м и а к а
не могут а грессивно в о зд е йс тв о ва т ь на ме дь и ее с п л а ­
вы; поэтому м о ж н о не о па с а т ь с я а м м и а ч н о й ко р р о з ии
л а т у н н ы х тру б при к он це нт р аци и а м м и а к а в к о н де н са ­
те до 10 м г /к г и отсутствии к ис ло ро да . П р и на лич ии ж е
д а ж е н еб ол ьшог о количе ст ва к и с л ор о да а м м и а к р а з р у ­
ш ае т л а т у н ь и д р у ги е м едн ые с п л а в ы при к он це нт ра ци и
2 — 3 м г/кг.
К о рр о зи и со стороны п ар а в пе рв ую о чере дь могут
п од ве рг атьс я л а т у н н ы е т рубы о х л а д и т е л е й в ып а р а ,
э ж е к т о р о в и к а м е р отсоса в озд ух а к он д ен са т оро в т у р ­
бин, где с о з да ют ся условия, б л а г о п р и я т с т в у ю щ и е п оп а­
д а н и ю в оз д ух а и в о з ни кн ов ен ию местных по в ыше нных
к о нце нт ра ци й а м м и а к а в частично с к он де нс ир о в а нном
паре.
Д л я п р е д о т в р а щ е н и я ко р ро зии ко н д ен са т ор ны х т ру б
с в одяной стороны не о б хо ди мо в к а ж д о м конкретном
с л уча е при в ы б о р е м е т а л л а или с пла в ов , пригодных д л я
из г от овления этих труб, у ч и т ыв а ть их ко р р о з ио нн ую
с тойкость при з а д а н н о м с о ста ве о х л а ж д а ю щ е й воды.
О собо с ерьезное в н и ма н и е в ыб ор у ко рр о з ионност ойких
м а т е р и а л о в д л я и зг от ов л ения
к о н д ен са т ор ны х т руб
д о л ж н о быть у де ле но в тех с лу ч ая х , к ог да к о н д е н с а т о ­
ры о х л а ж д а ю т с я проточной морской водой, а т а к ж е
в усл ов ия х восполнения потерь о х л а ж д а ю щ е й воды
в о б оротных с ис те м ах в о д о с н а б ж е н и я Т Э С пр е сными
в одами, о б л а д а ю щ и м и повышенной
м и н е ра л и з ов ан н остью л иб о
загрязненными
ко р р о з ио нн о аг р ес с ив н ым и
п р о м ы ш ле нн ым и и б ыт ов ым и стоками.
В за висимости от состава о х л а ж д а ю щ е й в одь/ отечественные
за в о д ы — поставщики конденсаторов ориентируются на применение
конденсаторных труб из с ледую щ их м едных сплавов:
а) л а т у н ь Л -68 применяется д л я изготовления к онде нс ат ор ­
ных труб, о х л а ж д а е м ы х м ал о м и нер а л изов а нной пресной водой с о б ­
щим с олесодерж анием 300— 500 мг/кг при незначительном с о д ер ­
ж ани и взвеш енны х вещ еств;
б) л а т у н и о л о в я ч и с т а я
Л 0-70-1 и л и м ы ш ь я к о в и ­
с т а я ЛМш-68-0,06 применяются д л я изготовления конденсаторных
труб, о х л а ж д а е м ы х м алом и нер ал изованной пресной водой с с о л е ­
со держ а н и е м д о 300 мг/кг, немного за грязнен ной кислыми стоками
либо пресной водой с с о лесо дер ж анием до 1 000 м г / к г ;
в) л а т у н и
м ы ш ь я к о в и с т о - о л о в я н и с т р е
ЛОМш-70-1-0,06
или
мышьяковисто-алюминиевые
3
Зак.
134
65
ЛАМш-77-2-0,06 — д л я в ы со коминерализованны х пресных вод с об­
щим с олесодерж анием до 3 ООО мг/кг\
г) м е д н о - н и к е л е в о - ж е л е з и с т ы й
М Н Ж -5-1
или
м е д н о - н и к е л е в о - ж е л е з и с т о - м а р г а н ц е в ы й
;М Н Ж М у-5,1-0,8 сплавы — д л я солон ов аты х пресных вод с солесодер­
ж а н и ем д о 5 000 мг/кг при умеренном с одерж а нии в них твердых
примесей (песка, зо л ы );
д) м е д н о - н и к е л е в ы й МН-70-30 и л и м е д н о - н и к е л е ­
во-железисто-марганцевый
МНЖМу-30-0,8-1
сплавы —
дл я морской воды, а т а к ж е солоноватых пресных вод, со д ер ж а щ и х
абразив ны е примеси.
З а последние годы на многих з а р у б е ж н ы х блочных
К Э С с в ер хкр и ти че ски х д а в л е н и й у с та но в ле ны к о н де н са ­
торы с т р у б а м и из а у с т е н и т н о й х р о м о н и к е л е ­
в о й с т а л и (8-12% N1), кот орые о б л а д а ю т повышенной
стойкостью к э рр о з и о н н ы м п о в р е ж д е н и я м т ру б к а к с п а ­
ровой, т а к и с в од ян ой сторон.
Следует, од на ко, у чит ыв ат ь, что на л ич ие на стенках
с т а л ьн ы х тр уб пористых же л ез оо к ио ны х о т ло ж ений ,
а т а к ж е плотных к а р б о н а т н ы х о тл ож ен ий , п о к р ы в а ю ­
щ их о т де льны е участки
поверхности труб, приводит
к интенсивной я звенной ко рр оз ии труб, особенно на
н е п од ви ж но й воде или м а ло й ее скорости. П о э т о му на
тех э л е к тр о ст а нц и ях , где к он де нс ат ор ы о с н а щ е ны т р у ­
б а м и из н е р ж а в е ю щ е й стали, д л я п о д д е р ж а н и я их чи­
стоты п ри м ен я ю т с я м етод ы с т а б и л и з а ц и и и х л о р и р о в а ­
ния о х л а ж д а ю щ е й воды (см. гл. 11). В период к р а т к о ­
в р е м е н н ы х о с тан ов ок турбин о с ущ е с т в л я е т с я р е ц и р к у ­
л я ц и я о х л а ж д а ю щ е й воды, а перед д ли т ел ь но й о с т а ­
новкой
после
прекращения
подачи
охлаждающей
воды пр о и зв о ди т ся п р ом ы вк а к он де нса то р а осветленной
водой.
Д л я того чтобы п р е д о тв р ат и ть или о с ла би т ь а мми* а чн ую к о р ро з ию или к ор р оз ио нн ое р а с т р е с к и в а н и е н а ­
ру жно й поверхности л ат ун н ог о т рубного пучка, р а з м е ­
щенного в в о з д у хо о хл ад и те л ьн ой секции конде нса то ра ,
необходимо:
а) обеспечить интенсивную вентиляцию п а р о в о го
пространства путем р а ц и о н а л ьн ого р азм ещ ен ия мест
отсоса в о з д у х а , что приведет к значительному сниже­
нию концентрации га з о о б р а з н о го амм иака в ко н ден са ­
торе;
б) принять м еры к м ак си м альн ом у со кращ ен ию присосов в о з д у х а ка к в конденсаторе, так и в хвостовой,
части турбины.
66
А м м и а ч н а я к ор ро з ия в э ж е к т о р а х и к а м е р а х о х л а ж ­
дения па р ов о зд у шн ой смеои м о ж е т быть п ре д от в р а щ е н а
у становкой в этих зонах тр уб из м едн о- ник еле вых с п л а ­
вов л иб о из н е р ж а в е ю щ е й хромистой стали.
»
2-8. КОР Р ОЗ ИЯ Т ЕПЛ ОВЫХ СЕТЕЙ
В ну т ре нн яя к о р ро з и я т епл ов ых сетей в ы з ы в а е т с я н а ­
личием в сетевой воде или к он де нса те ра ств о р е нно г о
ки с ло р од а и у глекислоты, к от ор ые п о п а да ют в систему
с д об ав о ч н ой химически о чище нной л и б о ома гниче нной
водой, в о с по л ня юще й утечки в сети, а т а к ж е в следствие
з а с ос а в оз д уха через неплотности при наличии р а з р е ­
ж е н ия в трубах. В с остав т е пл ов ы х сетей в ход ят с л е ­
д у ющ и е эл еме нт ы, п о д в е р г а ю щ и е с я корроз ии: система
подогревателей, т р убо п ро во до в , насосов и прочего в с по ­
мо г ате ль но го о б о р уд ов а ни я. Ос обе нно п о д в е р ж е н ы к о р ­
розии системы т епловых сетей с не по сре дс тв ен ным р а з ­
бором горячей воды, х а р а к т е р и з у ю щ и е с я частично или
полностью р а зо м к н у т о й схемой д в и ж е н и я воды, кото­
р а я р а сх од уе т ся п от р еб и те л ям и на р а з л и ч н ы е х о з я йс т ­
в енно-бытовые ну ж ды .
О сно в н ые за ко н ом е рн ос ти и х а р а к т е р ко рроз ии о б о ­
р уд ов ан и я т епловых сетей име ют много о бще го с п р о т е ­
ка ние м к ор р оз ионн ых
разрушений
э л ем ент ов т р а к т а
питательной воды, р а с п о л о ж е н н ы х до д е а э р а т о р а .
В присутствии к ис ло р о д а, ра ств о р е нно г о в с л а б о щ е ­
лочной т р ан с п о р т и р у е м о й воде, к о р ро з и я м е т а л л а пр и­
о б ре та е т резко в ы р а ж е н н ы й местный, я зв енны й х а р а к ­
тер при с коплении пр од укт ов ко рроз ии на п ов е рх н о­
сти ко рр од ир у е мо г о м е т а л л а . В не йтр а ль но й среде п р е ­
о б л а д а е т с р а вн ит е ль но р а в н о м е р н а я к ор р оз и я стенок
труб.
' " '
К о р р о з и я по до гре ва те ле й н а б л ю д а е т с я ч а ще всего
со стороны г ре юще го п а р а и в ыз ы в а е т с я г л а в н ы м о б р а ­
зом с о д е р ж а н и е м уг ольной кислоты в конденсате. И з ­
вестны сл уча и интенсивного обес цинк ов а ния - л а т у н ны х
т ру б о топит ельных п од ог ре ва те ле й при подаче в т е п л о­
сеть н ед е аэ ри р о в а н н о й изв ес т ко в а нно й воды.
В це ля х п р е д о т в р а щ е н и я опа сной корроз ии э л е м е н ­
тов т е пл о фи к ац и он но г о о б ор у д о в а н и я на п р а к ти к е ос у­
щ е с т в л я ю т с я с л е д у ю щ и е ме ро пр ия т ия :
а)
стабильное поддерж ание за д а н н ы х эксплуатаци­
онных норм допустимого содержания О 2, С 0 2> взвеш ен3*
67
ных веществ, солей жесткости и щелочи ( р Н ) в д о б а в о ч ­
ной и сетевой водах;
б) оснащ ение сетевых подогревателей трубами из
коррозионностойких металлов (латунь, м е д ь);
в) применение защитных покрытий на внутренней
поверхности трубопроводов, баков, дегазаторов и в о д о ­
подготовительного о б о р у д о в а н и я теплофикационной си­
стемы л и б о материалов, о б л а д а ю щ и х более благоприят­
ной противокоррозионной стойкостью по сравнению
с углеродистой сталью.
Ос обо е в ни ма ни е с ледует у д е л я т ь з а щ и т е теплосети
от п о п а д а н и я в систему в о з д ух а через а к к у м у л я т о р н ы е
баки, неплотности с а л ь н ик о вы х
уплотнений п е р е к а ч и ­
в а ю щ и х и п о д м е ш и в а ю щ и х насосов и верхние точки
о топит ел ьных систем. К р о м е того, д о л ж е н о с у щ е с т в л я т ь ­
ся с ис те мат ич ес ки й к он тро ль з а к ор ро з ие й т епловых
сетей путем установки Достаточного количе ст ва и н д и к а ­
торов ко рроз ии и выр е зки о б р а з ц о в труб, что п озв ол яе т
с воевременно и п р а в и ль н о о це нив а ть состояние в ну т ре н­
них поверхностей к о мм у ни ка ц ий т е п л о фи к ац и он ны х си­
стем.
ГЛАВА
ТРЕТЬЯ
ОТЛ ОЖ ЕНИЯ В ПАРОГЕНЕРАТОРАХ
И ТЕПЛООБМ ЕННИКАХ И СПОСОБЫ
ИХ У Д А Л Е Н И Я
3-1. О С Н О В Н Ы Е П О Л О Ж Е Н И Я
Р а з л и ч н ы е примеси, с о д е р ж а щ и е с я в на г р ев а ем о й и
и с п а р я ем о й воде, могут в ы д ел я ть с я в тв ер ду ю ф а з у на
внутренних пове рх но ст ях п ар о г е не ра т ор ов , испарителей,
п а р о п р е о б р а з о в а т е л е й , по до г ре в ат ел е й и ко нде нса то ро в
п а р о вы х турбин в виде н а к и п и , а внутри водяной
массы — в виде взве шенног о ш л а м а . Н е л ь з я , однако,
провести четкую г ра ницу м е ж д у на к ипь ю и ш л а м о м ,
т ак как веще ст ва , о т л а г а ю щ и е с я на поверхности н а г р е ­
ва в ф о р м е накипи, могут с течением времени п р е в р а ­
щ а т ь с я в ш л а м и, наоборот, ш л а м при не которых у сл о­
виях м о ж е т п р и ки п ат ь к поверхностям наг ре ва , о б р а з у я
накипь.
И з э ле ме нт ов п а р о г е н е р а т о р а з а г р я з н е н и ю в ну тр е н­
них поверхностей б о ль ш е всего по д в ер же ны о б о г р е в а е ­
мые э к р а н н ы е трубы. О б р а з о в а н и е о т ло же ни й на внут63
ренних поверхностях п а р о о б р а з у ю щ и х труб влечет за
собой ухудшение тепл опе ре да чи и ка к следствие о п а с ­
н ы й перегрев м е т а л л а труб. К а к известно, т е м п е р ат у ра
стенки со стороны газов при з а г ря з не нн о й на кипь ю по­
верхности о пр е де л яе т ся и%, у ра вн ен и я
'от = *- +
?Г-^
лст +
Тл.нак
Ы- + Г 2- ]) ’
(ЗИ)
где ^Ст — т е м п е р а т у р а стенки, °С;
— температура на­
сыщения, ( ки пя ще й в од ы) , °С; <7 — плотность теплового
потока, вт/м2-, 6СТ и бнак — т о л щ и н а стенки и слоя н а ­
кипи, м\ Лет и 1 Нак — к оэ фф иц ие нт ы теплопроводности
стенки и слоя накипи, вт /(м -° С ) ; аг — к оэ фф иц ие нт
тепл оо тд ачи от накипи к воде, вт/м2 - 0С.
К а к видно из приведенного ур а вне ни я, т е мп е ра ту ра
стенки п р оп о рц ио н ал ьн а плотности т еплового потока и
т олщин е накипи и о б ра тн о п ро п о р ц и о н а л ь н а к о э ф ф и ­
циенту тепл опр о в о д но сти ее.
Радиационные
поверхности
на гр е ва
с овременных
п а р о г е не р а т ор ов
интенсивно о б о гр е ва ю тс я
топочным
ф а ке л ом . Пл о тн о ст ь теплового потока в них дост иг ае т
600— 700 квт/м2, а местные т епл о вы е потоки могут быть
е щ е выше. П о э т о му д а ж е к р а т к ов р е м е нн о е у худше ние
к оэ фф иц ие нт а т еплоотда чи от стенки к ки пя щей воде
приводит к столь з н а ч и т ел ь но м у росту т ем пе р ат ур ы
стенки т рубы (500—6 0 0 °С и в ы ше ), что прочность ме­
т а л л а м оже т о к а з а т ь с я недостаточной, чтобы в ы д е р ж а т ь
возникшие в нем н а п р я ж е н и я . С л е дс т ви ем этого я в л я ­
ются п ов р е ж д е ни я м е т а л л а , х а р а к т е р и з у ю щ и е с я п о я в ­
лением отдулин, свищей, а нередко и р а з р ы в о м труб.
П р и резких т е мп е р а т у р н ы х к о ле б ан ия х в стенках
п а р о о б р а з у ю щ и х труб, которые могут иметь место в п ро ­
цессе э к с п л у а та ц и и п ар о г е н е р а т о р а , н ак ипь о т с л а и в а е т ­
ся от стенок в виде хрупких и плотных чешуек, которые
за но с ят с я потоком ц и рк у л и р у ю щ е й воды в места с з а ­
медленной цир ку ля цие й. Т а м происходит о с а ж д е ц и е их
в виде бес по рядо ч но г о скопления кусочков р аз лич ны х
величин и ф о рм ы, с ц е ме нт и р о в а нн ы х ш л а м о м в более
или менее плот ные о б р а з о в а н и я . Если в п а р о г е не р ат о ре
б а р а б а н н о г о типа имеются г о р из он т ал ь ны е или с л а б о ­
н ак ло н ны е участки п а р о о б р а з у ю щ и х труб с вялой ц и р ­
к уля цие й, то в них обычно происходит ско пле ние о т л о ­
жений рыхлого ш л а м а . С у ж е н и е сечения д л я прохода
воды или по л на я з а к у п о р к а п а р о о б р а з у ю щ и х труб при69
водит к н а р у ш ен ию ци ркуляции. В так н а з ы в а е м о й пе ре ­
ходной зоне прямоточного п а р о г ен ер а т о ра докритического д а в л е н и я , где ис па ря ют ся последние остатки влаги
и о с у щ е с т в л я ет с я н еб ол ьшо й перегрев па р а, о б р а з у ю т с я
о т л о ж е н и я соединений ка л ьц и я, магния и пр одукт ов
корроз ии. П р и этом на по л у пе р им е тр е п а р о о б р а з у ю щ е й
трубы, о б р а щ ен н ом в топку ( «о г не ва я» с т о р о н а ) , о т л о ­
жений в 2— 3 р а з а б оль ше , чем на ее стороне, п р и л е ­
г а юще й к стенке топочной к ам е ры ( « ты л ь н а я » с то ро на ).
Поскольку
пр я мо т оч ный
п а р о г е н ер а то р
является
э ф ф е к т и вн ой л о в у шк о й т р уд н о р ас т в о р и м ы х соединений
к ал ь ци я , магния, ж е л е з а и меди, го при повышенном
с о д е р ж а н и и их в пита те льной воде они б ыстро н а к а п л и ­
в ают ся в т рубной части, что з н ач ит ел ьно с о к р а щ а е т
п р о д о л ж и т е л ь н о с т ь р а бочей к ам п а н и и п а р ог е не р ат о ра .
Д л я того чтобы обеспечить м и н и ма л ьн ые о т л о ж е ни я
ка к в з она х м а к с и м а л ь н ы х т епловых н а г ру зо к п а р о ­
о б р а з у ю щ и х труб, т ак и в проточной части турбин, не­
об хо дим о строго п о д д е р ж и в а т ь э к сп л у а т а ц и о н н ы е н ор­
мы допу сти мо г о с о д е р ж а н и я в пи та те ль но й воде тех или
иных примесей. С этой це ль ю д о б а в о ч н а я п и т ат е ль на я
вода п од в ер г ает ся г лубокой химической очистке либо
д и с ти л ля ц ии на в о д опо дг от ов иг е ль ны х у с т а н о вк ах (см.
§ 6-12). О д н а к о этого недостаточно, т а к как опа сным
источником
загрязнения
к он де нса та турбин накипео б р а з о в а т е л я м и и н а т ри ев ы м и соединениями я в л яю т с я
присосы о х л а ж д а ю щ е й воды в паровое прос тр анс тв о
ко н де н са т ор а через неплотности ( места в ал ьцо в к и или
пр и ва р ки труб) или через с кв о зн ые ко р р о з ио нн ые свищи
и т ре щи н ы на с т ен ка х т р убн ых пучков. П о э т о м у в п ро ­
цессе э к с п л у а т а ц и и Т Э С т ре буется у д е ля т ь б ольшо е
в н и ма ни е по с т оя нно му п о д д е р ж а н и ю высокой г ер ме ти ч ­
ности ко н де нс ат ор а.
Д л я борьбы с по с ле дст вия ми з а г р я з н е н и я ко нденсата
турбин со л ями ж ес тко ст и вследствие присосов в ко н де н­
са то ре на Т Э С с п а р о г е н е р а т о р а м и б а р а б а н н о г о типа
пи т ат е л ь н а я и к о т л о в а я вода под ве р г ают ся с ис т е м а т и ­
ческой ко р ре кционной о б р а б о т к е р а з н о о б р а з н ы м и р е а г е н ­
т а м и ( ф о сф а ты , ко мп лек со ны и д р .) , о бе сп ечив аю щи ми
в ы па д ен ие н а к и п е о б р а з о в а т е л е й в ф ор м е л е г к о п о д в и ж ­
ного н е п р и ки п а ющ е г о ш л а м а , выв о д имо го из п а р о г е н е ­
р а т о р а с по мо щь ю его пе риодической продувки (см.
гл. 5). В ы яв ил о сь , что в условиях к онде нса тног о п и та ­
ния п а р о г е н е р а т о р о в с ма лой д о ба в ко й химически обес70
голенной природной воды либо д и с ти л ля т а ис парите ле й
основной с о ст а в л я ю ще й о тло же ни й на всем про тя же ни и
иодо-парового т р а кт а я в л я ю т с я продукт ы корроз ии к о н­
струкционных м ате ри ало в .
На Т ЭС с п а р о г е н е р а т о р а м и б а р а б а н н о г о типа для
п р е д о тв р а щ ен и я ж ел е з о о к и с н ы х и ме дноокис ных н а к и ­
пей м оже т быть успешно пр и мен ена к о р р е к ци он н а я о б р а ­
ботка котловой воды г е к с а м е т а ф о с ф а т о м н ат р ия или
комплекс она ми.
Н а э н е р го б ло ка х с п ря м от о чн ым и п а р о г е н е р а т о р а м и
в связи с исключи те ль н о высокими т р е б ов а ни я м и , п р е д ъ ­
я в л я е мы м и ими к качеству пи та те льно й воды, д о лж е н
быть обеспечен в о з м о ж н о более полный вывод окислов
ж е л е з а , меди и др угих со пу т ств ующих примесей из
водо- парового цикла эн ергоблоков. Это д о ст иг ае тс я пу ­
тем глубокой очистки всего ко нд ен са т а па р а, п р о ш е д ­
шего через т урбину, а т а к ж е ко н де нса то в гре юще го п а ­
ра ре ге не ра тивног о и т е п ло фи к ац и он но г о п од о г р е в а т е ­
лей (см. гл. 9).
В целях п р е д о т в р а щ е н и я о б р а з о в а н и я на кипн ых о т ­
л о ж е н и й в т е пл о фи к ац и он ны х сис те мах по дпиточна я
вода
п од в ер г ает ся
умя гче нию либо о м а г н и ч ив а ни ю
с п ос ле ду ющей термической ее д е г а з а ц и е й (см. гл. 6).
Н а многих э л ек тр о с т а н ц и я х д л я конде нса ц ии о т р а б о ­
т а в ше г о в турбине п а ра ис по льз уют ся о бо р от ны е систе­
мы технического в о д о с н а б ж е н и я с г р а д и р н я м и и брызг а л ь ны м и бас се йна ми. Ос но в ным отличием оборотной
системы от пр ямот очной я в л яе т ся у п а р и в а н и е в ней ц и р ­
к у ли р ующ ей воды, в ы з ы в а ю щ е е в о з р а с т а н и е к о н ц е н т р а ­
ции р а ств ор ен ны х в ней н а к и п е о б р а з у ю щ и х веществ, что
приводит к о б р а з о в а н и ю плотной накипи на о х л а ж д а е ­
мых поверхностях. Пр ис у т ств ие в ци рку ля ц и он н ой воде
м и к р о о рг а н из м о в способствует о б р а з о в а н и ю на' о х л а ­
ж д а е м ы х поверхностях специфических о т ло ж ен ий б и о ­
логического х а р а кт е р а .
Н а л и ч и е о т ло ж ен ий на внутренних поверхностях ко н­
д ен с ат ор н ых труб, о м ы в а е м ы х
о х л а ж д а ю щ е й водой,
у х у д ша е т те пл оо тд ачу в к он де нса то ре и у м е нь ш а е т п ро ­
ходное сечение труб. И з - за этого по в ыш ае тс я т е м п е р а ­
тура па р а внутри кон де н са т ор а , а вследствие роста
г и д ра вли че ск ог о с опрот ивле ния системы у м е н ьш а ет ся
р а схо д о х л а ж д а ю щ е й воды и соответственно п о в ы ш а е т ­
ся ее нагрев. О б а эти процесса, в за им н о ус ил ив а я друг
д руга , у х у д ш а ю т в ак уу м и у в е л ич ив а ют у дельный р а с ­
71
ход п а р а на в ы ра б о т а н н ы й ки ловатт- час, что с ни ж а е т
эко но мич но с т ь т ур боа гр е га тов .
В целях постоянного п о д д е р ж а н и я но р ма л ьн ог о в а ­
ку ум а в к о н де н са т ор а х и п ре д о тв р а щ е н и я тем с а м ым
с н и ж е н и я к. п. д. т урбинной установки на Т Э С п р ов о ­
дится э ф ф е к т и в н а я б орьба с не орг аниче скими и б и о л о ­
гическими з а г р я з н е н и я м и к он де нса то рны х т ру б с п р и ­
менением химических ( ф о с ф а т ир о ва ни е,
подкисление,
х л о р и р о в а н и е ) , б е з р еа г ен т н ых ( о м аг ни ч ив а ни е ) и т е р ­
мических методов о б р а бо т ки о х л а ж д а ю щ е й воды.
К а к пр а в ило , в нутренние поверхности вновь с мо нт и ­
р о в а нн ых па ро г ен ер а то р ов , о б ор у д о в а н и я и т р у б о п р о ­
водов т р а к т а пита те льной воды б ы в аю т з а г р я з н е н ы
р жа в ч и н о й , окал ин ой,
с ва р оч н ым
гратом,
маслами
и т. п. Кол иче ств о этих з а г р я з не ни й с ос та в ля е т в с р е д ­
нем 200— 250 г /м 2, но иногда оно д ост иг ае т 350 г /м 2
и более. У к а з а н н ы е з а г р я з н е н и я в оз ни к аю т в процессе
технологического с о з д ан и я и м о н т а ж а п а р о г ен ер а то р а
и в с по м о г ат ел ьн ого о б о р у до в а ни я ( пр о к а т труб, ковка
б а р а б а н о в , от жиг , гибы, с в а рк а, в а л ь ц о в к а и т. д.),
а т а к ж е в р е зу л ь т а т е а тм ос ф ер но й коррозии во в ремя
т р а н с п о р т и р о в а н и я и х р а не ни я на м о н т а ж н ы х п л о щ а д ­
ках не достаточно г е р м е т и з ир о в а нн ых и п ас с ив и р о в а н ­
ных э л е м е нт о в а г р ег ат о в и трубопроводов.
П у с к и н а л а д к а з а г р я з н е н н ы х п ар о г е не р а т о р о в и
т р а к т а пита т ель ной воды н е и з бе жн о п р и во дя т к о п а с ­
ному п ов ыше нию т е м п е р а т у р ы стенок п а р о о б р а з у ю щ и х
и п ер е г р е в а т е л ь н ы х труб и к заносу проточной части
турби ны к р е м н ек и сл ы ми с оединениями и о к и сл ам и ме­
т алл ов . П о э т о м у вновь с м он т ир о в а нн ы е п а ро г ен ер а то р ы
и т р а к т пита те льной воды п о д ве р га ют с я предпусковой
химической очистке до н а ч а л а их н а л а д к и и пробной
э к сп л у а та ц ии . П р е дп у с к о в у ю очистку толь ко в том с л у­
чае м о ж н о п р и з на т ь у до вле тв о р ит ел ьной, если о с т а в ­
шиеся н ео тм ыты е о т л о ж е н и я р а в но м ер но р а сп ре д ел е н ы
на поверхности м е т а л л а и не п р е в ы ш а ю т 50 г /м 2 д ля
п а р о г е не р ат о ро в высокого д а в л е н и я (в. д.) и не более
20— 25 г /м 2 д л я п ар о г е н е р а т о р о в с. к. д.
В ы я в ле но , что д а ж е при н о р м а л ь н о м водном р е жи м е
Т ЭС и со бл юде нии у ст ан о вл ен н ых норм качества п и т а ­
тельной и котловой воды о т ло ж ен ия , п ре иму ще ст ве нно
с о сто я щие из п ро ду кт ов корроз ии, все ж е постепенно
н а к а п л и в а ю т с я в п а р о г е н е р а т о р а х и ре ге не ра ти вных по­
д о г ре в ат е ля х. Эти о т л о ж е н и я з а ч а с т у ю о т ли ча ютс я по-
ристостью, иногда они имеют рых лу ю структуру: в их
состав входят г ла вны м о б р аз о м г и д р а т и р о в а н н ы е о ки с­
лы ж е л е з а (двух- и т р ех в а л е н т н о г о ) , а иногда и окислы
меди. Улу чше ние каче ств а ко н де нса то в и питательной
поды з а м е т н о о с л а б л я е т * п р о ц е с с о б р а з о в а н и я э к с п л у а ­
тационных
о тло же ни й на поверхности
паро с ил ов о г о
о б ор у до в ани я, но полностью его не у с траняет. С л е д о в а ­
тельно, в целях обеспечения должной чистоты по в ер х н о ­
сти н а гр е в а необходим о н а р я д у с о д н о р а зо в о й п р е д п у ­
сковой очисткой проводить также периодические э к с ­
плуатационные очистки основного и вспомогательного
о б о р уд о ва н и я и притом не только при наличии система­
тических гр у б ы х наруш ений установленного во д н ого
режима и при недостаточной эффективности п роводим ы х
на ТЭС противокоррозионных мероприятий, но и в у с л о ­
виях норм альной эксплуатации ТЭС. П р о ве д е н и е экс­
плуатационных очисток особенно необходим о на э н е р г о ­
б л о ках с прямоточными парогенераторами.
Н а о сновании многолетнего опыт а п ри мен ения х и ми ­
ческой очистки п ар о ге н е р а т о р о в и п а р о во д ян ог о т р а к т а
на отечественных и з а р у б е ж н ы х э л е к т р о с т а н ц и я х у с т а ­
новлено, что т щ а т е л ь н о пров ед енные пов торные ки сл от ­
ные очистки пр ак тиче ски б ез опасны.
3-2. СОСТАВ, СТРУКТУРА И ФИ З ИЧЕС К ИЕ СВОЙСТВА
О Т Л О ЖЕ Н И Й
О т л о ж е н и я на пове рхност ях н а г р ев а б ы в а ю т весьма
р а з н о о б р а з н ы м и по х имиче скому составу, структуре,
плотности и к оэ фф иц ие нт у теплопроводности. Н а р я д у
с р ы х л ы м и пористыми о т ло ж е н и я м и , подобными пемзе
или туфу, в с тр еч ают ся о т л ож е ни я, кот орые по твердости
и прочности связи с м е та л л о м н а п о м и н а ю т эм а л и. Р а з ­
но об р аз ны т а к ж е состав и физич ес кие свойства к о т е ль ­
ного ш л а м а .
О б р а з у ю щ и е с я в п а р о г е н е р а т о р а х о т л о ж е н и я могут
быть по своему х имиче скому составу п о д р а з д е л е н ы на
три
основные
группы:
1) щ е л о ч н о з е м е л ь н ы е ;
2 ) ж е л е з н ы е ; 3) м е д н ы е.
В п е р в у ю г р у п п у вход ят к а л ь ц и е в ы е и м аг ни е­
вые накипи ( ка р б о н а т н ы е , с у л ьф ат н ы е ,
сил ик атн ые ,
ф о с ф а т н ы е ) , в составе которых п р е о б л а д а ю т (до 9 0 % )
СаСОз, С а 5 0 4, С а 5 Ю 3, 5 С а О • 5 5 Ю 2 • Н 20 ,
С а з ( Р 0 4) 2,
М д ( О Н ) 2.
73
В о в т о р у ю г р у п п у вхо дят же л ез о о к и с н ы е РегОз,
Ре 30 ^ ж е л е з о ф о с ф а т н ы е Р е 3( Р 04)г, N а Р е Р 04 и ж е л е з о ­
с и л и к а т н ы е ЫагО • РегОз • 5 Ю г накипи.
В т р е т ь ю г р у п п у вхо дят о т л о ж е н и я м е т а л л и ч е ­
ской меди и окислы меди С иО , СигО.
Карбонатная
н а к и п ь о т к л а д ы в а е т с я обычно
в ф о р м е плотных к ри ст ал лич ес ких от ло же ни й на тех
поверхностях на г ре в а или о х л а ж д е н и я , где отсутствует
кипение воды, а среда н е ш е ло чн ая . Этими по в е рх н ос тя ­
ми я в л я ю т с я в од ян ые э к он о ма й з е р ы , кон де нса т оры т у р ­
бин, в од оподо г ре ва те ли , п и т ат е ль ны е тр у бо пр о в о ды, т еп­
л о в ы е сети и др. В усл ов ия х ж е кипения щелочной воды
(в п а р о г е н ер а т о ра х , и с п а р и те л ях ) С а С О з о бычно в ы п а ­
д ае т в ф о р м е н е п р и ки п а ющ е г о ш л а м а .
С у л ь ф а т н а я н а к и п ь о б л а д а е т б о ль ш им и т ве р­
достью и плотностью.
Силикат
кальция
о б р а з у е т т в ер ду ю накипь,
крепко п р и с т а ю щу ю к ст енка м поверхности нагрева.
Сложные
с и л и к а т н ы е н а к и п и имеют р а з ­
н оо б ра зны й м и н ер а ль н ый состав, т ак ка к к р е м н ие в ая
кислота о б р а з у е т накипи не т о ль ко с к ат ио на ми к а ль ц ия
и ма гния, но и с к ат и о н ам и на тр ия , ж е л е з а и а л ю м и н и я
( н а т р о ф е р р о с и л и к а т ы и н а т р о а л ю м о с и л и к а т ы ) . В со­
с т ав е с л о ж н ы х с ил ик а тн ых на кипе й с о д е р ж и т с я до 40—
50% кре мние вой кислоты, 2 5 —3 0% окислов ж е л е з а , ме­
ди и а л ю м и н и я и 5— 10% окиси на т рия . К о л ич ес тв о же
соединений щ е л о ч н о з е м е л ь н ы х м е та л л о в в этих о т л о ж е ­
ниях обычно не п р е в ы ш а е т нескольких процентов. Эти
с л о ж н ы е б е с к а л ьц ие в ы е с и л и к ат н ы е накипи х а р а к т е р и ­
зу ютс я р а з н о о б р а з и е м с тр укт ур — от пористых и комковых о т ло ж ен ий до т ве рды х и плотных о б р а з ов ан и й,
ровным слоем п о к р ы в а ю щ и х м е та л л и ч е с к у ю п о в е рх ­
ность.
П р и повыше нно м с о д е р ж а н и и ф о с ф а т о в и ж е л е з а
в котловой воде и низкой щелочности последней на
в нутренних пове рхност ях п а р о о б р а з у ю щ и х тр у б о т к л а ­
д ы в а ю т с я р ых лы е ж е л е з о ф о с ф а т н ы е накипи Р е з ( Р 0 4) 2,
К ' а Р е Р О ^ которые при о б ст ук ив а нии труб с р а в нит е ль но
легко о т в а л и в а ю т с я от стенок. Х а р а к т е р н ы м д л я же ле з о ф о с фа т н ы х накипей я в л яе т ся р а в н о ме р но е р а с п р е д е ­
ление их по всей д ли н е трубы.
Н а внутренней поверхности э к р а н н ы х тр у б в зонах
н а и бо л ьш и х т е м п е р ат ур ф а к е л а ,
характеризующихся
высокими местными т епл о вы ми н а г р у з к а м и , о т к л а д ы в а ­
74
ются же л ез о о к и с н ы е накипи г л а в н ы м о б р а з о м в форме
магнетита Ре 30 4. А н а л и з отло же ний , о т о бр а нн ы х с внут­
ренних поверхностей на г ре в а п а р о г е не р ат о ро в с. к. д.,
пок азыв ает , что они на 95— 9 8% состоят из соединений
же ле за . В же л ез оо к ис ны * н ак ипя х нередко присутствует
ра вно ме р но р а с п р е д е л е н н а я в т о лщ е слоя о тло же ни й
м е та л ли ч ес ка я медь.
При повыше нно м с о д е р ж а н и и соединений меди в пи­
та тельной воде на у ч ас т ка х п а р о о б р а з у ю щ и х т руб
с плотностью теплового потока, равной или бо ль ше й
230 квт/м2, или в местах г лубокого у п а р и в а н и я к о т л о­
вой воды о т к л а д ы в а е т с я и прочно пр ис та ет к м е т а лл у
слоистая накипь, одним из основных компоне нт ов кото­
рой я в л яе т ся м е та л л и ч е с к а я медь. В отличие от же ле з о окисных накипей р а с п р е д ел е н и е меди в т о л щ е медной
накипи обычно таково, что верхний слой, о м ы в а е м ы й
котловой водой, с о д е р ж и т н а и б о л ьш е е количество м е­
т аллической меди (70— 90% веса пр о бы ) , а по с ле д ую­
щие слои накипи по мере п р и б л и ж е н и я к внутренней
поверхности т рубы с о д е р ж а т все меньший процент меди
(10— 2 5 % ) при о дно вр еме нно м в озр а ст ан ии количества
окислов ж е л е з а , кремниевой кислоты, ф о с ф а т о в к ал ь ци я
и других компонентов.
Н а к и п и в б оль шин ст ве с лу ч ае в имеют с м е ша н ны й
х а ра к т е р , иногда со з н ач и те л ьн ым п р е о б л а д а н и е м о ки с­
лов ж е л е з а , меди, ф о с ф а т о в к ал ь ци я , ж е л е з о- и а л ю м о ­
с ил ик а то в и других компонентов. В процессе э к с п л у а т а ­
ции п ар о г е н е р а т о р а при изме нен ия х его г и д р о д и н а м и ч е ­
ского и т еплового р е жи мо в , с в яз а н н ы х с ростом н а г р у з ­
ки, в о з м о ж н о о б р а з о в а н и е на стенках п а р о о б р а з у ю щ и х
труб временных н ат рие вы х о т ло же ни й N 82804, Ыа 25 Ю 3,
ЫаС1, которые, будучи х орошо р а с тв о р и м ы м и в воде,
полностью в ы м ы в а ю т с я со стенок тр уб п ар о г е не р а т о р а
при его ост ано ве л иб о резком с ниже нии нагрузки.
Н а х о д я щ и е с я в котловой воде в зв е ше нны е частицы
у в е лич ив ают ся в р а з м е р е за счет к р и с т а л л и з а ц и и на их
поверхности веществ из котловой воды, а т а к ж е в з а и м ­
ного сцепления, о б р а з у я на внутренних поверхностях
п ар о г е не р а т о р а илистые ш л а м о в ы е о т ло ж ен ия . В состав
котельного ш л а м а в х о д яг уг ле кис лый ка ль ц ий С а С 0 3,
г и д р о к а р б о н а т м аг ния М § ( О Н ) 2 - М § С 0 3, ф о с ф а т м а г ­
ния М § з ( Р О / , ) 2, г ид р ок с и л а п а т и т С а ю( Р О / 1) б ( О Н ) 2, о ки с­
лы ж е л е з а Р е 20 3, Р е 30 4, окислы меди СиО, С и 20 , о р г а ­
нические ве ще ст ва и т. д. П р и на лич ии в котловой воде
75
к ремниевой кислоты гидроокись ма гния в ступает с нею
в соединение, о б р аз у я при этом серпентин, который
обычно в ы п а д а е т в ф о р м е высокодисперсного ш л а м а :
З М в ( О Н ) а+ 2 5 Ю 2= З М е О ■2 5 Ю 2 • 2 Н 20 + Н 20 . (3-2)
С л ед уе т р а з л ич а т ь:
а) ш л а м ы , не п р и к и п а ю щ и е к пов е рх но ст ям на гр е ва
и поэтому с р а в н и те л ьн о л ег ко в ы в од и мы е н а р у ж у во
в ре мя р а бо т ы п а р о г е н е р а т о р а путем пе риодической п р о ­
дувки последнего; к числу их от нос ятс я г ид р ок си ла па тит и серпентин, а т а к ж е к а р б о н а т к а ль ц ия в щелочной
среде;
б) ш л а м ы , способные при известных усл ов ия х при­
ки п ат ь к по ве рх н ост ям на гр е ва и я в л я ю щ и е с я м а т е р и а ­
лом д л я о б р а з о в а н и я т ак н а з ы в а е м ы х вторичных н а к и ­
пей; к числу п ри к ип а ющ и х ш л а м о в могут быть отнесены
г идроокись м аг ния и ф о с ф а т о - м а г н е з и а л ь н ы е с ое ди не ­
ния. О т с юд а следует, что одной из важных за д а ч о р г а ­
низации р а ц и о н а л ьн ого в о д н о го режима парогенерато­
ров с многократной циркуляц ией является создание
в котловой во д е таких условий, при которых накипеобразователи, проникаю щ ие в парогенератор с питаТаблица
3-1
Средние з н а ч е н и я ко э ф ф и ц и е н т о в т еп л о п р о в о д н о с т и для
р а з л и ч н ы х в ид о в н а к и п и
Вид накипи и ее химический состав
Накипь, с о д ер ж а щ а я масло
Силикатная накипь (с содерж ани­
ем 5 Ю 2, равным 20— 2 5 % и
выше)
Гипсовая накипь (с содержанием
С а 5 0 4 до 50% )
Карбонатн ая накипь (с с о д е р ж а ­
нием С а С 0 3+ М § ;С 0 з
больше
50%)
Смешанная накипь, с о стоящ ая из
гипса, карбонатов и силикатов
кальция и магния
*
1 ст/(м>*С )= 0 ,8 6 ккал/(м ч °С)
Х арактер о тл о ж ен ий
Коэффициент
теплопровод­
ности,
вт/(м-°С)*
Твердая
0,116—0,175
0,058—0,232
Твердая, плотная
0,580—2,900
От аморфного
порошка до
твердого к о т е л ь ­
ного камня
Твердая, плотная
0,580—7,000
0 ,8 0 0 — 3,5 0 0
тельной водой, вы д еля ли сь бы только в ф орме шлама,
неспособного прикипать к стенкам труб и у д а л я е м о го
из парогенератора с продувочн ой водой.
Т епл о из о л и ру ющ ие свойства о т ло же ни й х а р а к т е р и ­
зуются с л еду ющи ми ф и з и ко - ме хан ич еск им и п о к а з а т е л я ­
ми: с т р у к т у р а
(пористость), т е п л о п р о в о д ­
н о с т ь , т о л щ и н а и с и л а с ц е п л е н и я их с п о ­
верхностью металла.
С т р у к т у р а накипи, х а р а к т е р и з у ю щ а я с я ее по р и­
стостью и твердостью, за вис ит от условий и кинетики
о б р а з о в а н и я о тложе ний. Т в ер до ст ь и пористость о т л о ­
же ний
являются
п о к а з а т е л я м и , по кот орым м о ж н о
судить о трудности у д ал е н и я их с п ом о щь ю скребков,
ш а р о ш е к и других механических способов. Т е п л о п р о в о д ­
ность о т ло же ни й я в л яе т с я в а ж н о й
хара кт ер ис тико й ,
о п р е д е л яю щ е й н а д е жн ос т ь и эк ономичность р аботы п а ­
р о ге не ра то р ов и т епл оо бм енн ых а п п ар а то в . Величины
к оэ фф иц ие нт ов т еплопроводности о т ло ж е н и й з а в и с я т от
их с труктуры и химического состава (табл. 3-1). Пл отн о
п р ис т ав шие к поверхности о т ло ж ен ия менее опасны, чем
с ла бо с ид я щи е , т а к ка к з азо р, о б р а з у ю щ и й с я м е ж д у
мета лл ич ес ко й стенкой и о т ло ж ен ия м и, сильно у в е лич и­
ва ет т ем пе р ат ур н ый н а ­
пор и прив одит к о п а сн о­
1000
му местному
перегреву
металла.
800
И з пр ив е де нных д а н ­
0 "
/
ных видно, что н а и б о л ь ­
-« л
§ 600
ш ую опасность п р е д с т а в ­
л я ю т с и л и к ат н ая накипь
400
и накипь,
про пит анна я
,
>4°
ма слом.
I 200
Н а рис. 3-1 и з о б р а ж е ­
1
2
3 . /
5
*
ны кривые,
характери­
Толщина слоя накипи,, м м
з у ю щи е влияние т олщин ы
и тепл опр ов од но с ти н а к и ­ Рис. 3-1. Зависим ость тем п е рат у­
ры стенки кипятильной трубы от
пи на т е мп е ра ту р у стенки
т олщ ины слоя накипи д л я разл ич­
парообразующей
трубы
ных значений коэффициента ее
теплопроводности.
п а р ог е не р ат о ра .
Приве­
риведенны е зн ачен и я тем п ератур вы ­
д енные кривые п о к а з ы в а ­ Пчислены
при следую щ их условиях: тем*
топочного
п ространства
ют, что дост ат очно н е з н а ­ п ература
1 100 °С; тем пер ату р а котловой воды
чительного по т олщине
‘200 СС; толщ ин а стенки трубы 5 м м \
эф ф ициент теплопроводности м етал ­
с лоя ( 0, 1 — 0,2 м м ) м а л о ­ ко
ла трубы 58 вт/м • °С; плотность тепло­
вого потока 174 квт/м 2.
т е плопроводной
накипи
I
77
на поверхности на и бо л ее т е п л о н а п р я ж е н н ы х эк р ан ны х
труб, чтобы т е м п е р а т у р а м е т а л л а на внутренней по ве р х­
ности стенки до ст иг ла 500 °С и больше. Т е м п е р а т у р а н а ­
р у ж н о й поверхности стенки т рубы при этом еще на 30—
40 °С выше, что з а с р а в нит е ль но короткий период ра бо ты
п а р о г е н е р а т о р а прив одит к о т ду л и н а м и р а з р ы в а м п а р о ­
о б р а з у ю щ и х труб.
3-3. О Б Р А З О В А Н И Е О Т Л О Ж Е Н И Й НА ВНУТРЕННИХ
ПОВЕРХНОСТЯХ НАГРЕВА ПАР ОГ Е НЕ РАТ ОР ОВ
С МНОГОКРАТНОЙ Ц И Р К У Л Я Ц И Е Й И Т Е П Л ОО Б МЕ НН И К О В
а) Условия образования твердой фазы из солевых
растворов
Со гл а сн о
с ов ре ме нным п ре д с т а в л е н и я м н а к ип ь и
ш л а м о б р а з у ю т с я в р е з у л ь т ат е ф из ико- химиче ских п ро ­
цессов, из к от ор ых основным я в л яе т ся процесс к р и с т а л ­
лиза ци и, х а р а к т е р и з у ю щ и й с я в ыд ел ени ем твердой ф а з ы
из мног ок омп оне нт ных с оле вых растворов. Выд ел е н ие
тв е рдо й ф а з ы из р а с т в о р а солей при его н а г р е в а ни и и
кипячении м о ж е т происходить р а з л ич н ы м и путями. Н а ­
пример, из п ер е сыщен но го р а с тв о ра солей могут с н ач а ла
о т л а г а т ь с я на о т де льны х у ча ст ка х поверхности м е т а лл а
пе рв ичные з а р о д ы ш е в ы е к р и с та л лы , которые за те м
у кр у п н я ют с я и р а з р а с т а ю т с я . О б р а з о в а н и е на по ве р х­
ности м е т а л л а первичных к р и с т а л л о в накипи, я в л я ю ­
щи хс я своего р ода с в я з у ю щ и м звеном м е ж д у м е та л ло м
стенки и слоем по с ле д ующ их т ве рдых о т ло же ний , м о­
ж е т б ыт ь о б ъяс не но тем, что поверхность м е т а л л а о б л а ­
д а е т ше ро хо ва т ос т ью. Мно го чис ле нные бугорки на этой
поверхности п р е д с т а в л я ю т собой центры к ри с та л л и з а ц и и
твердой ф а з ы из п ер ес ыщен но го р а ств ор а. К р о м е того,
с ледует иметь в виду, что поверхность на г ре в а обычно
п о к ры та слоем окислов, который выпо лня ет р оль ц е м е н ­
т ир ую щ ей прослойки м е ж д у м е та л л о м и о тл ож е ни я м и,
к р и с т а л л и з у ю щ и м и с я из р а ств ор а.
К типичным накипеобразователям могут быть отне­
сены сернокислый кальций, силикат кальция и сложные
алюмоферросиликаты.
О б р а з о в а н и е котельного ш л а м а происходит в р е з у л ь ­
т а те в ыд ел ени я в т о лщ е п ер ес ыщен но г о р а ств ор а к а л ь ­
циевых и маг ниевых солей з а р о д ы ш е й твердой ф а зы ,
п р е д с т а в л я ю щ и х собой многочисленные центры кристал78
л иза ции солей. Н а этих ц ен тр а х о т к л а д ы в а ю т с я по сл е­
д у ющие м ол еку л ы
к р и с т а л л и з у ю щ е й с я соли, причем
первые вследствие этого растут, пе ре ход я постепенно из
с убмикроскопических
размеров
в микроскопические.
С т а вши й т а ким о б р аз о м в ид им ым о с адо к имеет а м о р ф ­
ное или скрытое к ри ст ал лич ес ко е строение; д а л е е ч ас т и ­
цы с л ив а ют с я и с течением времени о б р а з у ю т к р и с т а л ­
лические или х ло пь е вид ны е осадки. Тип ичн ыми ш ла м оо б р а з о в а т е л я м и я в л я ю т с я с и л ик а т м аг ния ( се рпе нт ин) ,
г и д р о кс ил а па т ит и к а р б о н а т к а л ь ц и я
(в щелочной
среде).
Одни в ещества, в ы д е л я я с ь из р а с тв о ра в виде т в е р ­
дой ф а з ы , к ри с т а л л и з у ю т с я на горячих ( н а г р е в а е м ы х
с н а р у ж и ) пове рхност ях н аг р ев а , др угие — на холодных
(охлаждаемых
снаружи)
пове рхност ях
охлаждения,
о б р а з у я в том и д ру гом с лу ча я х прочную и плотную
накипь; третьи в ы п а д а ю т в т о лщ е воды в виде в з в е ш е н ­
ных ш л а м о в ы х частиц. Ес ли
кристаллизация
солей
происходит непосредственно на поверхности н а г ре в а или
о х л а ж д е н и я и при этом о б р а з у ю т с я т ве р ды е о тл ож ен ия ,
то та кое я в л ен ие н а з ы в а ю т п е р в и ч н ы м п р о ц е с с о м
накипеобразования.
Вторичный
процесс
н а к и п е о б р а з о в а н и я х а р а к т е р и з у е т с я тем, что вы­
п а в ш ие в на ч а л е в т о лщ ин е котловой воды в зв е шен ны е
ч астицы о с а ж д а ю т с я и за те м о б р а з у ю т прочно с це пл е н­
ные с пов е рхност ью на гр е в а в торичные о т ло же ни я .
Р а с с м о т р и м у словия п р о т е ка н ия процесса о б р а з о в а ­
ния накипи при п ар о о б р а з о в а н и и , когда конце нт ра ции
прису тс тв ующих в котловой воде ионов постепенно в о з­
ра ста ют. В на с ыщ енно м р ас тв о р е т р у д н ор ас т во р им о го
ве ще ст ва произв еде ние конце нт ра ци и ионов д ост иг ае т
величины пр ои зв еде ни я р ас тв ор и мо с ти П Р , х а р а к т е р и ­
з у ю ще г о предел р а с тв ор им ос ти д а н но г о ве ще с тв а при
д анной т е м п е р а т у р е и з а в и с я щ е г о иск лючите льно от
т е мп е р а т у р ы и химической пр ир о ды вещества.
Ес ли через КА о бо зна чи ть т р у д н о р а с т в о р и м у ю соль,
в которой К + о б о з н а ч ае т катион, а А - — анион, то д ля
н ас ыщ енно г о р а с тв о ра этой соли имеет место с ле ду юще е
равенство:
С к+С а - = , / 7 Р ка.
(3-3)
З д е с ь С к + и С А- о б о з н а ч а ю т к он це нт ра ци и с о от вет ­
ственно катиона и а ниона , в ы р а ж е н н ы е количеством
г р а м м- и о но в их в к и л о г р а м м е (г-ион/кг) рас тв ор а.
79
П ро и зведен и е растворимости П Р для данного со еди ­
нения и данной температуры является величиной по­
стоянной; оно изменяется с изменением температуры.
Е сл и С к +С а ~ < П К к а , то р ас тв ор не на сыще н и о с а ­
док в ы п а д а т ь не будет; при С к +С а ~ > П К ка не и з бе жн о
в ы па д ен ие ос адка . Д л я н а с ы щ е н н ы х р ас тв ор ов с ерно­
кислого, у г ле кис ло го и к ре мн ек ис ло го к ал ь ци я х а р а к ­
терны с л е д ую щ ие р ав енства:
С Саг+С502—“
^С аЗО .’
'
(3' 4)
ССа2+ СС02- = П Р СгСОг '
(3' 5)
ССаг+ С5ю | - = П Р Са$10, *
(3_6)
Вы па д е н и е из р а ст во р а д ан н ой соли на чина ет ся
толь ко в том случае, когда про изв еде ни е конце нт ра ци и
ионов, в х о д ящ и х в ее состав, п р е в ы ш а е т з на че ние п р о ­
изве де ния рас тв ор имо с ти д л я д ан н ой соли. И з у р а в н е ­
ния (3-3) следует, что с увеличением к он це нт ра ци и
одного иона к он ц ен т р а ц и я другог о иона д о л ж н а у м е н ь ­
ш ат ь с я , т а к к а к величина п рои зв еде ни я рас тв ор имо с ти
д ля д а н но й т е мп е р а т у р ы ост ае тс я без изменений. Если
к н а с ы щ е н н о м у р а ст во р у к ак ой- либ о соли при ба в ит ь
э л е к т р о л и т с тем же , что и в растворе, ка тио но м или
а нионом, то р а в но в ес ие р а с т в о р а пе ре ме ститс я в н а п р а в ­
лении у м е нь ш ен ия р ас тв о р и мос ти д ан н ой соли с в ы д е ­
л ение м и зб ы т к а ее в т в ерду ю ф аз у. Н а п р и м е р , в с лучае
п р и б а в л е н и я к н а с ы щ е н н о м у р а с т в о р у СаЗО.; э л е к т р о ­
л и т а ЫагЗСХ или С а С Ь р ав но в ес ие о к а ж е т с я на р уш е нн ым
в сторону у м е нь ш ен ия р ас тв о ри мо с ти С а 304 ; после в ы ­
д е л е н и я избыт очног о количе ст ва его в т в ер ду ю ф а з у
ус т ан ов ит с я новое с ос тоя ние р ав но в ес ия при н еи зм е н­
ном П Р сазоч но с изме нение м кон ц ен т ра ци й ионов С а 2+
и 5 0 42б ) Условия образования щелочноземельных накипей
Щ е л о ч н о з е м е л ь н ы е н а к и п и о б р а з у ю т с я в тех
сл уча ях , когда в по д ог р ев а ем ой или ис па ря е мо й воде
о дно вр ем енно н а х о д я т с я ка тионы С а ^ и М § 2+ и а нионы
С03 , 504
и 5 Ю 3~ , с к от оры ми они о б р а з у ю т т р у д н о ­
р а с т в ор и мы е соединения: С а С 0 3, М § ( О Н ) г , С а З О ^
С а ( Н С О з ) г , М д ( Н С 0 3) 2, С а 5 Ю 3, М д 5 Ю 3, М § С 0 3.
80
Эти соединения в ы д е ­
л я ют с я в т в ер ду ю ф а з у
и р е з ул ьт ат е физических и
химических
процессов.
К физическим процессамотносится постепенное п о ­
вышение
к он це нт ра ци и
солей в ко тловой воде при
п р о д о л ж ит е ль но м ее в ы ­
паривании, в р е з у л ьт ат е
чего на с ту па е т
момент,
когда д о ст иг ае тс я предел
р ас тв о ри мо с ти т р у д н о р а с ­
Температура кипящей воды, °С
т во р имых солей и пр ои с­
ходит в ы дел ени е их в т в е р ­
Рис. 3-2. Рас тв о рим ос ть С а 5 0 4
в зависимости от тем пер атур ы в о ­
дую ф а з у из п е р е с ы щ е н ­
д ы на линии насыщения.
ного р а ств ор а.
® — по данн ы м
П а тр и д ж а ; Д — по
К х имическим п р оц е с ­
данны м
Ш тр ау б а;
О — по данн ы м
Резн и к о ва (М Э И ).
с ам
накипеобразования
относятся с ле дующие:
а) т ермиче ский р а с п а д б и к а р б о н а т о в к ал ь ц и я и
магния:
С а ( Н С 0 3) 2— > С а С 0 3+ Н 20 + С 0 2;
(3-7)
М д ( Н С 0 3) 2— * М е С 0 а + Н 20 + С 0 2>
(3-8)
в р е з у л ь т а т е которого б и к а р б о н а т ы к а л ь ц и я и м аг ния
п р ео б р а з у ю т с я в менее р а с т в о р и м ы е к а р б о н а т ы к а л ь ц и я
и магния;
б) г ид ро лиз к а р б о н а т а ма гния, в р е з у л ь т а т е ко т ор о ­
го последний переводится в е ще менее р а с тв о р и му ю г ид ­
роокись ма гния:
М ё С 0 3+ 2 Н 20 — > М § ( 0 Н )2+ Н 2С 0 3;
(3-9)
в) ре акции в з а и мн о го о бме на , в р е зу л ь т а т е которых
о б р а з у ю т с я соли с ме нь ше й р а ст во ри мо с ть ю , на пр им е р :
СаС1 2+ Ыа 25 Ю 3— * С а 5 Ю 3+ 2ЫаС1.
(3-10)
Н е о б х о д и м о з а ме ти ть , что из пересы щ енны х раство­
р о в выделяются в твердую ф а з у в п е р в у ю очередь соли,
имеющие отрицательный температурный коэффициент
растворимости, которые откладываются на н аи б о лее
горяч их поверхностях н агр ев а.
81
Н а рис. 3-2— 3-4 пр ив е де ­
ны кривые, х а р а к т е р и з у ю ­
щие р а ст во ри мо с ть С а 504,
С а С О з и М § ( О Н )2 в з а в и с и ­
мости от т е м п ер а ту ры воды.
С к о ро ст ь о б р а з о в а н и я щ е ­
л оч ноз ем ел ьн ой накипи п р о ­
п о р ц и он ал ь на конце нт ра ции
100 150
го О 250
ЗОО^Г
ионов к ал ь ц и я и магния
„
л
.
п
^
™
в ра с тв ор
е ги резко возраг
г
Рис. 3-3. Раствор им ость С а С О з __Г ,
в зависимости от температуры
^ т с увеличением тепловоды на линии насыщен ия,
вой н аг ру зк и поверхности
наг ре ва :
Ы)= к5с 72,
(3-11)
м г/кг
где и) — с корость о б р а з о в а ­
ния накипи, м г/см 2 -ч; к —
к о э ф ф иц и ен т
п р о п ор ци о­
на льност и;
5 — концентра­
ция н а к и п е о б р а з о в а т е л е й в
котловой воде, м г/кг\
—
плотность т еплов ог о потока,
квт/м2.
Рис.
3-4.
Растворим ость
М 2 ( О Н ) 2 з зависимости от
тем пературы воды на линии
насыщен ия.
в)
Условия образования
ферро- и алюмосиликатных
накипей
Фе рр о- и а л юм о с и л и к а т ные накипи о б ра з у ю т с я на
в ыс о ко т е п л о н а п р я ж е н н ы х
п ове рхност ях п а р о о б р а з у ю ­
щих т ру б в р е з у л ь т ат е т опохимических р е акц ий веществ,
в х о д ящ и х в их состав и н а х о д я щ и х с я в тесном с опр и­
косновении. Х а р а кт е р этих ре акций с ущественно о т л и ­
ч ается от х а р а к т е р а р е акций, п р от е ка ю щи х м е ж д у теми
ж е в е ще с тв а ми , н а х о д я щ и м и с я в ра с тв ор ен но м состоянии.
О со бе нно ст ь ю их я в л я е т с я то, что д ля их пр от екания
вовсе не т ребуется п р и б л и ж е н и е к т е м п е р а т у р е п л а в л е ­
ния системы или хотя бы одного из ее компонентов:
в з а и мо д ей ст в ие м е ж д у в еще с тв а ми на чина е тс я з а д о л г о
д о перехода их в ж и д к у ю фазу.
В качестве п ри мер а м ож ет б ыт ь п ри ве де на р еакция
в за им од е йс т ви я о т л о ж и в ш е г о с я на поверхности нагрева
с и л а к а г а н а т р и я с о ки с ла ми ж е л е з а с о б р а з о в а н и е м
82
фе рро си л ик ат н ой накипи:
N агЗЮз Н- Р 62О 3—N 32 0 • РС2О 3 • 810г.
(3-12)
Р а с т в о р и м о с т ь о б р а з о в а в ш е г о с я с ил ик атн ог о с ое ди­
нения зна чит ел ьно нижеч. ра ст во р им ос ти с ил и к а т а н а т ­
рия. Б о л е е с л о ж н ы е а л юм о - и ф е р р о е и л и к а т н ы е накипи
о бр а з у ют с я в р е з у л ь т а т е п р о т е ка н ия р еа кц ий м е ж д у
тр емя и более веще ст ва ми.
г) Условия образования железоокисных
и ж елезоф осф атн ы х накипей
Ж е л е з о о к и с н ы е накипи о б р а з у ю т с я на на иб ол е е т е п­
л о н а п р я ж е н н ы х у ч а с т к ах п а р о о б р а з у ю щ и х труб за счет
окислов ж е л е з з , п о п а д а ю щ и х в ко тл о ву ю во д у при
р а з р у ш ен и и слоя пр о ка тн о й о к а л ин ы и р ж а в ч и н ы на
внутренних пове рх н ост ях п а р о г е н е р а т о р а , а т а к ж е по с ту ­
па ю щ и х в п э р о г е н е р а т о р с пи та т ел ьно й водой в р е з у л ь ­
т а те ко р ро зии ее т р а к т з и н з к а п л и в а ю щ и х с я в пзрогенер а то р е при н а р у ш ен ии н ор м а л ь н о г о р е ж и м а ш л а м о в ы х
продувок.
О пы т э к с п л у а т а ц и и Т Э С с вид ете льс тв уе т о том, что
опасные ж е л е з о о к и с н ы е нак ипи в о з н и к а ю т п ре и м у щ е с т ­
венно на стороне п а р о о б р а з у ю щ е й т ру бы, о б р а щ ен н ой
в топку. С к ор ост ь ро с тз ж е л е з о о к и с ны х о т ло ж ен ий п р о ­
п о р ц и о на л ьн а конце нт ра ци и ж е л е з а в ко тловой воде и
к в а д р з т у плотности т епловог о потока на поверхности
п а р о о б р а з у ю щ и х труб. П р и к он це нт ра ци и окислов ж е ­
л е з а з котловой воде, п р е в ы ш з ю щ е й 0,5 мг/кг, они н а ­
х од ят с я в зна чит ел ьно й степени в ф о р м е частиц к о л л о и д ­
ного и г рубодисперсного ш л а м а , о т ло ж е н и е кот орых нз
стенке п э р о о б р а з у ю щ е й т рубы пр оис хо дит за счет п р о ­
цесса адгезии.
Ж е л е з о ф о с ф а т н ы е накипи о б р а з у ю т с я в р е з у л ь т з т е
н е н з л э ж е н н о с т и водного р е ж и м а п ар о г е и е р э т о р о в б а р а ­
банного типа, когда в котловой воде сол ев ых отсеков
к он ц ент ра ци я ф ос фа т- ио но в д о ст и г з е т 500— 800 мг/кг.
Особенно о пзс ен по в ыше нный и зб ыт ок ф о с фэ т ов , ко гд з
в кз че ст ве ре агента, вводимог о в б а р а б а н п а р о г е н е р а ­
тора, пр и ме ня ет с я г е к с а м е т а ф о с ф а т на тр ия . Посл едн ий
при д а в л е н и я х выше 130 к гс/см 2 г и д ро лиз уе тся и о б р а ­
зует кислый мо но н ат р ий фо с фа т:
(№ Р 0 з )6+ 6Н20 — ЯЗМ аНгРО,,,
(3-13)
р еа гир у ющий с ж ел е з о м и о б р а з ую щ и й пр е им ущ ес т ве н­
но на поверхности э к р а н н ы х труб тв е рду ю ф а з у же ле зо ф о с ф а т а н ат рия с частичным окислением последнего
в г ид р ат з акиси ж е л е з а или маг нит ную закись- окись
железа:
№ Н 2Р 0 4 + Ре = М а Р е Р 0 4 + Н 2;
(3-14)
Ы а Р е Р 0 4+ 2 № 0 Н = Р е ( 0 Н ) 2+ Ы а з Р 0 4;
(3-15)
3 № Р е Р 0 4+ 4 Н 20 = Р е з 0 4+ 3 № Н 2Р 0 4+ Н 2.
(3-16)
Н а рис. 3-5 к р и в а я д ел ит п л о щ а д ь м е ж д у осями
Р О Г и Ы а ОН на две области: выше кривой находится
о б ла с ть о б р а з о в а н и я Ы а Р е Р 0 4, а ниже — область, в ко­
торой осадки, с остоящие из К ' а Р е Р 04, не о б раз уют ся.
ро,Т1
' 5Ь
1
I
I
I
Г
20
30
40
50
ВО
Область накапевбрагодшшя
(Выделение На?еР0ц)
С*
53
!
70
80
90 100
Концентрация ЫаОН, м г-эк в/к г
Рис. .3-5. Области существования ф е р роф ос ф ат а
и гидра та закиси ж ел е за в зависимости от кон­
центрац ии Р О 43” и Ы аОН в котловой воде.
И з г р а ф и к а следует, чго при избытке 100 м г/к г Р О^_
п ре д о т в р а щ е ни е ж е л е з о ф о с ф а т н ы х накипей требует со­
д е р ж а н и я в котловой воде свободного едкого на т ра не
менее 0,25 м г-экв/кг, а при концентрации 150 м г/к г РО'^е дкого на т ра необходимо не менее 2,5 м г-эк в/кг. С л е ­
д ов ат ел ьно , к а ж д о й концентрации ф о с ф а т а д о л ж н а от­
в еча ть с оо тв ет с тв у ющ ая ко нцентрация Ыа ОН, выше ко­
торой у же не могут о б р аз о в а т ь с я ж е л е з о ф о с ф а т н ы е
накипи.
84
д) Условия образования медных накипей
О бс л е д о в а ни е пр о мы шл ен н ых п ар о ге н е р а т о р о в п ок а ­
зало, что о б р а з о в а н и е „ в них «ме дных » накипей имело
место при плотности т еплового потока эк р ан ны х труб
230 квт/м2 и выше; скорость процесса о т л о ж е н и я п о в ы­
ш а л а с ь с в о з р а с т ан и ем т е п л о н а п р я ж е н и я и д ос тиг а ла
250 г/м 2 в год в зоне топочного ф а к е л а при плотности
теплового потока 580 квт/м2.
Не пр е ме нн ым условием о б р а з о в а н и я медных н а к и ­
пей на внутренних пове рхност ях э к р а н н ы х т руб я вл яе т ся
по п ада ни е в п а р о г е н ер а то р с пита те льной водой п р о д у к ­
тов коррозии л а т у н ны х труб ко нденсаторов, о х л а д и т е ­
лей па ра э ж е к т о р о в и в ы п а р а д е а э р а т о р о в , т е п л о ф и к а ­
ционных и р е г ене ра ти вны х подог ре ва те ле й.
Р а с т в о р и м о с т ь окиси меди или ее г и д р ат а в воде, не
с о д е р ж а щ е й ни а м м и а к а , ни его производных, при т е м ­
пе ра туре 3 40 — 3 6 0° С и при рН = 6 , 5 н - 10,0, по д а н ны м
М Э И , с о ста вл яе т 6—8 мкг/кг, а в присутствии а м м и а к а
или ж е его производных р а с тв о ри м ос ть о кислов меди
за счет о б р а з о в а н и я а м м и а ч н ы х компл ек со в в о зр а ст ае т
до 20— 22 мкг/кг. В щелочной котловой воде медь н а ­
ходится в р а ст во ре нно м состоянии, п ре и му ще ст ве нно
в виде ко мп лек сных соединений, которые, р а з р у ш а я с ь ,
о б р а з у ю т ионы меди, способные в о сс т а н а в л и в а т ь с я до
м ета лл ич ес ко й меди: С и2+ + 2е = Си. Ис то чником э л е к ­
тронов при этом я в л яе т ся ме та лл и ч е ск ое же л ез о , п ер е ­
хо дя ще е в ф о р м у д в у х в а л ен т но г о ж е л е з а : Р е = Р е 2+ + 2е.
С л ед ов а те л ьн о, основной причиной о б р а з о в а н и я накипей
я в л яе т ся э л е кт ро хим иче ски й процесс восс та но в ле ния ме­
ди, п р от е к а ю щ ий в з она х м а к с и м а л ь н ы х т епловых н а ­
грузок, где под в лия ни ем мощног о теплового потока
на р у ш е н а це льност ь з а щ и т но й окисной пленки. В р е ­
зу л ьт а те этого м е ж д у о т де ль ны ми у ча ст ка ми м ет ал л а
с оз д ае тс я местная ра з но с т ь потенциалов, ко то р а я может
о к а з а т ь с я достаточной, чтобы стал п р о т ек ат ь процесс
элект ро лит ич ес ко го в ыд ел ени я меди при данной ко н це н­
трации ее ионов в котловой воде. Т а к к а к о б р а з у ю щ а я с я
ме дн ая н ак ипь о б л а д а е т хорошей эл ект ро пр о в о д но с тью,
наличие ее на поверхности на г ре в а не я в л яе т ся с у щ е с т ­
венной помехой д л я п р о д о л ж е н и я э ле кт рохимиче ских
процессов, в р е з у л ь та те которых в ыд ел я ют с я новые п о р ­
ции м ета лл ич ес ко й меди.
е) Условия образования отложений легкорастворимых
соединений
В воде, ис па ря е мо й в п ар о г е н е р а т о р а х , обычно со­
д е р ж а т с я примеси л е гк о р а с т в о р и м ы х веществ: с у л ь ф а ­
ты, хлориды, ф о сфа т ы, с ил ик а ты и г идроокись на трия ,
которые п о п а д а ю т в пи та т ел ьную воду с до ба во чно й
питательной водой, про изв одс тв енным и ко н д ен са т ам и и
присосом о х л а ж д а ю щ е й воды в кон де нса то р а х. При
гл убо ко м у па ри ва нии котловой воды и д ос ти ж ен ии ко н­
це нтр аций, п р е в ы ш а ю щ и х ра ст во р им ос ть на т рие в ых сое­
динений, они к ри ст а л л и з у ю тс я и о б р а з у ю т
твердые
о т л о ж е н и я на пове рхност ях нагрева.
Р а с с м о т р и м условия, не об хо ди мые д л я о б р а з о в а н и я
в о д о р а ст в ор им ы х о т ло ж ен ий из н ат рие вых соединений
на внутренних пове рхност ях
п а р о о б р а з у ю щ и х труб.
Ес ли о бо зна чи ть через 1й т е мп е ра ту р у кипения чистой
воды при д ан н ом д а в ле н ии и через (р т е м п е р а т у р у кипе­
ния н а с ыщ е нн ог о р а с тв о ра д ан но г о веще ст ва , то в е ли ­
чина т емп ер а ту р но й депрессии Д/в= * р—-(0 по к аз ыв а ет ,
н ас к ол ьк о т е м п е р а т у р а стенки п а р о о б р а з у ю щ е й трубы
д о л ж н а быть выше т е м п е ра ту р ы кипения чистой воды
при д ан н ом д ав ле нии, чтобы р ас тв ор соли мог быть
в ыпа ре н д осуха в а т м о с фе р е в одяног о п а р а д ан н ог о д а в ­
ления. Э к с п е р и м е н т а л ь н ы м путем ус тановлено, что ве­
л ичины значений А/., з а в и с я т от состава р а ств ор ен ны х
веще ст в и д ав л ен и я.
О б р а з о в а н и е о тложе ний л е гк о р а с т в о р и м ы х со еди не ­
ний на внутренних поверхностях п а р о о б р а з у ю щ и х труб
опр е де л яе т ся величиной А/.,; оно в о з м о жн о л и ш ь в том
случае, когда т е м п е р а т у р а р а с тв о ра в к а ко м -ли бо у ч ас т ­
ке п ар о в о д я н о г о т р а к т а п а р о г е н е р а т о р а п р е вы ш ае т т е м ­
пе р а т у р у кипения чистой воды на величину б о л ь ш е чем
Д4. Если в р а с тв ор е п р е о б л а д а ю т в ещества, х а р а к т е р и ­
з у ю щи ес я м а ло й величиной Д^, д ост ат очно не большог о
пе ре гре ва стенки трубы, чтобы пр ои зо шл о полное ис па ­
рение пленки воды с о б р а з о в а н и е м т ве рды х солевых от­
л оже ни й. В е ще ст в а ж е с б оль шим зна че ние м А(а могут
о с т ав а ть с я в р ас тв ор е д а ж е в том случае, когда т е мп е ­
р а т у р а перегретой стенки з на чи т ел ь но п р е в ы ш а е т т е м ­
п е р ат у ру кипения чистой воды.
Э кс п е р и м е н т а л ь н ы м путем установлено, что для
о б р а з о в а н и я твердых о т ло же ни й л е гк о р а с т в о р и м ы х ве­
щ ес тв в условиях кипения котловой воды, пр е д с та в л я ю -
щей собой м ног окомпонентный солевой р а створ, н ео б хо­
димы . зна чит ел ьно бо ль шие по выше ния т е м п ер а ту р ы
ра ств ор а в с равнении с чистой водой, чем в условиях
кипения од нокомпоне нт ных р ас тв ор ов н ат рие вых с ое ди­
нений.
Ко г да г и др оди на мич ес кие н ар у ш е н и я отсутствуют и
в п ар о г е н е р а т о р е имеет место н о р м а л ь н о е пузыр ьк ов о е
кипение, происходит интенсивный тепло- и ма ссообмен
м е ж д у перегретой ж и д к о с т ь ю в пристенном слое и о с но в ­
ной массой неперегретой котловой воды. П р и этом б л а ­
г оприятном
т е мп е р а т у р н о м
р е ж и м е не н а б л ю д а е т с я
с ко л ьк о- ниб удь с ущественног о местного по в ыше ния т е м ­
п ер а т ур ы внутренней поверхности н а г р е в а под п а р о вы м и
пу з ы р я м и и тем более т е мп е р а т у р ы пристенного слоя
котловой воды.
Т а к ка к на п л о щ а д к а х поверхности н а г р е в а под
о б р а з у ю щ и м и с я п а р о вы м и п у з ыр я м и не происходит г л у ­
бокого у п а р и в а н и я р а ст во р а в пристенном слое и он
о стается не на сы ще нн ым , то и не происходит к р и с т а л л и ­
з ации солей. О т с ю д а следует, что в условиях н о р м а л ь ­
ного пу зыр ьк ов о г о кипения, д а ж е при к он це нт ра ци ях ,
зна чи т ел ь но
п р е в ы ш а ю щ и х о б ычны е с о л е с о д е р ж а н и я
котловой воды, о т л о ж е н и я л е г к о р а с т в о р и м ы х с ое ди не ­
ний на внутренней поверхности п а р о о б р а з у ю щ и х труб
не о б ра з ую т с я. Л и ш ь при наруш ении режима г и д р о ­
динамики паро водя но й смеси и ухуд ш е н и и температур­
ного режима металла п а р о о б р а зу ю щ и х поверхностей
возможно местное повыш ение концентрации легкораст­
вори м ы х соединений в пристенном слое котловой воды
вплоть до насыщ ения с п о с лед ую щ ей кристаллизацией
их и о б р а зо ван и ем твердых отложений на поверхности
нагр ева. В у к а з а н н ы х н еб л аг о п р и я т н ы х ус лов ия х пр о ис ­
ходит г лубокое у п а р и в а н и е пристенного слоя котловой
воды, с о п р о в о ж д а е м о е резким у м еньш ение м водосодерж а н и я потока п а р о во д ян ой смеси.
Ус та нов ле но, что при м а л ы х кр ат н ос т ях цир ку ля ции
и высоком п а р о с о д е р ж а н и и д в у х ф а з н о г о потока имеет
место переход от н о р м а л ьн ог о п уз ыр ьк ов ог о к опасному
пленочному р е ж и м у кипения, г. е. н ас т уп ае т т а к н а з ы ­
в ае мы й к р и з и с к и п е н и я , когда па р ов ые пузыри не
у с пе ва ют о т ры в а т ь с я от поверхности н а г ре в а и о б р а з у ю т
па ров ой и зо л ир у ющ ий слой. Это прив одит к н ар у ше ни ю
м а сс оо бм ена м е ж д у пристенным слоем и я др о м потока,
с о д е р ж а щ и м влагу, следствием чего я в л я ю т с я утонение
87
либо полное у па р ив ан и е р а с тв о ра у стенки, резкое ух уд­
шение т е мп е ра ту р н о го р е ж и м а груб и в ыпа де ние на их
внутренних стенках, всех солей, в том числе л е г к о р а с т в о ­
р имых натриевых.
Д л я того чтобы предотвратить кризис кипения и от­
ложение легкорастворимых солей, н еобходим о у в е л и ­
чить скорость циркуляции и снизить местные тепловые
н а гр узк и .
П р и расслоении п а р о во д ян ой смеси, о пр о к ид ыв а нии
ц и р к ул я ци и и о б ра з о в а н и и с вободного у ровня в т руба х
л о к а л ь н а я к он це нт ра ци я солей в пристенном слое этих
труб м о ж е т в сотни р а з п р е в ы ш а т ь с р е дн юю к о н ц е н т р а ­
цию солей в ц и рк у л и р у ю щ е й котловой воде, т ак как
происходит г лубокое местное у п а р и в а н и е последней.
Ус та нов ле но, что ра сс лоение п а р о во д ян ой смеси ( ло т ­
ковый р е ж и м течения) н а б л ю д а е т с я обычно в интенсив­
но о б ог р е в а е м ых г о риз он та ль ны х и с л а бо н а к л о н е нн ы х
п а р о о б р а з у ю щ и х т р уб ах экранов. П ри этом в нижней
части т рубы, где д в и ж е т с я вода, имеет место н о р м а л ь ­
ное пу зы рь к ов о е кипение ж и дк о ст и и т е м п е р а т у р а с те н­
ки т рубы м ал о от ли ча ет ся от т е м п ер а ту р ы на сыще ния .
В верхней ж е части сечения, где на ст енка х т рубы от­
с утствует с пл о ш н а я ж и д к а я пленка, т е м п е р а т у р а сте­
нок т рубы
м о ж е т б ыть з н а ч ит е ль но выше, ввиду
того что на «сухих» у час тка х ко э фф иц и ен т т еп ло о т­
д ачи от стенки к п ар у на мно го меньше, чем от стенки
к воде.
П р и л отк ов ом р е ж и м е течения смеси в т руба х имеет
место сис те мат иче ско е п оп а д а н и е мелких к ап е ль (брызг)
воды на в ерхнюю (сухую) часть трубы с пос ле ду ющим
ис пар е ние м этих к ап е ль впл от ь до в ы п а д ен ия тех солей,
т е м п е р а т у р а кипения н ас ы ще нны х р ас тв о р о в которых
н и ж е т е мп е р а т у р ы м е та л ла . П р и этом могут о т л аг а ть с я
не т о ль ко т р уд н о р а с т в о р и м ы е соли щ ел оч но зе ме л ьны х
м ета лл ов , но и те л е г к о р а с т в о р и м ы е на т рие в ые с оеди­
нения, кот орые о б л а д а ю т т емп е ра ту р о й кипения н а с ы ­
щенно г о ра с тв о ра , б лизкой к т е м п е р ат у ре кипения кот­
ловой воды. Л и к в и д а ц и и этих я вл ений м о ж н о добиться
у величением уг ла н ак л о н а п а р о о б р а з у ю щ е й т рубы к го­
р и з он т а л и до 15— 30°.
В п а р о о б р а з у ю щ и х т ру ба х м оже т произойти о пр о к и ­
д ыв а н и е ц ир ку ля ции , при котором вода и пар д ви жу т ся
в р а з н ы е стороны и в р е з у л ьт ат е о б р а з у ю т с я п ар ов ые
м ешк и и пробки, п р и в о д я щ и е к пе ре гр е ву м е т а л л а и
88
о б р а з о в а н и ю местных солевых от ложе ний.
Опа сным
ф акт ор ом ,
с пособствующим о б р а з о в а н и ю о т ложе ний,
я вл яе тс я так н а з ы в а е м ы й « с в о б о д н ы й у р о в е н ь »
воды в в ер ти ка л ьн ых э к р а н н ы х трубах, который м оже т
получиться при н еод ина ко во м обогреве п а р а л л е л ь н о
в ключенных п а р о о б р а з у ю щ и х
труб ц и рк ул яцио нно го
контура, а т а к ж е при обогреве г а з а м и л и ш ь верхнего
у час т ка трубы, в то время ка к нижний участок ее з а ­
ш л а к о в а н . С повышением д ав л е н и я в па ро г ен ер а то р е
растет опасность о б р а з о в а н и я свободного у ровня в связи
с у ме нь ш ение м д в и ж у щ и х на по р ов цир ку ля ции. При
длите ль но м наличии с вободного у ров ня к от л о в а я вода,
н а х о д я щ а я с я в трубе н и ж е его, по дв ер га ет ся в ы п а р и в а ­
нию.
П ри
этом ко н це нт р ац и я веществ в котловой
воде, с о д е р ж а щ е й с я в трубе, б ыстро п ов ыша етс я, д о ­
стигая значений, намного п р е в ы ш а ю щ и х к о н ц е н т р а ­
цию их в котловой воде, ц и р к у л ир у ющ ей по другим
т ру ба м.
О связи солеотложений с гидродинам ическим режи­
мом свидетельствует н аб л ю д а е м о е при эксплуатации
парогенераторов вы сокого да влен и я с дефектной ц и р к у ­
ляцией специфическое явление, характеризую щ ееся в р е ­
менным снижением содержания легкораст воримых сое­
динений в котловой воде. Это т а к н а з ы в а е м о е «п р ят а н ь е » солей о б ъ я с н яе т ся тем, что при росте на грузки
п а р о г е н ер а то р а , о б л а д а ю щ е г о д еф ект но й цир ку л яцие й,
изв ес тна я часть на т рие в ых соединений, в х о д ящ их в с о­
ст ав котловой воды, о т л а г ае т ся на интенсивно о б о г р е ­
в аемых поверхностях п а р о о б р а з у ю щ и х труб, плохо о м ы ­
в ае мых котловой водой. П ри ост ано вке п а ро г е н е р а т о ра
или ж е резком сни же нии его н аг руз к и н а б л ю д а е т с я
о б р а т н а я ка рт ин а, т ак ка к с во с ста но в ле ние м в п а р о ­
ге не ра торе н ор м а л ьн ой ци рк ул я ци и и л и к в и да ц ие й я в ­
л ен ия р а сслоения па ро в од я но й смеси в о до р а ст в ор им ы е
на т рие в ые соли, о т л о ж и в ш и е с я на «сухих» учас тка х
п а р о г е не р а т ор а , снова пе ре ходят в раствор.
О т л о ж и в ш и е с я на в ы с о к о т е п л о н а п р я ж е н н ы х у ч а с т ­
ках п а р о о б р а з у ю щ и х труб в о д о р а ст в ор им ы е н ат рие вые
с оединения могут в р е з у л ьт ат е топохимических реакций
с о к и сл ам и
котельного
металла преобразовываться
в т р у д н о р а с т в о р и м ы е с м е ш а н н ы е накипи. С л е д о в а т е л ь ­
но, в известных н еб л аг о п р и я т н ы х у'словиях н ат рие в ые
соединения у ж е с та н о вя тс я о па сны м и н ак и пе о б р а з о в а телями.
89
3-4. О Б Р А З О В А Н И Е О Т Л О ЖЕ Н И Й НА ВНУТРЕННИХ
ПОВЕРХНОСТЯХ ПРЯМОТОЧНЫХ ПАР ОГЕНЕ РАТОР ОВ
О д но й из особенностей пря мо т очн ых п а р о г е н е р а т о ­
ров я в л я е т с я отсутствие в них котловой воды, а с л едо ­
в ат ел ьн о, отсутствие в о зм ожн ос ти вывода' веще ст в из
системы п ар о г е н е р а т о р а , к ро м е к а к с паром. В п р я м о ­
точном п а р о г е н е р а т о р е вся п о с т у п а ю щ а я в него п и т а ­
т е ль н ая вода п р е в р а щ а е т с я в пар, и р а с тв о ре н ны е в этой
воде веще с тв а, а т а к ж е о б р а з о в а в ш и е с я в т р а к т е п а р о ­
г е н е р а то р а про ду кт ы коррозии могут б ыть унесены п а ­
ром в турбину или о т л о ж и т ь с я на внутренней по в е рх ­
ности п а р о о б р а з у ю щ и х и п а р о п е р е г р е в а т е л ь н ы х труб.
Установлено, что основными факторами, о п р е д е л я ю ­
щими интенсивность процесса о б р а зо ва н и я отложений
в прямоточных парогенераторах, являются: а ) концен­
трация примесей в питательной воде, поступающей
в агрегат, а также количество продуктов коррозии, о б р а ­
зо в а вш и х ся в нем самом; б ) изм енение растворимости
того или иного соединения в теплоносителе при изм ене­
нии его р а б о ч и х параметров; в ) тепловая н а гр у зк а ,
с ростом которой увеличивается скорость об ра зован и я
отложений в данном сечении поверхности н а гр е в а ;
г ) скорость потока.
Ес л и к он ц ен т р а ц и я с оединения в т еплонос ит еле ни­
ж е его р а с тв о ри м ос ти при д а н н ы х п а р а м е т р а х , в ы п а д е ­
ние твердой ф а з ы не м о ж е т иметь места. В ы п ад е ни е
тве рдо й ф а з ы и о б р а з о в а н и е о т ло ж е н и й на о б о г р е в а е ­
мой поверхности б уду т проис ходит ь л и ш ь в том случае,
если к о н це нт р ац и я к ак о го - ни б уд ь ве ще с тв а в т е п л о ­
носителе в ыш е его р а с тв о ри м ос ти при д а н н ы х п а р а м е т ­
рах. И з не ор га ниче ских соединений н а и м е н ь ш у ю р а с т в о ­
римос ть в п ар е с ве рх кр ити че ско г о д а в л е н и я име ют сое­
д ине ни я к а л ь ц и я и м аг ния , а т а к ж е о кис лы ж е л е з а и
меди (см. гл. 4 ) , поэ тому эти с оединения я в л я ю т с я
н а и б ол е е о п а сн ым и с точки з р е ни я о т ло ж е н и й в п а р о ­
г ене ра то ра х.
В в од о- па р ов о м т р а к т е пр ям от о чн о го п а р о г е н е р а т о р а
при высоких т е м п е р а т у р а х т е п ло но сит ел я соли ма гния
г ид р ол из ую т с я с о б р а з о в а н и е м М § ( О Н ) г и М § 0 , к от о ­
рые к ри с т а л л и з у ю т с я и в ы п а д а ю т в ф о рм е твердой ф а ­
зы. Б и к а р б о н а т и х л о р и д к ал ь ц и я
гид ро лиз уют ся
с о б р а з о в а н и е м С а О и о кс и хло ри до в к ал ьц ия . Э то о з н а ­
чает, что в р е зу л ь т а т е п ро те ка ния физико- химических
90
пр е вр аще ний кал ьц ие вых соединений в тракте п а р о г е н е ­
ратора состав отложений, о б р а зу ю щ и х с я на внутренних
поверхностях труб или выносимых с паром в турбину,
может не соответствовать со лево м у составу питательной
воды.
Опы т э к с пл у ат ац и и м о щ ны х э н ер го б локо в с. к. д. по­
каз ыв ае т, что при строгом соблюдении э к с п л у а т а ц и о н ­
ных норм качества питательной воды (по с о д е р ж а н и ю
солей ж ес тко с ти и окислов ме та л ло в ) на кипн ые о т л о ­
же ния в пр ямот очном п ар о ге н е р а т о р е столь н е зн а чи ­
тельны, что в этих условиях обес пе чива ет ся н а д е ж н о с т ь
непрерывной работы п ар о ге н е р а т о р а в течение не ск о ль ­
ких месяцев. Пр и о тносительно не бо л ьшо м отклонении
концентрации
солей же ст ко с ти и о кислов
м е та л ло в
в питательной воде от э к сп л у а т а ц и о н н ы х норм (см. гл. 5)
н а и б ол ь ши е о т л о ж е н и я ка ль ц ие в ых соединений и п ро ­
дукт ов коррозии в о зн и к а ю т п ре и му ще с тв ен н о в зоне,
о т ве ча юще й о б ла с ти м а к с и м а л ь н о й теплоемкости. О т м е ­
чено, что при н е р а в н ом е рн о м обо гр ев е п а р о о б р а з у ю щ е й
т рубы по ее пе ри ме тр у скорость о т ло же ни й будет б о л ь ­
шей на более интенсивно о бо г ре в ае мо й стороне.
При з а м е тн о м отклонении качества питательной во­
ды от норм зона этих о тло же ний у ве лич ив ае тс я и с м е­
щ ае тс я в о б ла с ть более низких зна че ний теплоемкости.
Так, на пр им ер , о с а ж д е н и е ка л ьц и ев ых соединений н а ­
чинается на 80— 160 к к а л /к г н и ж е зоны м а к с и м ал ь но й
теплоемкости. Это, по- видимому, с в я з а н о с р а зличие м
т ем пе р ат ур ы я д р а потока и пристенного слоя. В р е з у л ь ­
т ате интенсивные
отложения
в о зн и ка ют при с и л ь ­
ном пе ре сыщении р а с тв о р а вблизи стенок п а р о о б р а ­
з ую щ и х т р уб и при неполном н ас ыще нии р а ст во р а в ядре
потока.
И спы тания промышленного прямоточного парогенератора с. к. д.
показали, что когд а ^кесткость питательной воды к ол еб ал ась в пре­
д ел ах 1— 1,5 мкг-экв/кг, то отлож ения п реобладали в верхней р а ­
диационной части агрегата, а при большой жесткости и повышенном
с одерж ании окислов ж е л е за основная масса отлож ений с мещ алась
в нижню ю радиационную часть (задний и боковые эк р а н ы ), т. е.
до вы хода среды на перегрев, и где имеет место на ибо л ь ш а я тепло­
вая нагрузка поверхности нагрева.
В прям оточны х парогенерато рах с. к. д., р аботаю щ их на м а з у ­
те, где плотность теплового потока на эк ранны х поверхностях в о б ­
ласти ф ак ел а с оставл яет 580—640 квт/м2, достаточно о бразо в ания
весьма тонкого слоя отложений, чтобы т ем пература на р у ж н о й стенки
трубы повысилась до 620— 650 °С. Т а к а я т емпература существенно
превыш ает расчетную т ем пературу труб нижней радиационной части
по условиям длительной прочности стали 12ХМФ.
91
Так как в у с л о в и я х эксплуатации ТЭС могут иметь
место кратковременные ух удш ен и я качества питатель­
ной воды, необходим о при проектировании прямоточных
парогенераторов с. к. д. предусматривать разм ещ ен ие
н аиболее опасной (по отложениям соединений кальция,
магния и окислов металлов) области ф а зо во го п ерехода
в зоне пониженных тепловых н а гр у з о к с таким р асч е­
том, чтобы даже в н аиболее интенсивно о б огр ева ем о м
витке лок альн ы й тепловой поток на поверхности н а гр е в а
не пр евы ш ал 230 квт/м2.
Ч то ж е к а са е тс я х л ористог о н ат рия и кр емнекислот ы,
то они при соблюдении норм качества пита те ль ной воды
пр ох од ят через пр я мо т оч ный п а р о г е н ер а то р тра нз ит ом
б л а г о д а р я тому, что ис ходная ко нце нт ра ци я этих пр и­
месей в пи та те льной воде о бычно н ам но го меньше, чем
их р а с тв о р и мо с ть в на с ыщ ен но м па ре в ысокого д а в л е ­
ния (см. гл. 4). Если ж е ис ходная ко нце нт ра ци я этих
примесей о к а ж е т с я б ольше , чем м и н и м а л ь н а я их р а с т ­
вор имо с ть в пе ре гре том паре, то о т л о ж е ни я по яв л яют с я
в зоне перегрева.
П р и повыше нных к он це нт ра ци ях н ат рие вых солей и
к ре мн ек ис лы х соединений в пита те льной воде они
(и в первую оч ередь Ма 2$ 04) на ч ин аю т о т к л а д ы в а т ь с я
по всему периметру груб прямо то чно го п а р о г е н ер а то ра ,
когда ко нц ен т р а ци я этих примесей в ра с тв ор е е ще д а ­
ле ка от на сыще ния . П р о ц е с с о т л о ж е н и я солей из не­
н ас ыщ енно го р ас тв о р а , по-видимому, происходит в с ле д­
ствие того, что при м ал ых в о д о с о д е р ж а н и я х т олщина
водяной пленки н а ст о ль ко у ме нь ша е тс я , что при интен­
сивном обогр е ве она выс ыха ет, хотя в я др е потока п а ­
роводяной смеси е ще с о де р жи т ся з на чит ел ьно е к о л и ­
чество мелких ка пе ле к влаги.
Ес ли после с м е ше н ия па ра от всех витков « п е р е ­
х о д н о й з о н ы » он о стается пе рег ретым, то не и с к л ю ­
чена в о з м о ж н о с т ь выноса из п а р о г е не р а т ор а сухой в з ве ­
си Ыа25 0 / и о б р а з о в а в ш е й с я при высыхании в паровом
потоке влаги, пост упа юще й из части труб. Едкий натр
мо же т частично з а д е р ж и в а т ь с я в п а р о г ен ер а то р е б л а г о ­
д а р я способности его к в за им о де йс т ви ю с окисной пл ен­
кой м ет а л л а с о б р а з о в а н и е м ф е р р и та н ат рия ( № Р е 0 2).
Ч то же к ас ае тс я р ас пр е де ле н ия пост упа юще й с п и та ­
тельной водой кремниевой кислоты м е жд у о т ло ж е н и я м и
8 па ро ге не р ат о ре и паром, го оно в основном о п р е д е л я ­
ется величиной рН и ионным составом питательной во­
92
ды. В тех с лучаях, когда кр е м ни ев а я кислота о бр аз ует
силикаты натрия, они частично о т к л а д ы в а ю т с я в п а р о ­
генераторе, о б ра з у я в о д о в ы м ы в а е м ы е о т ло же ния . Н а ­
копленные в па ро г е не ра т ор е в од о ра с т во р и мы е н а т р и е ­
вые соли при изменении «параметров его р або ты могут
выноситься с паром, иногда в б оль ших количествах, и
о т к л а д ы в а т ь с я з атем в проточной части турбин.
3-5. О Б Р А З О В А Н И Е О Т Л О Ж Е Н И Й НА О Х Л А Ж Д А Е М Ы Х
П О В Е Р Х Н О С Т Я Х К О Н Д Е Н С А Т О Р О В И ПО Т РА К Т У
ОХ ЛА Ж Д А Ю Щ Е Й ВОДЫ
Н а внутренних о х л а ж д а е м ы х поверхностях ко н де н­
саторов па ро вы х турбин, в озд ух оо х ла ди т е л ей г е н е р ат о­
ров и по всему т р а к т у о х л а ж д а ю щ е й воды могут о б р а ­
зоваться
о т л о ж е ни я з а счет с л ед ую щи х
процессов:
нанос и оседание в зв е шен ны х веществ ( органические
примеси, песок), выд ел ени е т ве р ды х веществ из в о д я ­
ного р ас тв ор а ( пр еим уще ств ен но к ар б о н а т а ка л ьц и я) и
о б ра з о в а н и е продуктов коррозии. Н а стенках к о н де н са ­
торных труб способны обит ат ь ж и в ы е о р г аниз мы, что
приводит к их з а р а ст ан и ю. Х а р а к т е р и интенсивность
за г ря з н е н и я
внутренней поверхности ко н де нса то р ных
труб и с в я з ан ны е с этим н ар у ш е н и я их р аб от ы за ви ся т
от многих фа кт о ро в , к которым относятся ф и з и к о- х им и­
ческий состав о х л а ж д а ю щ е й воды, ее биологические
особенности, конструкция конде нса то ра и р е жи м его
работы (скорость д в и ж е н и я воды в т рубах, т е м п е р а т у р ­
ный пе р епа д и т. д.) и к ор ро з ио нн ая стойкость конден­
са торных труб.
Р а с с м о т р и м условия о б р а з о в а н и я о тло же ни й к а р б о ­
ната к а ль ц ия на поверхности, о х л а ж д а е м о й в о д о й , о б л а ­
д а ю щ е й к арб она т но й же сткостью. В с табиль ной воде
б и ка р б о н а т н ы е ионы Н С О ~ н а х о д ят ся в д ина миче ском
равновесии с ионами С О 3- и Н+, а с другой стороны —
с недис со ци ир о в а нными м о л е ку л ам и растворенной в во­
де С 0 2. Со своей стороны р а с тв о р е нн ая в воде у гл е­
кислота находится в равновесии с г а зо об ра з н о й у гл е­
кислотой, прис утс твующе й в пр о с транстве на д водой.
Это так н аз ы в а е м о е у глекислотное равновесие н а р у ш а ­
ется при наг ре ва нии воды, вследствие чего часть р а с тв о ­
ренной в ней углекислоты у да ля е тс я. Пр и этом проис­
93
ходит термический р а с п а д б и ка р бо на т -и он ов с о б р а з о в а ­
нием СОд- и летучей С 0 2:
2НС07- СОз“ + С02+ Н20.
(3-17)
П р о ц е с с р а с п а д а б и к а р б о н а т о в п ро те ка е т тем б ыс т­
рее, чем в ыше т е м п е р а т у р а и чем энергичнее пе р е м е ­
шив а ние . В пр ям от о чн ых с ис те ма х о х л а ж д е н и я р а с п а д
б и к а р б о н а т о в об усл ов ле н н а г р е в а ни ем воды, а в о б о р от ­
ных системах, к ром е того, потерей р а ств оре нной в воде
у г ле кис ло т ы при р а з б р ы з г и в а н и и воды в г р а д и р н я х или
б р ы з г а л ь н ы х бас се йна х. Уве личе ние ко нце нт ра ци и к а р ­
б он ат н ы х ионов при наличии в воде ка тио но в кал ьц ия
п ри води т к о б р а з о в а н и ю г ру дн о ра с тв о р и мо г о ос адка
СаСОз, о б л а д а ю щ е г о способностью к р и с т а л л и з о в а т ь с я
и д а в а т ь плот ные о т л о ж е н и я на о х л а ж д а е м ы х по ве р х­
ностях:
С а 2+ + С О з ~ —* С а С 0 3•
Так ка к величина произведения растворимости для
карбоната кальция ^ Р СаСОа =
„+С ^ ,2_ весьма мала, то
при значительной концентрации С а 2+ концентрация СО2д ол жн а быть низкой. Вместе с карбонатом кальция на
ох ла жд а ем ы х поверхностях к онде нса торов могут от кла ­
д ыв ат ьс я взвешенные в е щ е с т в а , которые как бы цемен­
тируются карбонатом кальция.
З н а ч е н и е п ре де льно допустимой (по стаб ил ьн ост и)
к а р б о н ат н о й же ст ко с ти о х л а ж д а ю щ е й воды
м о ж н о п ри б л и ж е н н о р ас сч ит ат ь по эмпириче ской ф о р ­
муле, с п р а ве д ли в ой д л я по верхностных вод с окисляемостью, не п р е в ы ш а ю щ е й 30 м г/к г 0 2 при т емп ер ату ре ,
рав но й 40 °С:
Ж пред==2.8 + -
^
-
-
,
(3-18)
3 - 1 2~
где Жпк — н е к а р б о н а т н а я же сткость, м г - э к в /к г ; О к —
о ки с ля е мо с ть воды, м г /к г 0 2.
Н а поверхности ко нд ен са т ор ны х т ру б и т р уб о п р о в о ­
дов ц и рк ул я ци он н ой системы о х л а ж д е н и я могут в оз ни­
ка т ь т а к ж е о т л о ж е н и я гидроокиси ж е л е з а Р е ( О Н )3
в тех с лу ч ая х , когда в о х л а ж д а ю щ е й воде присутствуют
с оединения ж е л е з а . П р и н а г р ев а ни и ци рку л я ци он н ой
94
воды, с о д е р ж а щ е й б и к а р б о н а т за ки си ж е л е з а , при обо­
г ащении ее кис лор одо м и потере ею р астворенной с во­
бодной у глекислот ы ( вс ле дс твие а э р а ц и и воды в г р а ­
дир ня х или б р ы з г а л ь н ы х б ас се йн ах ) пр оис ходя т о к и с ле ­
ние з а кис ног о ж е л е з а в офисное и г ид ро лиз с о б р а з о в а ­
нием г и д р ат а окиси ж е л е з а .
Прич ин ой р азв ит ия в о х л а ж д а ю щ и х сис те мах б а к т е ­
рий и водорослей я в л я е т с я на л ич ие в о х л а ж д а ю щ е й
воде н е об хо ди мы х д л я них пи та т ел ьны х в еще ст в и б л а ­
г оприя тных т е мп е р а т у р н ы х условий. П и т а т е л ь н о й с р е­
дой д л я бак тер и й, водорослей и более крупных жи в ых
о р г а ни зм о в с л у ж а т ко л ло ид н ые орга нич ес кие вещества
совместно с р а ств о ре нно й в воде углекислотой.
П о п а д а я с ц и рк ул яцио н но й водой в о х л а ж д а е м ы е
а г ре га ты , м и к р о о р г а н и з м ы и водо р о сл и на ч ин аю т и нте н­
сивно р а з в и в а т ь с я и р а з м н о ж а т ь с я , постепенно п о к р ы ­
в ая о х л а ж д а е м у ю по верхность слизистой пленкой, к ко­
торой л ег ко п р и ли п аю т в зв е ше нны е ве ще ст ва н ео р г а н и ­
ческого прои сх о жде ния .
П о с к о л ь к у процесс биологического о б р а с т а н и я об ус ­
л овлен ж и зн ед е я т е л ь н о с т ь ю о рг аниз мо в , то на интен­
сивность его пр от е ка н ия в зна чи т е л ьн ой степени в лия ют
т е м п е р а т у р а воды и на лич ие в ней пита те льной среды,
а т а к ж е присутствие грубод ис перс ных частиц.
3-6. У Д А Л Е Н И Е О Т Л О Ж Е Н И Й С П О В Е Р Х Н О С Т И
П А РО ГЕН ЕРА ТО РО В И Т ЕП Л О О БМ Е Н Н Ы Х АППАРАТОВ
а) Способы очистки
Р а з л и ч а ю т с л е д ую щ и е виды очистки п а р о г е н е р а т о ­
ров и в с пом ог ат ел ьн ого о б ор у д о в а н и я от о тложе ний:
а) п р е д м о н т а ж н а я очистка б ло ко в п а р о г е н е р а т о ­
ров, п ро в о д и м а я на з а в о д а х- и з г о т ов и т е л я х и на м о н т а ж ­
ной п л о щ а д к е (на п л а з у ) ; б) п р е д п у с к о в а я очис т­
ка; в) периодически п ро во д им ые э к с п л у а т а ц и о н ­
н ы е очистки. Очистка о б о р у до в а ни я от о т ло ж ен ий мо­
ж е т быть о с уще ст вл ена л иб о м е ханическим способом,
л ибо пр омыв ко й рас тв ор ом реагентов.
Ме ха ни ч ес ки е способы очистки з а к л ю ч а ю т с я в у д а ­
лении накипи и р ыхлых о тло же ни й с по мо щь ю инстру­
ментов с э л е кт р оп ри в од ом или пн ев мо пр ив од ом ( ш а р о ш ­
ки, щетки, н а ж д а ч н ы е круги) либо ручных и нс тр ум ен­
тов ( ме та л ли ч ес ки е ерши, зу б ил а , щетки из с пи р ал ь но
95
на витой стал ьн ой пр оволоки и т. п.). Ме х анич е ск им спо­
с об ам очистки з а г р я з н е н н ы х на ки пь ю поверхностей
присущи с л ед ую щ ие недостатки: в ы со ка я трудоемкость;
н ео б хо ди мо с ть в ск ры тия и п ро д ол ж и т е л ь н о й остановки
о ч ищ ае м ог о а г р е га т а; н ев о з м о ж н о с т ь т щ а т е л ь н о й очист­
ки д л и н н ых труб с ло жн ой ко нфи гу рац ии и с р а з в е т в л е ­
ниями. П о э т о м у в н а с т о я щ е е в ре мя м ех анические спо­
собы очистки получили применение л и ш ь при проведении
э к с п л уа та ц ио нн о й очистки п а р о г е н е р а т о р о в б а р а б а н н о г о
типа м а л ой и с редней п а ро п ро из вод ит ел ьн ос ти , а т а к ж е
т еп ло о бм е нн ы х а п п а р а т о в ( т р у бч а ты е подо гр ев ате ли,
к о н де н са т ор ы ).
Н а кр уп ны х Т Э С в. д., с. в. д. и с. к. д. при п р о в ед е ­
нии п р е д м о н т а ж н ы х , пр е дп ус ко в ых и э к с п л у а т а ц и о н н ы х
химических очисток п а ро с ил ов ог о о б о р уд ов а ни я , ка к
п равило, и сп оль з уют ся м ин е р а л ь н ы е и орга нич ес кие
кислоты, ко м п лек со ны и д ру ги е м оющие в ещества. П р и
и сп оль з ов ан ии в каче ств е мо ющ ег о р е а кт и в а соляной
или серной кислоты м о ж н о п р и го т ов л ят ь их р ас тв ор ы на
осветленной технической воде, в о с та л ь н ы х ж е с лу ча я х
ну ж но д л я этой цели и с п о л ьз о в а ть о бес соле нную воду
или конденсат, кот орые не с о д е р ж а т х л ор ид ов и накипео бр аз о в а те л ей .
В ы б о р о тмывочног о ре а г ент а з ав ис ит от с о ста ва о т ­
л о ж е н и й и от и с по ль з ов а нно го к он струк ционног о м а т е ­
р иа ла . П р е и м у щ е с т в е н н о е пр имен ение полу чил а с о л я н а я
кис лот а к а к н а и б ол е е д еш ев ый, акт ив ный и быстро
д ей с тв у ю щи й реагент; она полностью р а ст в о р я е т к а р б о ­
на тны е , ф о с ф а т н ы е и частично ж е л е з о о к и с н ы е о т л о ж е ­
ния, но с л а бо дейс твуе т на с ил ик а тн ые накипи и не
р а с т в о р я е т с ул ь фа т ны е. П р и о б р а б о т к е о т ло ж ен ий р а с т ­
вором соляной ки слоты н а б л ю д а е т с я к ор ро зио нн ое р а з ­
р ушен ие м е т а л л а о б о р у д о в а н и я с в оз никновение м о п а с ­
ных язвин и трещин. П р и раств ор е нии р ж а в ч и н ы и
о к а л и н ы в ра створ пе ре хо д ят ионы двух- и т р е х в а л е н т ­
ного ж е л е з а . П о с л е д н и е в о с с т а н а в л и в а ю т с я м е та л л о м
до д в у х в а л ен т н ог о состояния: Р е 3+ + Р е = 2 Р е 2+, иг ра я
р оль к ат од но г о д е п о л я р и з а т о р а .
Ус та нов ле но, что в и н т е р в а л е к он це нт ра ци и с оляной
кислоты 2— 20 % с корость ра с тв о ре н ия окислов в о з р а ­
с тае т в первом п р и б л иж е н ии п р оп о рц ио н ал ьн о ко нце н­
т р а ции кислоты. П р и повыше нии т е м п е р а т у р ы р а ст во р а
кислоты на 1 0 °С скорость р а с г е о р ен и я окислов у в е л ич и ­
в а етс я пр и мер но вдвое. К р о ме того, при у д ал ен ии
96
же л ез о о к ис ны х о т ло ж ен ий с п о мо щ ью соляной кислоты
в р а ств о р е о б р а з у ет с я хло р но е ж е л е з о ( Р е С Ь ) , которое
я в л яе т ся
сильным
окис лите ле м и у с ко ря ет процесс
коррозии.
В це ля х про тив ок ор ро зио н но й з а щ и т ы ко тельной с т а ­
ли к пр о м ы во чно м у кис лот ному р а ств о ру в н еб ол ьши х
количествах д о б а в л я ю т с я р а з л и ч н ы е в е ще с тв а (ин ги би­
т о р ы) , которые способны сильно т ор мо з и т ь процесс
ра ств ор ен ия м е т а л л а и в то ж е в ре мя не пр еп ят ст ву ют
р а з р у ш е н и ю н ак ипн ых отло же ний . Ус та нов ле но, что
ингибиторный э ф ф е к т с н и ж а е т с я с по вы ше ние м т емп е ­
р ат ур ы, а т а к ж е при резком повышении скорости д в и ­
ж ен ия р а ст в о р а кислоты.
О б р а б о т к а о т ло же ни й м оющ им и р е а г ен та м и п ро и з ­
водится:
а) без ци рк ул я ци и с з а л и в о м о ч ищ ае м ог о контура
м оющ им р ас тв ор о м ( ме тод т р а в л е н и я ) л иб о с п р и ме не ­
нием принуд ит ел ьн ой ц и р ку л яц ии (насосом) п р о м ы в о ч ­
ного ра с тв ор а по з а м к н у т о м у контуру;
б) без п од ог ре ва пр о мыв оч но г о р а ст в о р а л иб о с н а ­
гревом ( огневым л иб о п а р о в ы м ) .
В каждом отдельном случ ае вы б о р промывочной
схемы, состава и температуры м ою щ их растворов, п р о­
должительности и режима всех операций промы вки п ро ­
изводится с учетом характера отложений, типов о б о р у ­
дования, его конструктивных особенностей и раб очих
параметров, а также свойств металла отдельных э л е ­
ментов о б о р у д о в а н и я .
В целях о с уще ст вл ения пр е д пу с ко в ы х и э к с п л у а т а ­
ционных химических очисток т еплоэнерг етического о б о ­
р у д о в ан и я на э л е кт р о с т а н ц и я х обычно мо нт ир у ютс я
с пе ци а л ь н а я по ст оя нна я л иб о в р е м е н н ая п р о м ыв о чн ая
схемы. В процессе кислотной очистки п а ро сил ов ог о о б о ­
р уд ов ан и я пр о и зв о ди т с я сброс з н ач ит ел ьно г о кол иче ст ­
ва ра ств оров , с о д е р ж а щ и х р а з л и ч н ы е химиче ские ' к о м ­
поненты. Т а к, н ап р и м е р , при кислотной п р ом ы вк е
эн ер г об л ок а 300 Мет с б р а с ы в а е т с я до 10 тыс. м 3 р а з ­
б а в л ен н ых мо ющ их р а с тв о ро в в с п ец и ал ь ны е кот ло ва ны
или бетонные
б ас с ей н ы - н е й т р а л и з а т о р ы
д ост ат очн о
б ольшой емкости. В них о с у щ е ст в ля ют с я н е й т р а л и з а ­
ция и о б е з в р е ж и в а н и е растворов, к от ор ые з а т е м м а л ы ­
ми порциями о т к а ч и ва ют с я в сбросной ци рк ул я ци он н ый
водовод, отку да со з н ач и те л ьн ым р а з б а в л е н и е м порция
р ас тв о ра п оп а да е т в п ри ро дн ый водоем.
4
За к .
134
97
Ч а с т и ч н а я н е й т р а л и з а ц и я пр ом ыв оч ны х р ас тв о ро в
происходит при пе ре ме ши ва ни и кислых и щел оч ных
растворов, а о ко нч а т е л ь н а я — путем д о ба в л е н и я в кот­
л о ва ны или бассейны технической и хлорной извести.
б ) Предпусковая химическая очистка парогенераторов
и тракта питательной воды
На э н е р го б л о к а х с парогенераторами 140 и 240 кгс/см 2
п р едп усково й химической очистке подвергаются в о д я ­
ная сторона п. в. д., эконом айзерная, испарительная
и пароперегреват ельная поверхности парогенератора,
а также деаэраторы и трубопроводы питательной воды
и перегретого пара. На ТЭС с парогенераторами
100 кгс!смг б а р а б а н н о го типа пароперегреват ель не под-
Рис. 3-6. Схема предпусковой кислотной промывки парогенератора
с многократной циркуляцией.
( — лин и я общ его д р е н а ж а ; 2 — б а к д л я р аствора кислоты; 3 — линия сброса;
-5 — д е р е в я н н а я пробка; в — д р ен аж н ы й п риям ок; /' — мерный
бачок крепкой серной кислоты . $ — точка отбора проб; 9 — д ренаж н ы й ьеигиль на дополнительной л ин и я, 10 — вентиль; Ч — терм вм етр; 12 — бак-вы тес­
нитель.
4 — за гл у ш к а;
9В
оергается химической очистке, он лишь интенсивно п р о­
мывается водой и продувается паром во вр ем я пробного
пуска агрегата.
Н а рис. 3-6 и 3-7 и з о б р а ж е н ы пр и ме р н ые схемы
устройств д л я предпусковой кислотной пр омыв ки б а р а ­
банного и пря мот очного п а р о г е не р ат о ро в с п р и н уд и ­
тельной ци р ку л яц ие й р а ст во р а ингибированной кислоты,
подогретого вне п а р о г е н е р а т о р а до з а д а н н о й т е мп е ра ­
туры. Н а рис. 3-8 и з о б р а ж е н а д в у х ко н т у р н а я схема
предпусковой кислотной п ро мы в к и б ло к а п а р о г е н е р а ­
т о р — турби на ,
предусматривающая
п ри ну д ит ел ьн ую
ци рк ул яцию
пр о м ы в оч ны х
р ас тв ор ов из д е а э р а т о р а
через п. в. д., т р а к т пи та те льно й воды, э к о н о м а й з е р
с одной стороны, с другой стороны — в б а р а б а н п а р о ­
гене ра то ра , а оттуда через первичный и пр о ме жу т оч н ый
па ро п ер е гр е ва т ел и по временной линии в т р а кт о сно в ­
ного конденсата и д е а э р а т о р . Д л я прове де ния п ре д пу ­
сковой очистки э н е рг о бл о ка 300 Мет и в ыше тре бу ютс я
уст ан ов ка мощных насосов и м о н т а ж с л о ж но й схемы
временных трубопроводов.
П р ед п у с к о в а я химическая очистка обычно состоит
из р я да операций, в том числе: предварительная ско­
ростная п ром ы вка водой, предварительное щелочение
( обезж иривание) ,
обработка
отложений основными
моющими реагентами, у д а л е н и е отработанного пром ы ­
вочного раствора, нейтрализация остатков реагента,
пассивация поверхности металла для защиты очищ ен­
ной металлической поверхности от коррозии. О бщ ая
продолжительность п редп усково й очистки п а р о ге н е р а ­
тора и тракта питательной в од ы составляет от 10 до
30 дней.
С целью у д ал е н и я из контура о м ы л я е м ы х ж и р о в и
масел, а т а к ж е д л я р а з р ы х л е н и я о тло же ни й перед кис­
лотной пр омыв ко й п а р о г е н ер а то р по дв ер га ет ся п р е д в а ­
рительному ще ло ч ению 1 %- ны м р ас тв ор ом Ы а ОН или
1Ма3Р 0 4 с п ри сад кой э м у л ь г а т о р о в ( ОП-7, О П - Ю ) при
т е м п е р ат у ре 80— 9 0 °С в течение 6 — 8 ч. П р и наличии
в контуре эл е ме нт о в из а ус те нит ны х ст але й щ ел оч ение
производится а м м и а ч н ы м ра ств ором, в в о д им ы м в ко л и­
честве, о б ес п еч ив а ющ ем з на че ние рН = 1 0 . В качестве
основного м о юще го р а с тв о ра при проведении п ре д пу ­
сковой очистки поверхности па ро с ил ов ог о о б о р у до в ан и я
от о к а л ин ы и р ж а в ч и н ы п ри мен яет ся г л а в н ым о б р аз о м
3— 5 % - н ы й ра ств ор с оляной кислоты с п ри сад ко й смеси
4*
99
/
5- I 8
1
-ь- и .
О) С |
Й
Г
О- *Л3н
сО Е
Г*=»
р О
ИО
г
2*
о Л
о
("
О
I^
8 I о.
К
р•
•м
с «8
а=®
«са я3
с о,
:Э^
3*"
^Н
V
ол
2ОЯ
*
^УО
ТОаз
га §-о
^
о
К
о*
<-> а !
• *<«
•"г
СО 5§2
о ^О
К
а«с!
„_ -V
100
ингибиторов ( уротропин, хинолин, ка та пин, П Б - 5 и др.)
в количестве 0,1— 0, 5%- но г о веса моюще го раствора.
Д л я о с л а бл е ни я коррозии под действием хлорного
ж е л е з а в пр о м ы во чны й раствор, помимо ингибиторов,
добавляется
г и д р аз и н - г и д р а т
из
расчета
примерно
100 м г/к г ЫгШ. Интенсивность коррози онн ы х повреж де­
ний под действием ингибированной кислоты при темпе­
ратуре, р авн о й 6 0— 70 °С, не должна превышать 15—
20 г / ( м 2 • ч).
П р о д о л ж и т е л ь н о с т ь воз д ейс тв и я кислоты и весь ход
процесса ко нтр о л и ру ют с я а н а л и з а м и . Если кислотность
р а боче го р а с тв о ра с ни з ил а сь пр актически до нуля, то
пр ои зв оди тс я д о б а в л е н и е новой порции кислоты. Если
темп с н и же ни я кислотности р абоче го р ас тв о р а з а м е д л я ­
ется и к о н ц е нт р ац и я кислоты имеет т енде нцию с т а б и л и ­
з и р о в а т ь с я на некотором уровне, то это с видетельст вует
об окончании процесса кислотной очистки.
П о с л е вытеснения кислоты проводится т щ а т е л ь н а я
в о д н а я о т м ы вк а с це ль ю полного у д ал е н и я из всех э л е ­
ментов контура о т р а б о т а в ш е г о кислотного р ас тв ор а
в месте с р ж а в ч и н о й и окал ин ой, н а х о д я щ и х с я во в зв е­
шенном состоянии в в ыт ес ня ем ом ра с тв ор е и в ып ав ши х
из него. Д л я н ей т р а л и з а ц и и в о з м о ж н ы х ос тат ков кислых
р еа ге нто в контур в течение 4— 6 ч п од в ер г ает ся пос ле ­
д у ю щ е м у ще ло ч ению 0,2 % -н ым р ас тв о ро м едкого на тр а
или 0 , 5 %- ны м р ас тв ор о м а м м и а к а при т е м п е р ат у ре 8 0—
9 0 °С с пр ину д ит ел ьной или естественной ц ир ку л яцие й
при огневом подогреве. Д а л е е пр о и зв о дя т ся вытеснение
и о т м ы вк а щелочног о р а с тв ор а.
Промытый
п ар о г е н е р а т о р
опоражнивается, далее
в с к р ы в а ю т с я б а р а б а н ы и к ол л ек т о ры водяного э к о но ­
м а й з е р а и э к р а н о в с целью их о см отр а и очистки от
ш л а м а , а т а к ж е пр о из в о дя т ся в ы ре з ки о б р а з ц о в труб
д л я оценки р е з у л ь т ат о в очистки.
Д л я обеспечения бе зопасной предпусковой кислотной промывки
п а ров одя но го т р ак т а энергоблоков, имеющих элемен ты пароперегре­
в ат е л я и паропроводы , изготовленные из аустенитной стали в к а ­
честве моющих р аств ор ов применяются слабы й раствор серной
кислоты с гидразином, ингибированные органические кислоты (л и­
монная, а ди п и н о в а я ), а т а к ж е композиции на основе комплексонов
(м оноцитрат аммония, трилон Б и др.) в сочетании с э ф ф ек т и в н ы ­
ми ингибиторами (катапин, кап такс и др.). Все растворы этих
м оющих веществ д о л ж н ы обяз ат ел ь н о приготовляться на обессолен­
ной воде или конденсате. Д л я предпусковых химических очисток
недренируемы х змеевиков
испарительн ой
части парогенератора,
а т а к ж е пароперегревателей, изготовленных из аустенитных сталей,
102
широко применяю тся 2— 3% -ны й раствор лимонной кислоты и 1—
3%-ный раствор моноцитрата аммония, которые о бр азую т при т е м ­
пературе 92— 105 °С с д вух- и трехвалентным ж елезом растворимы е
в воде прочные комплексные соединения, не р а зру ш а ю щ и ес я при
повышении зн ачения рН раствора до 8,0— 8,5. Б л а г о д а р я переходу
всех окислов ж ел е за в раствор м ож но при скорости потока 0,5—
1,2 м/сек вывести их из првмывочного контура и тем самы м пр е д ­
о твр атить опасность о б р а зо в а н и я в нем местных з а в а л о в из отмытых
окалин и рж авчины.
Д л я снижения скорости коррозии основного мет а лл а при исполь­
зовании лимонной кислоты или моноцитрата аммония необходимо
д о б а в л я т ь к моющему раствору смесь ингибиторов (0,02% к ап такса
и 0,1% О П -Ю ). Скорость коррозии котельных сталей при примене­
нии указанны х ингибиторов составл яет 3— 6 г / ( м 2 - ч ) . Следует иметь
в виду, что применяемые органические ингибиторы при температуре
110— 120 °С резко уменьш аю т свою эф фективность и д а ж е р а з р у ­
шаются.
В С С С Р получает полож ительный опыт предпусковая очистка
парогенераторов ингибированной 2— 3%-ной адипиновой кислотой,
ко торая в несколько р аз деш евле моноцитрата аммония, не менее
эф фективна. Более низкая стоимость и м еньш ая дефицитность я в л я ­
ются основными преимущ ествами адипиновой кислоты.
М он орастворы комплексонов (Э Д Т А , трилон Б) недостаточно
эф фективно отмы ваю т железоокисны.е отлож ения, так как дл я к о м ­
плексования
трехвалентного
ж ел е за
необходимо
п о д д е р ж и в а ть
оптимальную величину рН. Успешные р езультаты были получены
при предпусковых пром ы вках с применением композиций комплексо­
о бразую щ их реагентов, в состав которы х входят трилон Б (от 3 до
5 г /к г ) , л им онн ая кислота (от 2 до 5 г/к г), а т а к ж е восстановители
(ги дроксиламин, гидразин — от 0,2 до 0,5 г /к г ) , которые переводят
трехвалентное ж ел е зо в двухвалентное.
в) Эксплуатационная очистка парогенераторов и тракта
питательной воды
К эк сп лу а та ц ио нн о й очистке п ар о ге н е р а т о р о в б а р а ­
банного типа обычно приходится пр ибе г ат ь в том с л у ­
чае, когда на в ы р е з ан ны х о б р а з ц а х труб т олщин а слоя
в од о не с мы в ае м ых
о т ло ж ен ий
д ост иг ае т 1,0— 1,5 мм
в конвективных и 0, 2—0,3 мм в р а ди а ц и о н н ы х п о в е рх ­
ностях.
Д л я п о д д е р ж а н и я д о л ж н о й чистоты внутренней по ­
верхности п а р о о б р а з у ю щ и х труб пр ямо т очн ых п ар о г е ­
н ер а то р ов тре бу ет ся периодически про во дит ь э к с п л у а т а ­
ционные
химические
промывки.
Продолжительность
м е ж нр о м ы во ч но г о периода работы пря мот очного п а р о ­
г енератора за вис ит от допустимой величины о б р а з о в а в ­
шихся в нем от ложе ний , ко торая х а ра кт е р и з у е т с я п о н я ­
тием « с олевая емкость» ( со леемкость) а гр е га т а.
103
Д л я ориентировочных прикидок допустимой п р о д о л жительности работы прямоточного парогенератора меж­
д у очередны м и кислотными промы вками можно при­
нять с о л е в у ю емкость в р а зм е р е 20— 30 кг на 100 т/ч
номинальной паропроизводительности для котлов с в ы ­
несенной переходной зоной и соответственно 7— 10 кг
дл я парогенераторов без вынесенной зоны.
Кол иче ств о о т ло ж ен ий в п а р о г е н е р а т о р е м о ж н о п р и ­
б л и ж е н н о о пр е д е ля т ь путем с ис тематической р е г и с т р а ­
ции его на г ру зк и, а т а к ж е химического сос та ва п и т а ­
тельной воды и проб в ы д а в а е м о г о пе ре гре тог о па ра .
Пр и этом с ледует у чи т ыв а ть и количество солей, в ы м ы ­
ва е мы х с поверхности на гр ев а при водных отмывк ах ,
а т а к ж е в ременное ух уд ше ни е качества питательной во­
д ы в первые часы после растоиок.
Н а и б о л е е н а д е ж н ы м способом у ст ан ов л ен ия опти­
ма льной п ро д ол жи т е л ь н о с т и м е жп р о м ыв о ч н о г о периода
р або т ы д л я к а ж д о г о пр ямот очн ого п а р о г е н е р а т о р а я в ­
л я е т с я сис те мат ич ес ко е в ыр е з а н и е ко нтр о л ьн ых отрезков
тр уб при о с та но в ка х п а р о г е н е р а т о р а из на и бо л ее х а р а к ­
терных в отношении з а г р я з н е н и й учас тков поверхности
на г ре в а п а р о г е н е р а т о р а ( обычно из э к о н о м а й з е р а , пе ре ­
ходной зоны, шир м, н. р. ч., про ме жу т оч н ог о п а р о п е р е ­
г р е в а т е л я ) с по сл ед ующ ей количественной оценкой от­
л о ж е н и й на этих ко нтр ол ьн ых отрезках.
Щелочная «выварка» парогенератора барабанного
типа о с у щ е с т в ля ет с я горячим р ас тв ор о м едкого на тра ,
соды или т р и н а т р и й ф о с ф а т а :
З С а 5 0 4 + 2 Ы а з Р 0 4= С а з ( Р 0 4)2 + ЗЫа2504;
(3-19)
С а 5 Ю 3+ Ыа 2С 0 3= С а С 0 3+ N 325103.
(3-20)
Э к с п л у а т а ц и о н н а я п р ом ы вк а п ар о г е не р а т о р о в б а р а ­
банног о и пр ямо т очн ого типов 4 — 6 %- ным раств ор ом
ин ги би ро ва нно й с оляной кислоты по з во ля е т успешно
у д а л я т ь ка р бо на т ны е , ф о с ф а т н ы е и же л ез о о к и с н ы е от­
ложения:
С аС О з+2Н С 1 = СаС!2+ Н 20 + С 0 2;
(3-21)
Г е 0 + 2НС1 = РеС!2+ Н 20 ;
(3-22)
2 С а з ( Р 0 4)2 + 6НС1 = ЗСаС12+ 2 Н з Р 0 4;
(3-23)
2 М д з ( Р 0 4)2 + 6НС1 = З М е С 1 2 + 2 Н зР 0 4.
(3-24)
Образующиеся
кислоты х ло р ид ы
104
в р е зу л ь т а т е воздействия
соляной
к а л ь ц ия , м аг ния и ж е л е з а хо ро шо
р а с т в о р и м ы в воде, вследствие чего они у д а л я ю т с я из
очищаемого агрегата вместе с промывочным раствором.
П ри наличии накипи с м еша н но г о х а р а к т е р а б ольшо е
значение п ри обр е т ае т ра с тв ор ен ие кислотой того п о д ­
слоя из з акиси ж е л е з а ,'1 который я в л яе т с я с в о е о бр а зн ы м
цементом, с к р е п л я ю щ и м н ак и пь с поверхностью стенки
па ро ге не р а т ор а . Р а з р ы х л е н и е и у да ле н ие соляной или
серной кислотой этого подслоя прив одит к тому, что
с вя зь м е ж д у на кипь ю и м е т а л л о м или м е ж д у м е та л ло м
и слоем окислов о с л а б л я е т с я ; н ак ипь в з л а м ы в а е т с я и
о т ва ли в ае тс я . П р о т е к а н и е этого процесса у сил ив ае тс я
б л а г о д а р я в ыд ел ени ю п уз ыр ь к о в в о д оро да в р ез у л ь та т е
воздействия кислоты на ме та лл :
Ре + Н 25 0 4= Р е $ 0 4+ Н2;
(3-25)
Ре + 2НС1 = РеС12+ Н2.
(3-26)
Вв ид у того, что с и л и к а тн ы е нак ипи не по д да ют ся
воздействию одной соляной кислоты, д л я их у д ал е н и я
п ри мен яет ся смесь соляной и п ла в ик ов ой кислот л ибо
к пр ом ыв о ч но му р а ст во р у соляной кислоты д о б а в л я е т с я
15— 20 г /к г ф т о р и д а н а т ри я или б и фт о р и д а аммо ния .
ЗЮ2+ 6НР = Н25!Рб + 2Н20 ;
Са5Ю 3+2НС1 + 4НР = СаС12+ 5 1 р 4 + ЗН20 ;
(3-27)
(3-28)
Ы аРе(5Ю з)2+ 4НС1 + 8НР =
= № С1 + РеС!з + 25 !Р 4+ 6Н 20 ;
(3-29)
ЫаА1 ($ Ю з)2+ 4НС1 + 8Н Р =
= ЫаС1+А1С1 3+ 251Р4 + 6 Н 20 .
(3-30)
Т а к как ф то р ид ы ядовиты, то д ля слива о т р а б о т а н ­
ных р ас тв о ро в т р ебуютс я с пе ци а ль н ые колодцы, в ко­
торых о с у щ ес т вл я ет с я их о б ез в р е ж и в а н и е .
Перспективными реагентами д л я проведения эксплуатационны х
химических очисток пар огенерато ров яв л яю тс я органические ко м ­
плексующие растворители — комплексоны. И з них в первую очередь
н а х о д я т применение эт ил е нди ам ин те тра ук сус на я кислота (Э Д Т А ) и
ди н ат р и е я ая соль Э Д Т А (известная под названием трилон Б ) , к ото­
рые о б л а д а ю т способностью о б р а зо в ы в ат ь высокопрочные, хорош о
растворим ы е и м алодиссоци ирован ны е комплексонаты. М он орастворы
ком плексонов особенно эф фективно отм ы ваю т кальциевы е и м аг н и ­
евые накипи. При наличии в составе отлож ений кремниевой кислоты
и маслянисты х за грязнений ц елесообразно вводить в компози ции на
основе комплексонов ф т ор и д или биф то ри д а ммония и моющие пре­
п а р ат ы (ОП-7, О П -Ш ).
Применение в к ачестве м ою щ их ингибированных раств ор ов
Э Д Т А и трилона Б не требует проведения специальной д о п олн и­
тельной операц ии по пассивации отмы ты х поверхностей м еталл а,
105
^ак как На них ойтаёТСя тонкая защ итная пленка йагнетита. В о з­
м ож но т а к ж е использование основного оборудовани я паросиловой
установки без создания спец иальных промывочных схем. Так, н а ­
пример, д л я парогенераторов ба раб ан н ого типа мож ет быть исполь­
зована естественная циркуляция при слабом обогреве поверхностей
труб, а д л я прямоточных — рабочая растопочная схема.
Комплексоны применимы при любы х конструкционных м ат е р и а ­
л а х , в том числе и при наличии поверхностей нагрева из аустенитных н е р ж а в ею щ и х сталей. Б л а г о д а р я этому промывка комплексонами или ком позициями на их основе существенно с окра щ ае т д л и ­
тельность химической очистки. В связи с полным р азл о ж ением
комплексонов и комплексонатов при рабочих т ем пературах п а р о ­
генераторов не требуется т щ ател ьное удаление промывочных р а с т ­
воров.
К недостаткам комплексонов (Э Д Т А , трилона Б) могут быть
отнесены их в ы со кая стоимость и дефицитность, а т а к ж е значи­
тел ьн ая зависимость от величины рН их ком плексообразую щ ей
способности по отношению к отдельным катионам -ком плексообразов ател ям . Э к сп л уат ац и о н н а я очистка п а рогенератора бараб ан но го
типа ТП-170 с применением композиций на основе комплексонов
за н и м а ет около суток вместо обычных 8— 10 суток д л я очистки
минеральными кислотами.
П р и кислотной очистке п а р о о б р а з у ю щ и х тру б от от­
л о ж е ни й , с о стоя щих в основном из м е та лл ич ес ко й меди,
на о чища е мо й поверхности основного м е т а л л а остается
тонкий слой м е та лл ич ес ко й меди. Д л я того чтобы из бе ­
ж а т ь этого, э к с п л у а т а ц и о н н а я хими че ска я очистка п а ­
р ог е не р ат ор о в от о т ло ж ен ий меди и ма гне тит а ведется
путем з ап ол н е н и я п ар о ге н е р а т о р а и ци рк ул я ци и в нем
3 % - н о г о р а ст в о р а лим о нн ой кислоты с д о б ав л ен ие м
ЫН 3 до р Н = 3,5 при 9 5 °С. З а т е м р ас тв ор о х л а ж д а е т с я
до 60 °С, и зна че ние рН п о вы ш ае тс я до 9— 10 д о з и р о в а ­
нием а м м и а к а , а т а к ж е д о б а в л я е т с я о ки сли те ль ( гипо­
х лорит или б р о м а т на т ри я , п е р с у л ь ф а т а м м о ни я и др.)
с по с л ед у ющ им р ас тв о р е н ие м полученных о кис лов меди
а м м и а ч н ы м р ас тв о ро м ( Ы Н 4О Н ) и выводом их из котла
в ф о р м е м е д н о а м м и а ч н ы х комплексов. Д а л е е п р о м ы ­
вочный р ас тв ор д р ен ир уе тс я, и п а р о г е н е р а т о р п р о м ы в а ­
ется обессоленной водой.
Д л я у д а л е н и я в о д о в ым ыв н ых о т ло ж ен ий соединений
на тр ия , к а л ь ц и я и м аг ния пр я мо т оч н ые п а р о г е не р ат о ры
периодически п о д в е р г аю т с я в одным п р о м ы в к а м с ис­
п о ль зо в ан и ем д л я этой цели д е а э р и р о в а н н о г о к он де нса та
л иб о обессоленной воды с т е мп е ра ту р о й 100— 250 °С.
С к о р о с т ь д в и ж е н и я пр ом ыв о ч но й воды 0,5— 1 м/сек.
С н а ч а л а в о д на я п ро м ы в к а пров одит ся в течение 2— 3 н
по з а м к н у т о м у контуру: д е а э р а т о р — на сос — п а р о г е н е ­
р а т о р — ра сто п очн ый с е п а р а т о р — д е а э р а т о р , а з ат ем
106
производится
вытеснение пр омыв оч но г о р а с тв о р а из
контура, которое п р о д о л ж а е т с я до тех пор, пока ж е с т ­
кость и щел оч нос ть воды на входе в п а р о г е н ер а то р и
выходе из него б уду т прак ти че ски сов па да ть .
Д л я периодического удал ен ия отложений, с о д е р ж а щ и х в основ­
ном легкораствори мы е соли, могут быть т а к ж е применены непро­
до л ж ит ел ьн ы е (1—2 ч) па р о в о д ян ы е промывки парогенераторов.
С этой целью парогенератор отклю чается от паровых магистралей,
и на столько с ниж аю тся д ав л ени е и нагрузка, чтобы в растопочный
сепаратор попеременно поступали в л аж н ы й и перегретый пар.
Д л я э к с п л у а т ац и он н ой очистки к он д ен са то ро в пр и­
меняется р я д методов, в том числе н е п р е р ы в н а я м е х а ­
ническая очистка к о н д е н с а ­
т орных
труб
р е зин ов ыми
■%
ш а р и к а м и и пе р ио дич ес ка я
А
ме ха ни ч ес ка я очистка ( е р ­
/
ш а м и и в о д о- во зду шны м и
пис то л ет ами ) и кис лот ные
1
)
промывки.
Н а рис. 3-9 и з о б р а ж е н а
с хе ма не прерыв но д ей с т в у ю ­
!<>;' 3
щего у ст ройства, с п о мо щ ью
которого
р ых л ые о т л о ж е ­
ния у д а л я ю т с я из к о н д е н с а ­
торных труб. П ор ис т ые р е ­
зино вые ш ар и к и д иа ме тр о м ,
б ли з ки м к д и а м е т р у труб,
р е ци р к у л и р у ют в с п е ц и а л ь ­
но с о зд ан но м контуре. Эти
ш а р и к и с пе ци а ль н ым н а с о ­
сом или в од ост ру йн ым э ж е к ­
тором 1 через з аг р уз оч н ую
к а м е р у 2 п о д а ют с я в н а г н е ­
т а те л ь н ы й т р у б о п р о в о д о х ­
Рис. 3-9. Схем а самоочистки
л а ж д а ю щ е й воды и вместе
конденсаторов резиновыми ш а ­
риками.
с ней пос ту па ют в' ко н д е н с а ­
тор. П р о х о д я по т р у ба м к о н­ / — водоструйны й эж ектор; 2 — з а ­
гр у зо чн ая к ам ер а; 3 — конденсатор;
д е н с а т о р а 3, они о т ди р аю т
4 — патрубок с конусной сеткой;
5 — сливной бак; 6 — насос о х л а ж ­
р ы х лы е о т л о ж е н и я со сте­
даю щ ей
воды; 7 — о гр ад и тел ьн ая
сетка.
нок к о н д ен са т ор ны х труб,
по пути о м ы в а ю т с я в о х л а ­
ж д а ю щ е й воде и з ат ем у л а в л и в а ю т с я конусной с тен­
кой 4, ус тановленной на сливе о х л а ж д а ю щ е й воды за
ко нденсатором. Д а л е е резиновые ш ар и к и по ступают на
всас водоструйного э ж е к т о р а 1, и процесс повторяется.
107
\
З а г р у з к а ш а р и к о в в систему ци рк ул я ци и и извлечение
их из системы д л я осмотра и з а м е н ы п рои зв о дя тс я во
вре мя р або т ы т у р б о аг р ег а та .
Способ тепловой очистки конденсатора п ре ду с м атр ив ае т про­
качку возду ха спец иальным вентилятором через к алори ф ер, где он
подогревается до 60° С и выше и д а л е е поступает в конденсаторны е
т рубы через водяну ю к ам еру очищ аемого сектора конденсатора.
П р од увк а горячим воздухом производится в течение 6— 8 ч до
полного высыхания отлож ений внутри труб, когд а происходит р а с ­
трескивание и отслаиван ие отлож ений. При включении конденсатора
эти диспергированны е о тлож е ния вы м ы ваю тся потоком воды. Т ак а я
очистка м о ж е т производиться по отдельным секторам конденсатора
и не требует остановки турбоагрегата.
Д л я у да л ен и я к арбонатной накипи применяется промывка к он ­
денсаторов 4— 5% -ны м раствором соляной кислоты с добавкой
0,2% ингибиторов (уротропин, тиом очевина, П Б -5).
К исл отн ая пром ы вка загрязнен ны х конденсаторо в проводится
при т ем пературе 50— 60 °С в течение 2— 3 ч.
Д л я удал ен ия м ед но-ж ел езисты х о тлож ений м о ж е т быть при­
менена промывка конденсатора раствором композиций на основе
комплексонов. С о став такой композиции следует п о д бирать с учетом
х а р а к т е р а отлож ений, требую щ их д л я своего перевода в раствор
п о д д е р ж а н и я определенной величины рН.
В т епл оо бм ен н ик ах , где по д о гр е ва ют с я с ыр ые или
химически о б р а б о т а н н ы е пр ир о дн ые воды с п р е о б л а ­
д а ю щ е й к а р б о на т н ой ж ес тко с тью, в п о д а в л я ю щ е м б о л ь ­
шинс тв е с лу ч ае в о т л а г а е т с я п ре и му щ ес тве нно к а р б о н а т ­
н а я накипь, и ра ст во ре н ие ее ингиби ро ва нно й соляной
кислотой, ка к пр авило, уд о вл ет в ор ит е ль но идет при
т е м п е р а т у р е пр омывочног о р а ст в о р а п о р я д ка 30— 40 °С.
С п о мо щ ью п ром ыв о ч но го на соса с о зд ае тс я скорость
ц и р к ул я ци и кислотного р а с тв ор а в п р о м ы в а е м о м а п п а ­
ра т е не н и ж е 0,15— 0,2 м/сек. П р о д о л ж и т е л ь н о с т ь пр о­
мывки т епл о обм енн ых а п п а р а т о в ингиби ро ва нно й соля-,
ной кислотой с ос та в ля е т 2— 4 ч.
ГЛАВА
ЧЕТВЕРТАЯ
З А Г Р Я З Н Е Н И Е ПАРА, О Б Р А З О В А Н И Е
О Т Л О Ж Е Н И Й ПО П А РО ВО М У ТРАКТУ
И СПОСОБЫ ИХ У Д А Л Е Н И Я
4-1. О С Н О В Н Ы Е П О Л О Ж Е Н И Я
П е р е х о д в пар с о д е р ж а щ и х с я в и сп ар я ем о й котловой
воде п ро ду кт ов коррозии к онс трук ционных ма те р иа ло в ,
солей и кре мн ек ис л ых соединений с п ос ле ду ющ им пе р е ­
носом их н а с ы щ е н н ы м па ром в п е р ег р ев а те л ь и д а л е е
с т урбину и о б р а з о в а н и е м о т ло ж ен ий в ее проточной
части я в л я е т с я р е з у л ь та т о м с л о жн ог о ко мплекса физи108
ко-химических, физических и т епломе ханичес ких пр о ­
цессов, в з а и м о с в я з а н н ы х м е ж д у собой.
В п ар о г е не р а т о р а х с м ног ократ ной ц ир ку л яцие й р а з ­
д еление п а ро в о д яно й смеси, по ст упа юще й в б а р а б а н ,
никогда не б ыв ае т по лным, поэтому н ас ы ще нн ый пар,
в ыходя из б а р а б а н а , у в л е ка е т с собой некоторое к о л и­
чество ка пе ле к котловой воды вместе с с о д е р ж а щ и м и с я
в ней р а ст во р е н ны м и со л ями и щ ел о ча м и, а т а к ж е к о л ­
л оид ны ми и г р убод ис перс ны ми ч ас тиц ами органических
и м и н е ра л ьн ы х веществ. П р и в не за пном с ниже нии д а в ­
ления в п а р о г е н е р а т о р е и зна чи т е л ьн ых к ол е б а н и я х н а ­
грузки м о ж е т н а б л ю д а т ь с я к р а т ко в ре м ен н ое з н а ч и т е л ь ­
ное у худше ние
каче ств а
п ар а
вследствие бросков
котловой воды, в ыз в а н н ы х н аб у ха ни ем и б урным в ски­
панием ее. То ж е имеед место при зн ач и те л ьн ом п ов ы­
шении уровня воды в б а р а б а н е вс ле дс тв ие перепитки
п ар ог е не р ат о ра . Бр о с ки котловой воды фи кс и ру ют с я з а ­
метным сни же ние м т е м п ер а ту р ы пе ре г ре ва п ар а и по ­
к а з а н и я м и солемеров.
С ростом с о д е р ж а н и я в котловой воде на т рие в ых
соединений, орг аниче ских в еще ст в и в зв ешен ны х т в е р ­
дых ч астиц в оз ни ка е т опа снос ть п е н о об ра з ов а ни я. З н а ­
чительное н ак опл ение на поверхности слоя воды пены
и вынос ее или пр од укт ов р а з р у ш е н и я пены т а к ж е м о ­
гут привести к сил ьно му у в л а ж н е н и ю и з а г р я з н е н и ю
па ра . Т а к и м о б р аз о м, одним из ф а к т о р о в з а г р я з н е н и я
на с ыщ енног о п а р а я в л я е т с я ме ха ниче ский унос к а п е л е к
котловой воды, к от ор ые о б р а з у ю т с я
в р е з у л ьт ат е
р а з б р ы з г и в а н и я ее в б а р а б а н е п ар ог е н е р а т о р а , а т а к ж е
при р а з р у ш ен и и па р ов ых п уз ыр ь к о в в процессе н а б у х а ­
ния и вс пе ни ва ния котловой воды.
П р а к т и ч е с к и все веще ст ва , с о д е р ж а щ и е с я в котловой
воде, о б л а д а ю т способностью в той или иной мере
р а с тв о р я ть с я в сухом н а с ы щ е нн ом и перегретом паре.
Х а р а к т е р поведения эти$ веществ в па ров ой ф а з е о п р е ­
д е л я е т с я г л а в н ы м о б р а з о м их ф и з и ко -м ехан ич еск им и
свойствами, а т а к ж е п а р а м е т р а м и па ра . С пов ыше ние м
д а в л е н и я и соответственно плотности в ы р а б а т ы в а е м о г о
в п ар о г е не р а т о р е п а р а з а м е т н о в о з р а с т а е т о б р а з о в а н и е
истинных п а р о в ы х р а с т в о р о в р а з л и ч н ы х н е ­
летучих неорганических
с о е д и н е н и й . При
д а вл ен ии, б ол ьш ем 60 кгс/см 2, з а м е т н о у в ел ич ив а ет ся
р а ст во ри мо с ть в па ре о кислов ж е л е з а и кремниевой кис­
лоты. Н а т р и е в ы е соединения ( № О Н , ЫаС1, Ыа25 0 4)
109
н ач ина ют р а с тв о ря т ьс я в па ре при более высоких д а в ­
лениях.
В конечном счете на качество па р а, про из в о димо го
б а р а б а н н ы м п а р ог е не р ат о ро м , в л и я ют с л е д ую щ и е ф а к ­
торы:
а) с о ле вы е с оставы пи та те ль но й и котловой воды,
а т а к ж е воды, использ уемой д л я р е гу л ир ов а ни я т емп е ­
р а ту ры перегретого п а ра во в пр ы с к и в а ю щ и х п а р о о х л а ­
д ит ел ях ;
б) выс ота и об ъе м п ар ов ог о п ро с тр а нс тв а б а р а б а н а ,
способы в вода па ро в од я но й смеси в б а р а б а н и способ
от вода
н ас ыщ енног о п а р а из б а р а б а н а ;
на лич ие и
э ф фе к т и в н о с т ь р аб от ы в н ут рик от ло в ых с е па р ир у ющи х ,
п а ро п р о м ы в о ч н ы х и др угих устройств;
в) э к с п л у а т а ц и о н н ы й р е ж и м п а р о г е н е р а т о р а ( в ел и­
чина и р а в н ом е рн ос т ь на грузки, по л ож ен и е у ров ня во­
ды в б а р а б а н е и пр.).
О т но с и т е л ь н а я величина з а г р я з н е н и я п а ра х а р а к т е ­
р изуется к оэ ффиц ие нт ом уноса К у , который о п р е д е л я е т ­
ся по ф о р м у л е
где а п и Л к.в — с о л е с о д е р ж а н и е или к он ц ент ра ци я какого-либо в еще ст ва в па ре и котловой воде, мкг/кг.
В парогенераторах различают у н о с к а п е л ь н ы й
и и з б и р а т е л ь н ы й . Унос н а з ы в а ю т к ап е ль н ым в том
сл учае, когда з а г р я з н е н и е п а р а происходит вследствие
выноса веществ, с о д е р ж а щ и х с я в котловой воде, в пар
с к а п е л ь к а м и последней. Если ж е з а г р я з н е ни е пара
происходит в следствие р ас тв ор е ния в сухом на с ыщ енно м
и пе ре гре том па ре не ко то рых веществ, с о д е р ж а щ и х с я
в котловой воде, то такой унос н а з ы в а ю т из б ир ат ел ьным.
В о бще м с л уч ае величина к оэ ф фи ц ие нт а уноса о пр е ­
д е л я е т с я ф ор м ул ой
К у — К к у - \ - К и у = - ^ - - { - - 1- ,
/1к.а
'•к.в
(4-2)
где
Кк.у —Як.у/Ак.в — ко э фф иц и ен т
ка пе льног о
уноса;
Ка.у—йа у/Лк.в — к оэ фф иц ие нт
изб ир а те л ьн ог о
уноса;
«к.у — ка пе линый
унос,
м к г /к г ; а 11у — из б ир ат ел ьны й
унос, м кг/кг,
а к.у + а и.у = а а, м кг/кг.
(4-3)
ПО
Выв о д в редных примесей из Цикла и п о д д е р ж а н и е
эк сп лу а та ц ио нн ых норм качества котловой воды в п а р о ­
г е н е р ат ор а х б а р а б а н н о г о типа дост иг аютс я с по м о щь ю
н е п р е р ы в н о й п р о д у в к и . Н а б ло к ах с п р я м о т о ч ­
ными па ро г ен ер а т о ра м^ , п р е д с т а в л я е т с я в о з м о ж н ы м вы­
водить из п а р о во д ян ог о цикла толь ко часть примесей,
гл а вн ым о б р аз о м ка ль ц ие в ых соединений и пр одукт ов
коррозии, н а к а п л и в а ю щ и х с я на пове рхност ях на г ре в а
п ар о ге не р ат о ро в , с п ос ле дующ им периодическим у д а л е ­
нием о б р а з о в а в ш и х с я о т ло ж ен ий посредством водной
или химической промывок.
Ч то ж е ка са е тс я кремниевой кислоты, на т рие в ых
соединений и окислов меди, то их ис тинная р а с т в о р и ­
мость в сухом н а с ы щ е нн ом и переТретом п ар е с. в. д.
и с. к. д. з на чи т ел ь но выше, чем д е й с т в и те л ьн ая их ко н­
це нт ра ци я в питательной воде п ря мо т очн ых п а р о г е н е ­
раторов. П о э т о му пр актически все количество у к а з а н ­
ных веще ст в полностью выносится из п ар о ге н е р а т о р а и
я вл яе т ся источником о б р а з о в а н и я о пасных о т ло ж ен ий
в проточной части турбин. В п ар о г е н е р а т о р е оседают
л и ш ь соединения, х а р а к т е р и з у ю щ и е с я м а ло й р а с т в о р и ­
мостью.
П о с к о л ь к у в перегретом паре, производим ом пря м о­
точными парогенераторами, содержание неорганических
соединений прим ерно такое же, как и в питательной в о ­
де, н еобходим о обеспечить вы сокое качество последней,
чтобы снабжать турбины паром надлеж ащ ей чистоты.
С этой целью на Т Э С с прямоточными парогенераторами
околокритического и сверхкритического да влен ий д о л ­
жен, помимо обессоливания добавочн ой питательной в о ­
ды, проводиться систематический в ы в о д из цикла солей
и продуктов коррозии конструкционных материалов,
оставшихся в паре по вы хо д е его из турбины, а также
попавших в тракт питательной воды с производственны­
ми конденсатами и дренажами.
О пы т э к с п л уа т а ц и и Т ЭС по ка з ы в а ет , что при н ед о­
статочной чистоте па ра проточные части турбин и п а р о ­
пе ре г ре в ат ел и
за но с ят с я
н а т ри ев ы ми соединениями,
кремниевой кислотой, а т а к ж е пр о д ук та ми коррозии
ж е л е з а , меди, л ат ун и и никеля. Р е нт г ен ос т ру кт у рн ый и
т е рм о г ра фич еск ий ф а з о в ы й а н а л и з ы о т ло ж ен ий в п ро ­
точной части турбин о б н а р у ж и в а ю т присутствие в них
РеО, РегОз, Рез 04, СиО, СигО, Ыаг^Юз, N 82804, ЗЮг
и др угих примесей. Ис то чн и ка ми п оя в ле ни я в цикле
111
Т ЭС этих веществ я в л яю т с я примеси, пр он и ка ющи е
в конденсат с о х л а ж д а ю щ е й водой через неплотности
ко нденсаторов; проскок тонкодисперсной
кремниевой
кислоты в обессоленную п ри ро дн ую воду, а т а к ж е не­
д о с т а т о ч н а я ко р ро з ио нн ая стойкость труб к о н де н са т о­
ров и р ег ен ер а ти в ны х по д ог ре ва те ле й, изго то вл енных из
л а ту ни, м е дн оник ел ев ых с пл а во в и м о не л ь - м е т а л л а . По
мере у с о в е рш ен ст в ов а ни я методов подготовки п и т а ­
т ельной воды у ве л ич ив а етс я д о л я за гр я зн ен и й, пр и хо ­
д я щ и х с я на пр од укт ы коррозии таких конструкционных
м а т е р и а л о в , к а к медь, ж е ле з о, никель, цинк, к о ба л ьт
и др., что п о д т в е р ж д а е т с я с ос та во м о т ло же ний , о б р а ­
з у ю щ и х с я в проточной части турбин с ов ре ме нных ТЭС.
Так, на пр им ер , на л о п а т к а х и д и а ф р а г м а х ц. в. д.
т ур бин э н е р го б ло ко в с. к. д. о б н а р у ж и в а ю т с я о т л о ­
ж е н и я , с ос то я щи е на 8 5 — 95% из смеси окиси и закиси
меди.
С о с та в примесей и их к о н це нт р ац и я в перегретом
п а ре о к а з ы в а ю т в лия ни е к а к на степень о т л о ж е н и я их
в проточной части турбины, т а к и на р ас пр е де ле н ие
о тл о ж е н и й по ее ступеням. П о с ле дн ее имеет н е м а л о в а ж ­
ное значение, т а к к а к в отношении с н и ж е ни я п ро п ус к­
ной способности лопа то чн ого а п п а р а т а отложение солей
в ступенях вы сокого давления, имеющих небольш ие п р о ­
ходн ы е сечения, н ам ного опаснее, чем такое же ко л и ­
чество отложений, возникш ее в ступенях ср едн его и н из­
кого давлений.
|
Х а р а к т е р н ы м д л я о т ло ж ен ий я в л я е т с я н е р а в н о м е р ­
ность р а сп ре д е л е н и я их по о т де л ьн ым с ту пе ня м т у р б и ­
ны. З а г р я з н е н и ю б о ль ш е всего п о д в е р ж е н ы м а л о о б т е ­
к а е м ы е поверхности л иб о поверхности, о м ы в а е м ы е п а ­
ром с м а л ой скоростью. К п ер в о м у с л уч аю относятся
поверхности, от кот орых о т р ы в а е т с я поток па ра : спинки
л о п а т о к д и а ф р а г м и дисков, кр о мк и л опа ток, в ну т ре н­
н яя по верхность б а н д а ж е й и т. д. Ко в торому с лу ча ю
от нос я тс я поверхности вне потока струи п ар а : отверстия
дисков, неплотности в с т ы к ах протечки па ра .
М о ж н о у т в е р ж д а т ь , что л о п а т о чн ы й а п п а р а т турбин
энергетических блок ов с. к. д. зна чи т е л ьн о более чувст­
вителен к о т л о ж е н и я м солей и пр од укт ов коррозии, чем
п а р о о б р а з у ю щ и е и п а р о п е р е г р е в а т е л ь н ы е т рубы п а р о ­
г ене ра то р о в . Ес ли п а р о г е н ер а то р с. к. д. мо же т, к а к п р а ­
вило, р а б о т а т ь без суще ст ве нног о с н и ж е ни я на де жн ос т и
и эк ономичности при на лич ии на его поверхности н а г р е ­
112
ва 100 кг и более твердых о тложе ний, то д а ж е с а м ые
н ез на чит ел ьны е о т л о ж е ни я ( не сколь ко
к и л о гр а мм о в)
в проточной части с оот вет ст вующе й т урбины (300—
500 Мет) у ве л ич ив а ют пе р епа д д а в ле н ий в п р о м е ж у т о ч ­
ных ступенях, и к а к с ледствие этого процесса пр ои сх о ­
дит суще ст ве нное о гр аниче ние но м и на л ьн ой мощности
турбины. Н е р а в н о м е р н о е р а с пр е де ле н ие о т ло ж е н и й м е ж ­
ду ра бо ч им и л о п а т к а м и и с опл ам и прив одит к и з ме н е­
нию степени ре акции по с тупеням выше расчетных, что
о б у с л о вл ив а ет в о з р а с т а н ие осевых усилий, д ей с тв у ющи х
на упорный подшипник. Увеличение ш ер ох ов ат ос ти л о ­
паток, и с к а ж е н и е п ро фил ей к а н а л о в и п е р е р а с п р е д е л е ­
ние т епл ов ых п ер е па до в в ступенях из-за о тло же ни й
пр иводят к з а м е т н о м у с ни же нию э к о н о м и ч н о с т и ^ т у р ­
бины.
м
' “'2
Количество веществ, отлагающихся в проточной
части турбины за меж промывочный период, которое не
сказывается заметно на уменьш ении внутреннего к. п. д.
турбины и ограничении ее мощности, называют солеемкостыо. При наличии в о д о р а с т в о р и м ы х о т ло ж ен ий и
частых о с тан ов ок тур бины, во в ре мя которых о т л о ж е ­
ния в ы мы в а ю т с я , с о ле емк ос ть ту р би ны м о ж н о р а с с м а т ­
р ив а ть ка к количество о т ло ж ений , н а к а п л и в а ю щ и х с я
в ней за период м е ж д у о с та но в ка ми. Н а п р и м е р , с ол е­
емкость тур би ны 200 Мет оце нив ае тс я п ри бл из ит ел ьн о
в 5 кг.
Ос но в ным и н ор м и р у е м ы м и п о к а з а т е л я м и качества
п ар а на входе в ту р би ну я в л я ю т с я д опу с т им ые зна че ния
его с о л е с о д е р ж а н и я и к р е м н е с о д е р ж а н и я , при п о д д е р ­
ж а н и и которых о б ес пе чив ае тс я д ост ат очн о д л и т е л ь н а я
р аб от а тур би ны без з а ме тн о го у х уд ш е н и я ее э к о н о м и ч ­
ности и с н и ж е ни я мощности. Н о р м и р у е т с я т а к ж е д о п у ­
с тим ая ко нц ен т ра ци я в п а ре свободной углекислоты
с целью п р е д о т в р а щ е н и я коррозии о б р ат н ы х конденсатопроводов, а т а к ж е о б ор у до в а н и я , и ме юще го д ет а ли,
изготовленные из л а т у н и или д ру ги х ме дных сплавов,
п о д в е р ж е н н ы х углекис ло т ной коррозии.
Б а з и р у я с ь на статистических д а н н ы х по р е з у л ь т а т а м
д ли те ль но й э к с п л у а та ц и и б ольш ог о числа турбин р а з ­
л ич ных типов и мощностей, у с та но в ил и но р м ы д о п у с ти ­
мой к он це нт ра ци и д л я р я д а примесей в пе ре гре том п ар е
перед т ур би н ам и, п о д д е р ж а н и е которых по з во ля е т и з б е ­
ж а т ь опасного з а но с а
ими проточной части
(см.
табл. 4-1).
ИЗ
Таблица
Нормы качества перегретого пара на
входр
4-1
турбину
в
М аксим ально допустим ое содерж ание вещ ества в паре, м к г ! к г
Д авление
пара,
к з с / см
До 40
40-100
Выше 100
Соединения натрия к
пересчете на № +
КЭС
ТЭЦ
60
15
100
10
25
15
К пемниевая кислота в
„ 2пересчете на ЬЮ 3
при
70 к г с / с м 2
КЭС
ТЭЦ
20
20
30
30
Свободная у гл еки сл о­
та СОа
КЭС
ТЭЦ
10
20
10
0
5
0
О бле г че ни е тр е бо ва ний, п р е д ъ я в л я е м ы х к качеству
п ар а , в ы р а б а т ы в а е м о г о в п а р о г е н е р а т о р а х п р о м ы ш л е н ­
ных Т Э Ц в условиях по в ыше нно г о с о л е с о д е р ж а н и я и
кремнесодержания
пита те льной
воды,
обусловлено:
а) наличием отборного па р а, у но с яще го с собой из ци к ­
л а з н а ч ит е ль ну ю д о л ю (иногда б о ль ш е половины) солей,
в носимых п ар ом из б а р а б а н о в п ар о г е не ра т ор ов ; б) з н а ­
ч ительными периодическими к ол е б а н и я ми па ров ой н а ­
г рузки турбин, с по со б ств ую щи ми с а мо о ч и ще ни ю п ро ­
точной части и, в частности, выносу с па ром с мытых
з а г р я з н е н и й в отборы.
Д л я обеспечения п ов ы ше нны х т ре бо ва ни й к качеству
п а ра на Т Э С с э н е р г о б л о к а м и с. к. д. д о л ж е н о с у щ ес т ­
в л я т ь с я с л е ду ющи й ко м пл ек с основных мероприятий:
а) г л у б о к а я очистка до ба воч но й питательной воды и
конденсатов; б) о б е с к и с л о р о ж и в а н и е и к ор ре кцио нна я
о б р а б о т к а пи та те льно й воды ( до зи ро в а ни е г ид р аз ин а,
а м м и а к а ) ; в) обеспечение высокой плотности к о н де н са ­
торов; г) п ре д о т в р а щ е н и е з а б р о со в в т р а к т пита те льной
воды ко нц ен т ра т а испарителей; д) п ре д пу с ко в а я и р е­
г у л я р н ы е э к с п л у а т а ц и о н н ы е химические очистки п а р о ­
г е н е р ат ор о в и т р а к т а пита те ль ной воды; е) п ра в ил ьн ы й
в ыб ор корроз ионн ост ойк их констр у к цио н ных м а т е р и а л о в
при изготовлении т ру б д л я р е ге не р ат и вн ых п од о г р е в а т е ­
лей и конде нса то р ов ; ж ) обеспечение э ф фе кт и вн ой кон­
с е рв ации
па ро сил ов о г о
о б ор у д о в а н и я во в р е мя его
простоев; з) о с на щ ен ие п ар о г е не р а т о р о в б а р а б а н н о г о
типа э ф ф е к т и в н ы м и с е п а р и р у ю щ и м и и п а р о п р о м ы в о ч ­
ными устройствами; и) сис те мат иче ско е п о д д е р ж а н и е
н ор м и р у е м ы х п ок а з а т е л е й каче ств а пита те льной и кот­
л овой воды (см. гл. 5).
114
П рим ене ние всего у к аз а н н ог о выше к ом пл ек са м е р о ­
приятий все ж е не д ае т г ар ант ии в том, что в условиях
д лите льной э к с п л уа т а ц и и прот очна я часть турбин будет
полностью л и ш ен а солевых огл оже ни й. П о э т о м у н е р е д ­
ко возника ет не обходимос ть про во дит ь периодические
очистки проточной части турбин.
4-2. П Р И Ч И Н Ы З А Г Р Я З Н Е Н И Я ПАРА
а ) Ка п е л ь н ый унос
Увлажнение пара в парогенераторе барабанного
типа происходит г л а в н ы м о б р а з о м в р е з у л ь т ат е м е х а ни ­
ческого д р о б л е н и я струй котловой воды, с ры ва ж и д к о с т ­
ной пленки с поверхности устройств первичной с е п а р а ­
ции и р а с пы л ен ия котловой
воды при
р а зр у ше ни и
о болочек па ро в ых пузырей. Унос к ап е л ь вл аг и н а с ы щ е н ­
ным п ар о м н а з ы в а ю т обычно м е х а н и ч е с к и м у н о ­
сом.
Р а с п р е д е л е н и е к ап е ль в п ар о в о м п ро с т ра нс тв е и унос
их с п ар ом из б а р а б а н а з а в и с я т от скорости д в и ж е н и я
п а р а через з е р к а л о ис пар е н ия и па ро в о й об ъе м б а р а б а ­
на, р а б о т а которых х а р а к т е р и з у е т с я с л е д у ю щи м и п о к а ­
за т ел ям и:
а)
у д ел ь н а я п а р о в а я н аг р у з к а з е р к а л а испарения,
в ы р а ж е н н а я в кубических ме тр ах п а ра в час на 1 м2
з е р к а л а испарения:
(4-4)
б)
у д е л ь н а я п а р о в а я н а г р у з к а п ар о в о г о о б ъ е м а б а ­
р а б а н а , в ы р а ж е н н а я в кубических ме тра х п а р а в час
на 1 м3 па ров ог о про ст ра нс тв а:
(4-5)
где
— п а р о п р ои зв о д и те ль н ос ть п ар о г е н е р а т о р а , т/ч;
V й — у дельный
о бъе м на с ыщ ен но г о п а р а , м3/ к г ; Рзм —
п л о щ а д ь з е р к а л а ис паре ния, м2; Уп.о — п а ро в о й объем
б а р а б а н а , мъ.
Ст епень выноса к а п ел ек котловой воды с п ар ом з а ­
висит т а к ж е от скорости выхода па ро в од я но й смеси из
115
п а р ог е не р ат о рн ых т руб в б а р а б а н , степени по г аше ния
жи в ой силы струй смеси в н у т р и б а р а б а н н ы м и у стройст­
вами и от эффек тив но ст и по ме ще нны х в б а р а б а н е сепара ци онны х устройств.
Су ще ст ве нн ое в лия ние на с е п а р а ц и ю из п ар а ка пе ле к
котловой воды, в ы б р а с ы в а е м ы х с з е р к а л а ис паре ния и
п од н и ма ю щ и х с я по инерции на о пр ед ел ен ну ю высоту,
о к а з ы в а е т высота па ро в ог о п ро с т р ан ст в а в б а р а б а н е .
П р и м а ло й высоте п аро во го п р о с т р а нс т ва з на чит ел ьно е
количество т аких к а п е л е к м о ж е т дост иг нуть верха п а ­
рового пр ос т ра нс т ва и по па ст ь в п а р о о т в о д я щ и е трубы
д а ж е при в есьма м а ло й скорости п од ъ е м а п а р а в п а р о ­
вое пр ос транство. С ув еличением высоты п ар о в о г о п р о ­
с т ран ств а все б о л ь ш а я час ть п о д п р ы г и в а ю щ и х капель,
не д остигнув у ров ня - па р оо т во дя ще й т рубы, в ы п а д а е т
о б ра т н о на з е р к а л о испарения. П р и пода че па ро в о д ян ой
смеси под з е р к а л о ис пар е ния в о з ни ка е т яв ле ние н а б у ­
ха ния котловой воды в б а р а б а н е , которое происходит по
следующг": причине. П у з ы р ь к и п ар а д в и ж у т с я через
слой котловой воды т о лщ ин о й Дк.в с некоторой с ко ­
ростью №п. Это значит, что они н а х о д ят ся в т о л щ е воды
ка кое- то время, равное:
Ч ем меньше скорость №п, тем д о л ь ш е пу зыр ьк и п а ра
н а х од я тс я в котловой воде. Это ведет к н ас ы щ е н и ю во­
ды па ро м, т. е. к о б р а з о в а н и ю па ро в од я но й смеси, п л от ­
ность которой з а м е т н о ме ньше плотности воды. В р е ­
з у л ь т а т е у рове нь котловой воды в б а р а б а н е о к а з ы в а е т с я
в ыш е уровня, о т меч ае мог о по стеклу. Н а б у х а н и е к о т л о ­
вой воды приводит к у м ен ьш ен ию ф а кт иче с ко й высоты
и соответственно рабочего о б ъ е м а па ров ог о п р о с т р а н с т ­
ва б а р а б а н а и тем с а м ы м способствует п ов ыше нию
в л а жн о с т и в ы д а в а е м о г о п ар а . П а р о в ы е пузыри, о б р а ­
з ов а в ш и е с я на поверхности н аг ре ва , в с пл ы в а ю т через
т ол щу котловой воды до г р аниц ы р а з д е л а ф а з , т р а н с ­
порт ир у ют к о лл о ид н ые и в зв е ше нн ые частицы, а з а те м
р а з р у ш а ю т по в ерхностный слой котловой воды и вместе
с т онко дис пер сн ым и к а п л я м и в ы б р а с ы в а ю т с я в пар ов ое
п ро с тр а нс тв о б а р а б а н а .
При вы брасы вании па роводяной смеси на уровень воды, под
уровень ее или на различные отбойные сепарирующ ие устройства
образуется устойчивая пена, к о то р а я п р е д с та в л я ет собой скопле­
ние на поверхности ра зде л а ф а з всп лывшил из толщ и котловой
116
воды паровых пузырей, разделенн ы х тонкими ж идк остн ы м и п л е н к а ­
ми слож ного строения. При разрушении паровых пузырей в верхнем
слое пены происходят дробление их пленочных оболочек и н е ­
прерывный унос тонкодисперсной влаги в паровое пространство
б а р аб ан а.
Унос котловой воды из б а р а б а н а при вспенивании ее зависит
главным образом от величины занятого пеной парового объема и
набухания в одяного объема, сопутствующ его вспен иванию к о т л о ­
вой воды. Вы сота слоя пены тем больше, чем больш е ее стой­
кость, о п р е де л яем а я длительностью с ущ ествовани я отдельных п а ­
ровых пузырей.
Н а интенсивность ценообразования и стабильность пены о к а ­
зы в ает влияние поверхностное н а тя ж е н и е испаряемой воды. Так
к ак це нообразование связан о со значительным увеличением по­
верхности и требует за т р а т ы работы , то эт от процесс осущ ест­
вляется тем легче, чем меньш е поверхностное н а тяж е н и е р а с т в о ­
ра. П оэтом у
присутствие в последнем
поверхностно-акти вных
веществ ( по ни ж а ю щ их поверхностное на тяж е ние ) способствует це­
нообразованию котловой воды.
П л о хо или частично с мач иваем ы е (гидрофобные) частицы ш л а ­
ма и продукты коррозии способствуют стабилизации пены, так
как они прочно прилипают к поверхности пузырьков пара и вместе
с ними переходят в пену, о бра зуя своего рода ж есткий каркас,
повы ш аю щ ий структурно-механические свойства
пены.
Твердые
частицы, кроме того, препятствуют ср ащ ив ан ию пузырьков в более
крупные и тем сам ым т а к ж е повы ш ают стойкость пены. С м а ч и в а е ­
мые частицы ш л а м а тонут и л и ш аю тся пеностабилизирующ их
свойств. При наличии ж е в котловой воде м асла взвеш енные ч а с ­
тицы адсорбирую т его на своей поверхности, теряю т способность
к смачиванию, в сплывают и устойчиво д е р ж а т с я в слое пены, п о ­
вы ш ая прочность ее оболочек. При дв и ж е н и и сквозь т олщ у котловой
воды паровых пузырей, оболочки которых имеют армированную
структуру, слияние их затруд нительно и процесс б а р б о т а ж а идет
в виде массы мелких паровых пузырей, всплываю щ их с пониженной
скоростью, что приводит к, больш ем у набуханию уровня в барабане.
Сущ ественную роль в ценообразовании котловой воды играют
общ ее с о держ ание вещ еств в котловой воде (с олесодерж ание) и
процент с о д е р ж а щ и х с я в ней щелочных соединений. Едкий натр
переводит грубодисперсн ые вещ ества в коллоидное состояние, н а и ­
более благоп риятствую щ ее вспениванию котловой воды, поэтому
к отл овая вода с повышенным содер ж анием Ы аО Н склонна к интен­
сивному и устойчивому ценообразованию.
« К р и т и ч е с к и м » с о л е с о д е р ж а н и е м называ­
ют с о л е с о д е р ж а н и е котловой воды, н а ч и на я с которого
происходит резкое ух уд ше ни е каче ств а п а р а , о б у с л о в ­
ленно е в спениванием котловой воды. « К р и т и ч е с к о й »
н а г р у з к о й н а з ы в а ю т то удельное н а п р я ж е н и е п а р о ­
вого о б ъ е ма , при котором резко в о з р а с т а е т вынос солей
с к а п е л ь к а м и котловой воды (рис. 4-1 и 4-2).
Величина критической н аг ру зк и п ар о г е н е р а т о р а з а ­
висит от многих ф а к т ор о в: д а в л е н и я , сос та ва р а с т в о р е н ­
ных и в звешенных веще ст в в котловой воде и степени
117
дисперсности последних, высоты па ров ог о п ро ст ра нс тв а
в б а р а б а н е , эффе кт и вн ос т и с е па р а ц и о н н ы х и п а р о п р о ­
мывочных устройств. К р ит и ч е ск ая н а г р у з к а у с т а н а в л и ­
в а етс я на основании с п е ц и ал ь ны х т е п л о х и м и ч е с к и х
и с п ы т а н и й (см. гл. 5). В качестве эк сп лу а та ц ио нн о й
п р и н им а ют
д о пу с ти му ю
нагрузку
0 Д= ( 0 , 7 — 0,8)1>кр,
Рис. 4-1. Зависим ость
с оле с одер ж а н и я пара
от
соле с одерж а ния
котловой воды.
Рис. 4-2. Зависимость
со лесодерж ания пара
от прои зводительно­
сти парогенератора.
а в качестве эк сп лу а та ц ио нн о й нормы с о л е с о д е р ж а н и я
котловой воды п ри н и м а ю т д о п ус ти м ую величину
ЛА
— 0,8) А КВ
кр.
КВ = (0,7
'
С ростом д а в л е н и я па ра величины критического с о л е­
с о д е р ж а н и я и критической на гр у з к и з а м е т н о у м е н ь ­
ш аю т с я .
Влияние нагрузки б а р а б а н а или, точнее, скорости прохода
пара через водяной объем б а р а б а н а на интенсивность вспенивания
ха рак т еризует ся слож ной зависимостью : при м алы х н а гр у з к ах у в е ­
личение скорости пара приводит к росту толщ ины слоя пены (пу­
зы рьковы й р е ж и м ) ; при некоторых средних значениях слой пены
достигает м аксимум а и м ал о зависит от нагрузки (пенный р е ж и м );
при д а л ьнейш ем увеличении скорости пара высота слоя пены умень­
ш ается (о бласть интенсивного ра зр уш е н и я пены и перехода к с труй­
ному р е ж и м у ). По мере увеличения скорости пара за счет д и н а м и ­
ческого воздействия потока пара на пузырьки пены разруш ение
пузырьков постепенно расп р ос т р ан я е т ся от верхних слоев в нижние,
и пена совсем перестает су ществовать, н а сту пает чисто струйный
режим.
П р и ка пе ль н ом уносе з а г р я з н е н и я по ступают в пар
с к а п е л ь к а м и котловой воды, унос имыми им из б а р а ­
б ан а п ар о г е н е р а т о р а , причем количество с о д е р ж а щ и х с я
118
в па ре р аз л ич н ых веществ п ро п ор цио на ль но их ко н ц ен ­
трации в котловой воде, что в ы р а ж а е т с я с л е д у ю щи м
равенством:
/'"’ П
п
ККу — —
*
П
810?
» 50?
С?,
— ---------- - = -----------= ---------= и т. д., (4-7)
„
Гкв
Гк в
г к -в
ЬК>250^
СС |3
4
где Кк.у — ко э ф фи ц ие нт ка пе ль но г о уноса; а к.у — к а п е л ь ­
ный унос, м г /к г ; Л к,в — с о л е с о д е р ж а н и е котловой воды,
м г /к г ; инде кса ми «п» и «к.в» о б оз на че ны конце нт ра ци и
веществ в п а ре и котловой воде.
О су ше н ие в л а ж н о г о п а р а о с у щ е с т в л я ю т с п е ц и а л ь ­
ные с е п а р и р у ю щ и е в ну т ри к от ло в ые устройства, в том
числе о т бойные и д р о сс е ль н ые щит ы, с кр у бб ер ы , внутриб а р а б а н н ы е циклоны, пленочные с е п а р а т ор ы, р а з д е л и ­
т ельные б а р а б а н ы и т. д. Эти устройства в усл ов ия х
но р ма л ьн ой э к с п л у а т а ц и и п а р о г е н е р а т о р а обес пе чив а ют
в л а ж н о с т ь н ас ы щ е н н о г о п а р а на в ых од е его из б а р а б а ­
на п о р я д ка 0,01— 0 , 03%.
б) И з б и р а т е л ь н ы й унос
С ростом д а в л е н и я н ас ы щ е н н ый в одяной пар п р и ­
о б рет ае т свойства, п р и б л и ж а ю щ и е его к жидк ос ти ; при
высокой плотности он о б л а д а е т с пособностью р а с т в о р я т ь
за м е тн ы е количества р я д а . п ра кти че ски нелетучих не­
ор ганических соединений. П р и наличии изб ир а те л ьн ог о
выноса не орг анических соединений количественное с оот­
ношение этих соединений в сухом на с ыщ е нн ом паре с у­
щес тв енн о от ли ча е тс я от соот но ше ния их в котловой
воде, т. е. соотношение (4-7) не выполня ет ся.
П ри взаим ном контакте во д н ы х растворов и н асы ­
щенного пара устанавливается термодинамическое р а в ­
новесие в соответствии с законом ра с п р е де л е н и я веществ
меж ду д в у м я н есмеш иваю щ имися средами, которое
обусловливает о б р а зо ва н и е истинных п а р ов ы х растворов
неорганических соединений. П р о в е д е н н ы м и и с с л е д о в а ­
ниями установлено, что интенсивность изб ир а те л ьн ог о
выноса не орг анических соединений из ж и д к о й ф а з ы
в па р ов у ю з ав ис ит от прочности их св язи с водой, кото­
рая тем сильнее, чем выше степень г ид р а та ц и и м ол еку л
и ионов, с о с та в л я ю щ и х эти соединения. П о этой п ри чи­
не легче всего в ы но ся тся м о л е ку л ы с л а б ы х эл ек тр о л и119
тов, а труднее — почти полностью диссоциированные И
гидратированные ионы сильных электролитов.
Отсюда следует, что н а и б о л ь ш у ю растворимость
в паре имеют вещества, находящ иеся в котловой воде
в ви де м о л е к у л или м ал о диссо цииро ван ны х соединений.
Значительную растворимость в паре также им.еет х л о ­
ристый натрий, хотя он и не представляет собой малодиссоциированное в водн ом растворе вещество.
Характерно, что присутствие в паровом растворе того
или иного неорганического соединения не препятствует
переходу в этот же раствор других неорганический сое­
динений в количествах, отвечающих их индивидуальным
растворимостям в насыщенном водяном паре при тех же
парам етрах его.
Распределение неорганических соединений между н а­
сыщенным паром и водой количественно х арактери зует­
ся величиной так называемого к о э ф ф и ц и е н т а р а с ­
п р е д е л е н и я К Р, который представляет собой отно­
шение концентрации данного вещества в насыщенном
водяном паре а И.у к общей концентрации его в кипящей
котловой воде Л к.в и для парогенераторов сверхвысокого
и сверхкритического давлений численно равен коэффи­
циенту избирательного уноса Ка. у:
(4 8)
Следовательно, концентрацию любого неорганическо­
го соединения в насыщенном паре в связи с избиратель­
ным уносом можно определить, пользуясь формулой
(4-9)
Экспериментально доказано, что величины коэффи­
циентов распределения для большинства неорганических
соединений, находящихся в паровом растворе, зависят
в основном от давления, которое определяет плотности
пара и воды.
Д л я коэффициентов распределения, отвечающих оди­
наковой форме существования растворенной примеси
в водяной и паровой ф азах, существует следующая з а ­
висимость:
(4 -1 0 )
120
где рш Рк.в— плотность соответственно пара и котловой
воды; п — число молекул Н 20 , гидратирующих данную
примесь.
П о к азатель степени п, который косвенно х арактер и ­
зует способность данного вещества переходить из воды
в пар, сохраняет свое постоянное значение в широком
диапазоне изменения параметров системы и является
величиной индивидуальной для данного вещества, не
зависящей от его начальной концентрации в какой-либо
из фаз. Д л я очень слабых электролитов (гидратирован*
ч>
55
220 2 3 0 №
120100 70 50
30
20 15 нес/ем »
I— ------ 1----- !— !—Ц -1-Ш _____ .1----- 1— I .1-11 Ш
2
1 4 5373310
20 50 Ш О 70 133
____ !_ _ (
'
200$»"
Рис. 4-3. Зависи м ость коэффициента ра спре де л е ­
ния д л я различных неорганических соединений от
отношения плотностей воды и пара.
ные окислы железа, алюминия, бора и др.) /г< I ; для
слабых электролитов (кремниевая кислота) п — I —3;
для сильных электролитов п —4—9.
Н а рис. 4-3 в логарифмических координатах даны
экспериментально найденные значения коэффициентов
распределения для типичных неорганических соединений,
присутствующих в котловой воде, в зависимости от от­
ношения плотностей воды и пара. Зависимость (4-Ю)
в логарифмических координатах вы раж ается прямыми
линиями, которые под различными углами наклона,
определяемыми соответствующими значениями п для
данного соединения, сходятся в критической точке воды,
в которой для всех соединений /(р = 1 .
121
Если известны значения коэффициентов распределе­
ния для различных неорганических соединений, то мож ­
но расчетным путем ориентировочно определить концен­
трацию любой примеси в сухом насыщенном паре при
поддержании того или иного водного режима парогене­
ратора барабанного типа.
Кремниевая кислота уже при средних давлениях
обладает способностью к избирательному уносу с сухим
насыщенным паром; по мере роста давления величина
коэффициента распределения для З Ю 2 резко возрастает.
Так, например, величина /С^'°2 при р = 80 кгс/см 2 состав­
ляет 0,5— 0,6%; при р = 1 1 0 к гс/см 2 — примерно 1 %, а п р и
р = 180 кгс/см 2 она достигает 8% . Кремниевая кислота
растворяется в насыщенном паре в виде молекул Н 2ЗЮз,
Н 45Ю4 и л и З Ю 2( О Н ) 6, т. е. в виде слабогидратированных или полимеризованных частиц 5 Ю 2 (общ ая ф орму­
ла /пЗЮ 2пН 20 ) . В т о ж е время в щелочной котловой
воде кремний обычно находится в виде силиката натрия
и лишь частично в виде кремниевой кислоты. С л ед о ва­
тельно, коэффициент распределения будет тем меньше,
чем меньше в воде .содержится кремния в виде крем­
ниевой кислоты или чем больше в воде силиката натрия.
В условиях котловой воды кремниевая кислота мо­
ж ет образоваться в результате гидролиза силикатных
соединений натрия:
N ЭоЗЮз-!- 2Н 20 + ± Н 28 Ю з -Ь 2Nа'^^- 2 0 Н —.
(4-11)
При недостаточной щелочности котловой воды р ав ­
новесие этой реакции сдвигается в сторону образования
кремниевой кислоты и вынос ее увеличивается. Х а р ак ­
теристикой гидролиза служит степень его х, в ы р а ж а ю ­
щ аяся отношением концентрации кремниевой кислоты
к суммарной концентрации силикатных соединений в м о­
лекулярной форме:
(4-12)
Изменение коэффициента распределения кремниевой
кислоты с изменением рН можно объяснить тем, что
с повышением гидрагной щелочности котловой воды по­
нижается степень гидролиза содерж ащ ихся в ней сили­
катных соединений натрия. Следовательно, чтобы затор­
мозить г и д р о л и з и уменьшить тем самым у н ос м о л екул
кремниевой кислоты паром, н еобходим о поддерживать
№
в котловой во д е оп р ед е л ен н у ю гидратную щелочность
( рН > 10), которой отвечает малая дол я м ол екуля рн ой
формы кремнесодерж ания.
Д анны е опытов разных исследователей по изучению
влияния рН на вынос кремниевой кислоты с паром при
давлениях 100—200 к гс/см 2
показывают, что с ростом
18
— -о
1
значения рН раствора вынос
кремниевой кислоты суще•
‘V
ственно уменьшается (рис.
<2 0 0 к г е 'е л т !
4-4). Так, например, при §
140 к гс/см 2 и гидратной ще- ^
лочности
воды
0,5— § ю
1 80
1 м г -э к в /к г /(р8Ю* = 3 0/ 0; с по- | д
вышеннем гидратной
ще- $г
'
лочностидо 10— 15 м г -эк в /к г
в
> 4
&
п о
/Ср5Ю" = 1,5-г-0,5 Ло­
й 4
з н а я величину К Р для
- О
1—
ЗЮг, можно по заданному
0 | Щ г .- е ^ с / с ф *
кремнесодержанию пара оп­
ределить допустимое кремне7
8
9 10 11 12 13 П
содержание котловой и пи­
рН
ко
шло оой 8оды
тательной воды.
В практике эксплуатации
Рис. 4-4. З а в иси м ость к о эф ф и ­
циента уноса кремниевой кис­
(ГЭС с. к. д. отмечаются
лоты от рН котловой воды.
случаи превышения содер­
жания кремниевой кислоты
в перегретом паре по сравнению с концентрацией ее
в питательной воде. Такое увеличение может явиться
следствием:
а) отмывки поверхностей нагрева парогенератора от
загрязнений, содержащих кремниевую кислоту;
б) перехода
коллоидных соединений
кремниевой
кислоты (попадающих в питательную воду с присосом
охлаж даю щ ей воды), не определяемых фотоколориметрическим методом, в истинно-растворимую определяе­
мую форму при движении среды по тракту парогене­
ратора.
Н а рис. 4-5 приведен график, характеризующий з а ­
висимость содержания растворенного в насыщенном
паре хлористого натрия от содержания его в котловой
воде. Д о концентраций, во много раз превышающих
таковые для типичных котловых вод, эта зависимость
имеет прямолинейный характер; следовательно, значе-
N
\
и\
\
\
°\
123
ния /Ср для МаС1 можно считать практически постоянны­
ми и изменяющимися только с давлением. Из рис. 4-5
видно, что с ростом давления растворимость хлористого
натрия в сухом насыщенном паре заметно возрастает.
Вследствие этого на участках зоны доупаривания пря­
моточных парогенераторов сверхвысокого и околокритического давлений отложение хлоридов практически не-
Р и с. 4-5. Зависи м о сть с о д е р ж а н и я
растворенного
в насыщенном паре хлористого натрия от с о д е р ж а ­
ния его в котловой воде при да в л ен и я х
160—-200 кгс/см2.
возможно, так как их концентрация во влаге и на вы­
ходных участках этой зоны не может достичь насыщения.
Растворимость сернокислого нагрия в сухом насы­
щенном паре (рис. 4-6) значительно меньше, чем хлори­
стого натрия при том же давлении (например, при
р = 1 8 0 кгс/см 2 в 400 р аз). Поэтому д аж е при сверхвысо­
ком и сверхкритическом давлениях в зоне доупаривания
будет происходить наращ ивание концентрации сул ьф а­
тов во влаге с последующим образованием отложений
Ыаг504 на стенках парообразующих труб в этой зоне.
124
Результаты теплохимических испытаний промышлен­
ных прямоточных парогенераторов с. к. д. свидетельст­
вуют о том, что ка л ьц и евы е соединения содержатся
в насыщенном паре не только в растворенном состоянии,
но и в форме твердых частиц весьм а тонкой дисперсн о­
сти. Это особенно заметно в периоды пуска парогенера­
тора, когда концентрация кальциевых соединений в пи-
\ Л >'Л Г1
10° 2
4
101 2 4
10* 2
0
1 Т П Т Л
Ю3 2 4
10* 2 ^ 10 * 2
Содержание На23Оц в котлоЪой боде,мг/кг
Рис. 4-6. Зависи м ость с о д е р ж а н и я растворенного
в насыщенном паре сернокислого на трия от с о д е р ж а ­
ния его в воде при д а в л е н и я х 1 0 0 — 2 0 0 кгс/см2.
тательной воде может в несколько раз превышать
нормируемые значения.
Магниевые соединения присутствуют в насыщенном
паре в виде М ^СЬ, а такж е продуктов его гидролиза
М § ( О Н ) 2 и М § 0 . Установлено, что при концентрациях
магний-иона в питательной воде, меньших 1,5 м кг/кг,
соединения магния проходят парогенератор с. к. д.
транзитом в турбину. Вынос с насыщенным паром сверхкритического давления соединений железа при концен­
трации их в питательной воде меньше 100 м к г/к г Ре со­
ставляет 60—80°/о- С повышением концентрации железа
в питательной воде более 100 м к г/к г возрастает образо125
вание отложений окислов
железа в парогенераторе
и уменьшается вынос их
с паром в турбину.
Неорганические соеди­
нения растворяются т а к ­
же в перегретом паре.
При этом в перегретом
паре, находящемся в кон­
такте с твердыми солевы­
ми отложениями, раство­
ряется значительно боль­
шее количество веществ,
300 5$0 /0 0 650
чем в насыщенном, полу­
' Температура пара, °С
ченном из столь р а зб а в ­
ленного
раствора, каким
Рио. 4-7. Р аство рим ость н атр и е­
является котловая вода.
вых и кал ь цие в ы х солей в пе­
регретом
паре при дав л ени ях
Растворимость
твердых
250— 300 кгс/см 2
(по данным
веществ в перегретом па­
Э НИ Н и ВТИ).
ре достигает заметных ве­
личин уже при средних
давлениях, при которых
и
I 1,5
растворимость этих ве­
Т(*г^
у
ществ в насыщенном паре
V
ничтожно мала.
1 7
9
__
*
Экспериментально ус­
| ал Ф ©
тановлено,
что для одной
©
1
А Л
и той же температуры пе­
к «2
2Г^
Л
-Д . Л
регрева увеличение д а в ­
Л
I
‘
1
*
ления и плотности пере­
5'ио
550
ООО гретого пара
повышает
Мавлениг пара, кгс/сж2
растворимость в нем не­
органических соединений.
Рис. 4-8. Зависим ость жесткости
С ростом температуры па­
па ра от тем пературы перегрева и
ра растворимости отдель­
давлени я (по данным М Э И ).
ных примесей изменяются
I — концентрация магния н паре
(р = 240 к г с / с м * ,
различным образом. Свод­
оМ 8 2 + = I
1,5 м к г-эк в/к г)-,
ный график растворимо­
п.в
2 — су м м ар н ая
к он ц ен трац и я
магния и
сти натриевых и кальцие­
к а л ь ц и я п паре { р = 240 к г с / с м *,
вых солей в перегретом
дМ^2-^ -ь С а2"*" _ ) _з_ мкг-экв/кг);
п .а
паре
сверхкритичеокого
3 — концентрация магния в паре
давления в зависимости
( р — 350 к г с / с м 11,
от температуры показан
аМд2+ _ 2 -±_ з м к г - э к в /к г ).
п .в
на рис. 4-7. Перегрев
*
126
пара при постоянном давлении сопровождается умень­
шением
его плотности, вследствие чего раствори­
мость веществ в перегретом паре может достичь при
определенных температурах своего минимума, вели­
чина которого зависит от, природы неорганического сое­
динения. Но для всех веществ, растворенных в паре, з а ­
кономерно то положение, что чем выше р а б о ч е е д а в л е ­
ние, тем более высокой температуре п е р е гр е в а пара
отвечает этот минимум.
Проведенные исследования поведения ряда солей
натрия, кальция и магния, растворенных в перегретом
паре, показали, что при температуре, индивидуальной
для каждого соединения, начинают протекать процессы
их высокотемпературного гидролиза, что приводит к по­
явлению в паре свободной кислоты:
МгС1а+ 2 Н аО * * М б ( О Н ) 2+2Н С 1;
СаС12+ 2Н 2О ^ С а ( О Н ) 2+ 2НС1;
(4-13)
(4-14)
ЫаС1 + Н 2О ^ Ы а О Н + НС1.
(4-15)
Произведенные замеры показали, что жесткость п а­
ра с. к. д. в диапазоне тем пера­
тур 420— 580 °С составляет в сред­
нем 0,4 м к г-э к в /к г при концентра­
ции солей жесткости в питатель­
ной воде, равной или большей
0,6 мк г-экв/к г. На рис. 4-8 приве­
дены кривые, характеризующие
зависимость жесткости пара от
температуры перегрева и д а в л е ­
ния.
I
Растворимость окислов меди
в перегретом паре в области докритических давлений незначи­
тельна, но она становится ощ ути­
мой в перегретом паре сверхкритического давления. Эксперимен­
тально установлено, что макси­
Давление пара, кгс/смг
мальное равновесное содержание
растворенных в паре окислов ме­
Рис. 4-9. Зависимость
ди (СиО, Си20 ) при давлении
предельного с о д ер ж а н и я
250 к гс /см 2 и температуре 450— меди в перегретом маре
от да в л ен и я при о б р а ­
5 3 0 °С составляет приблизительно
ботке питательной воды
2 м к г/к г , включая сюда коллоид­ а м ми аком и гидразином
( /= 5 6 5 - 7 - 5 7 0 ° С ) .
ные и тонкодисперсные частицы
12?
диаметром меньше 0,5 мкм. Н аблю даем ое на ряде ТЭС
значительно более высокое содержание меди в перегре­
том паре, особенно в пусковые моменты, объясняется
уносом с паром взвешенных частиц окислов меди д и а ­
метром, превышающим 0,5 мкм. Д о л я этих частиц в паре
зависит от степени дисперсности меди в питательной во­
де, а т а к ж е давления, температуры, скорости и рН среды.
Появление в воде хотя бы весьма небольших коли­
честв ам м иака или его производных приводит к увели­
чению растворимости гидратированной окиси меди за
счет образования медно-аммиачных комплексов типа
С и(Ы Н 3) 4( О Н ) 2; С и(Ы Н з)5, обладаю щ их повышенной
растворимостью в паре.
На рис. 4-9 показано изменение предельного содер­
ж ани я соединений меди в паре прямоточных парогене­
раторов в зависимости от давления при температуре
пара 560— 570 °С и обработке питательной воды ам ­
миаком ( С ^ = 200 -г- 400
м к г/к г)
и
гидразин-гидратом
(С™н = 20 -т- 50 м кг/кг).
Исследования на парогенераторах с. к. д. показали,
что при гидразин-гидратной обработке питательной во­
ды уменьшается переход соединений меди из питатель­
ной воды в пар.
4-3. О Т Л О Ж Е Н И Я ПО П А Р О В О М У Т РА КТ У
а) Поведение примесей пара в пароперегревателе
При движении насыщенного пара через пароперегре­
ватель происходит не только перегрев его, но и прежде
всего доупаривание унесенных капелек воды, которое
сопровождается повышением концентрации примесей
в растворе до состояния насыщения с последующим вы­
делением некоторых из них в виде твердой фазы.
В первую очередь будут отлагаться те соединения, ко­
торые обладаю т отрицательным температурным коэффи­
циентом растворимости, например сульфат натрия и
окислы железа.
При наличии в капельках в растворенном состоянии
неорганических соединений с положительным коэффи­
циентом растворимости выпаривание влаги с ростом
концентрации этих соединений будет протекать замед128
ленно, так как с повышением температуры непрерывно
увеличивается растворимость этих веществ и необходи­
мая для их выпаривания температура может превысить
температуру перегретого пара. В результате этого высо­
коконцентрированные растворы этих веществ будут по­
ступать с паром в првточную часть турбины. Так,
например, при доупаривании капелек котловой воды,
содержащих едкий натр, образуется вязаа я клееобраз­
ная взвесь, в которой концентрация ЫаОН может дости­
гать 80—90%. На рис. 4-10 приведены равновесные
концентрации ЫаОН при различных давлениях и тем­
пературах.
Возможность образования отложений в пароперегре­
вателе из веществ, растворенных в паре, т. е. находя­
щихся в состоянии истинного парового раствора, может
'
'
Давление, кпс/слг‘
Рис. 4-10. Рав но в е сна я концентрация МаОН в зависпмости от да в л ен и я и температуры пара.
быть установлена по разности между концентрацией ве­
щества в перегретом паре а„ и растворимостью его
в паре а р, а именно: Аа = а п— а,р. Теоретически можно
представить себе два случая: 1) когда концентрация
вещества в паре меньше или равна растворимости его
в паре, т. е. когда а п= ^ ар; 2) когда концентрация веще­
ства больше растворимости его в паре, т. е. когда а п> а р.
В первом случае вещество полностью проходит транзи­
том через пароперегреватель, не образуя в нем отлож е­
5
3 §к.
134
ний. Во втором случае разность Аа равна количеству
вещества, отлагаю щ егося в пароперегревателе из 1 кг
пара или кристаллизующегося не только на стенке, но
и в потоке без последующего осаждения уносимых па­
ром твердых частиц.
Поскольку растворимость в перегретом паре ЫаС1,
ЫаОН, З Ю 2 при сверхвысоком и сверхкритическом д а в ­
лениях в десятки раз превышает допустимое солесодер­
жание и кремнесодержание перегретого пара, отложение
этих веществ в пароперегревателе является м аловероят­
ным. Исключением здесь может быть лишь едкий натр,
который при наличии значительных скоплений окислов
железа может химически взаимодействовать с ними,
образуя отложения из феррита натрия по уравнению
реакции 2 Ы а О Н + Ре20з = 2ЫаРе02 + 2Н г0, которая начи­
нает протекать при температуре 200 °С.
Поток пара, проходя через пароперегреватель, одни
вещества проносит транзитом (З Ю 2, № С 1 ), другие
оставляет в пароперегревателе (фосфатад натрия и каль­
ция, сульфаты натрия и кальция и др.), а третьи либо
теряет, либо захваты вает, перенося их в турбину (окис­
лы ж е л е за ). П рактика эксплуатации мощных парогене­
раторов показывает, что чем выше параметры пере­
гретого пара, тем меньше неорганических соединений
отлагается в пароперегревателе. Исключением яв л яю т­
ся окислы ж елеза, растворимость которых снижается
с ростом температуры.
На ТЭС с. к. д. концентрации кальциевых и магние­
вых соединений в питательной воде настолько малы
(благодаря глубокому обессоливанию добавки и кон­
денсата, а так ж е малому проценту добавки), что пре­
дел их насыщения в паре практически редко достига­
ется. Поэтому при соблюдении норм качества питатель­
ной воды С а 5 0 4 и М § ( О Н ) 2 проходят пароперегреватель
транзитом, и лишь при значительном ухудшении качест­
ва питательной воды сравнительно с нормами может
быть превзойден предел насыщения этих соединений.
В промежуточных пароперегревателях энергоблоков
мощностью 200—300 Мет, где давление составляет 15—
30 кгс/см 2, а температура перегретого пара повышается
с 300—315 до 560— 5 6 5 °С, происходит практически пол­
ное отложение всех примесей, содерж ащ ихся в паре,
поступающем из ц. в. д. турбины. При резких измене­
ниях режима работы парогенераторов (например, при
130
падении и сбросе нагрузки и т. д.) приводящих к р ез­
кому снижению температуры пара на входе в промпароперегреватель и выходе из него, наблюдаются вы м ы ва­
ние части отложившихся веществ и перенос их в ц. с. д.
и ц. н. д. турбины.
,
б) Поведение примесей п ара в проточной части
паровых турбин
В перегретом паре, поступающем в турбину, могут
присутствовать в различных количественных соотноше­
ниях растворенные в нем неорганические соединения,
мельчайшие высококонцентрированные капельки котло­
вой воды, частицы сухих солей и окислов металлов. При
расширении пара в ступенях проточной части турбины
стремительно снижаются его температура и давление,
вследствие чего уменьшается растворяю щ ая способность
перегретого пара, а в унесенных капельках котловой
воды сдвигается равновесие в растворах неорганических
соединений. В результате этих физико-химических про­
цессов из пересыщенных парового и водного растворов
выделяется твердая ф аза. Выделение избытка вещества
из перегретого пара может происходить как непосред­
ственно на поверхности проточной части, так и в самом
паровом потоке с отложением выкристаллизовавшихся
из него сухих частиц на последующих ступенях турбин.
В настоящее время еще нет достаточно надежных д а н ­
ных о доле выпадающей из пара твердой фазы, кристал­
лизующейся и накапливаю щейся на поверхности про­
точной части турбины.
В ы дел ен ие твердой ф азы из п а р о в о го раствора в о з ­
можно только в том случае, если содержание веществ
в перегретом паре, поступившем в проточную часть
турбины, превышает растворяющ ую способность п е р е ­
гретого па ра в какой-либо из ее ступеней.
В условиях сильного пересыщения парорастворов,
обусловленного тем, что пар проходит всю проточную
часть турбины за десятые доли секунды, выпадение
твердой фазы в объеме парового потока и на поверхно­
сти лопаток будет иметь место не только по достижении
предела растворимости, но и на лопатках последующих
ступеней. В процессе кристаллизации веществ из паро­
растворов происходят частичный захват и отложение
в ц. в. д. тех соединений, которые вследствие своей ма5*
»31
лой растворимости в паре поступают в проточную часть
турбины в виде гонкодисперсных твердых частиц.
В первых ступенях ц. в. д. преимущественно о т л ага­
ются соединения СиО, Си20 , N 328103, ЫагЗСХ, М § ( О Н ) 2,
очень слабо растворимые в перегретом паре и характе­
ризующиеся сильной зависимостью, величины их раст­
воримости от плотности пара. Уже при небольшом сни­
жении давления в пределах ц. в. д. растворимость этих
веществ падает до десятых долей микрограмма на кило­
грамм пара. Можно полагать, что в этой зоне проточной
части турбины отложения образуются в результате не­
посредственной кристаллизации солей или окислов ме­
таллов из пересыщенного парораствора, когда энергия
кристаллической решетки достаю чн о велика, чтобы
образовать прочные отложения, способные противостоять
эрозионному воздействию потока пара.
Согласно данным некоторых зарубеж ны х л итератур­
ных источников доля отложившихся на лопатках ц. в. д.
турбины окислов меди не превышает 8— 10%, остальное
уносится потоком пара и может частично отложиться
в промежуточном пароперегревателе либо попасть в кон
денсат турбины. Тем не менее на энергоблоках с. к. д.
медистые отложения представляют серьезную опасность,
так как они образую тся преимущественно на первых
ступенях ц. в. д. в зоне наименьших проходных сечений
проточной части, именно там, где удельная мощность на
1 м2 поверхности лопаток (Мвт/м2) велика. Здесь даже
незначительный по величине занос может заметно умень­
шить мощность турбины и снизить ее экономичность.
При давлении перед турбиной 130 кгс/см 2 растворимость
меди значительно меньше и медистые отложения в про­
точной части перестают играть сколько-нибудь серьез­
ную роль.
Отложения окислов железа обнаруж иваю тся на всех
ступенях турбины, причем на тех ступенях, где других
веществ мало, процентное содержание окислов железа
в отложениях резко возрастает. Окислы железа в боль­
шинстве отложений
присутствуют
преимущественно
в виде Рез04 и лишь частично в виде Ре20 3
Значительно лучше растворимы? в паре хлористый
натрий при концентрации его в паре, отвечающей нор­
мам, достигает насыщения в ц. с. д. и ц. н. д., где про­
ходные сечения проточной части достаточно велики и
занос в меньшей степени отраж ается на ограничении
132
мощности и снижении экономичности турбины. Только
,
1С 1
при значительном ухудшении качества пара (я н =
= 100-7-300 м к г/кг) хлористый натрий отлагается в кон­
це ц. в. д.
Кремниевая кислота * о б ладаю щ ая хорошей раство­
римостью в паре, выделяется в твердую фазу лишь при
значительном снижении давлени-я. Кремнекислые отло­
жения (с содержанием 5 Ю 2 85—95% ) в различных
кристаллических модификациях или в аморфной форме
сосредотачиваются, как правило, в ц. с. д. и ц. н. д. турN<125041т
50
Аморфная
кремнекислота
Т е м п е р а т у р а ,
°С
Рис. 4-11. С хематическая ди а г р а м м а тем пературны х границ с у щ е ­
ствования разны х отлож ений, о бразу ю щ ихся в проточной части т у р ­
бин (по данным ф а зо в о го а н а л и за ) .
бины (см. рис. 4-11), так как растворимость З Ю 2 слабо
зависит от плотности пара.
Соединения 8 Ю 32_ и Ыа+ практически при любом их
содержании в поступающем паре частично выпадают на
лопатки ц. в. д., причем процессу отложения 5 Ю 3 соот­
ветствует отложение Ыа+. Происходит оседание Ыа2ЗЮз,
растворимость которого в паре значительно ниже, чем
Но5Ю3. При этом интенсивность заноса ц. в. д. турбины
находится в полном соответствии с качеством питатель133
ной воды и перегретого пара. Следствием заноса ц. в д.
является снижение мощности турбины при отсутствии
повреждений поверхности нагрева парогенератора.
Основными причинами нарушений норм качества пи­
тательной воды (табл. 5-4) и пара, поступающего в тур­
бину (табл. 4-1), по кремнесодержанию являются:
1) наличие в исходной воде значительного количества
тонкодисперсных соединений кремниевой кислоты, кото­
рые не поглощаются анионитными фильтрами, проходят
через все фильтры обессоливающей установки и обнару­
живаются в обессоленной добавочной воде в схеме пи­
тания блока; 2) увеличение присоса охлаж даю щ ей воды
при содержании в ней тонкодисперсных соединений
кремниевой кислоты; 3) высокое кремнесодержание па­
ра в первый период после включения в работу турбин
из-за недостаточной эффективности режима промывок
питательного тракта и внутренних поверхностей п ар о­
генератора; 4) нарушение нормальной работы устано­
вок обессоливания конденсата — несвоевременный вывод
анионитных фильтров на регенерацию, неудовлетвори­
тельная отмывка фильтров, использование растворов
нерациональной концентрации для регенерации катионйтных и анионитных фильтров.
Большое влияние на характер кремнекислых отл ож е­
ний в турбине оказывает соотношение в паре щелочи
(ЫаОН) и кремниевой кислоты. В тех случаях, когда
содержание натрия достаточно для связывания всей
кремниевой кислоты, образуются отложения только во­
дорастворимых силикатов натрия. В противном случае
лишь часть кремния выпадает в виде силикатов натрия
в головной части турбины, остальная же часть кремние­
вой кислоты транспортируется паром и образует водо­
нерастворимые отложения в ступенях низкого давления.
При снижении параметров пара в ступенях турбины
едкий натр переходит из парового раствора, минуя твер­
дую фазу, в жидкое состояние и может, взаимодействуя
с окислами ж елеза и кремниевой кислотой, образовы ­
вать ферриты и ферросиликаты натрия.
Сопоставление величины жесткости конденсата проб
пара с пределом растворимости в перегретом паре сое­
динений кальция, а такж е непосредственный микроско­
пический анализ показали, что соединения кальция п р о ­
ходят через проточную часть турбины гл а вн ы м образом
в ви де сухой пыли.
134
В ступенях низких давлений, где начинается у в л а ж ­
нение пара, примеси, выделяющиеся из парового раст­
вора вследствие снижения его растворяющей способно­
сти, полностью переходят во влагу и не образуют от­
ложений в проточной ч#сти. При нестабильной работе
турбины (резкое изменение или сброс нагрузки), а т а к ­
же при колебаниях температуры пара происходят ча­
стичное отслаивание и вынос отложений из ц. в. д.
в промежуточный пароперегреватель либо в ц. с. д. и
ц. н. д. При остановках и последующих пусках из тур­
бины частично вымываются влажным паром не только
водорастворимые натриевые соединения, но и отлож е­
ния, обладающ ие малой растворимостью в горячей воде.
Отсюда следует, что с увеличением продолжительности
рабочей кампании турбоагрегата опасность заноса п ро ­
точной части окислами меди, ж елеза и кремния в о з р а ­
стает, ибо перестает сказываться положительное в л и я ­
ние самопромывки, ум ен ьш аю щ ей темп снижения м ощ ­
ности и к. п. д. турбины.
Д л я выявления роли основных факторов, влияющих
на интенсивность образования солевых отложений в про­
точной части турбины, используются индикаторы, ими­
тирующие процессы, протекающие в отдельных ступе­
нях турбины. Эти индикаторы могут служить лишь для
качественной оценки условий образования отложений
в турбине, так как они не дают надежных результатов
для выявления количественных величин отложений.
4-4. П Р О М Ы В К А П А Р О П Е Р Е Г Р Е В А Т Е Л Е Й
И П Р О Т О Ч Н О Й ЧАСТИ П А Р О В Ы Х Т У Р Б И Н
Растворимые в воде солевые отложения удаляются
из загрязненных внутренних поверхностей пароперегре­
вателей путем промывки их конденсатом или питатель­
ной водой при температуре 75—80 °С. Отложения, не­
растворимые в воде, удаляю тся с помощью кислотных
промывок (см. гл. 3).
Н а электростанциях получили применение два вида
водных промывок пароперегревателей:
а)
о б щ а я п р о м ы в к а , при которой используемая
для промывки вода поступает в коллектор перегревате­
л я и, следовательно, количество протекающей через от135
дельные змеевики воды устанавливается самопроиз­
вольно;
б)
и н д и в и д у а л ь н а я промывка, при которой че­
рез каждый из змеевиков, присоединенных к коллекто­
ру, пропускается необходимое для удаления солей коли­
чество промывочной воды с помощью специального
приспособления, которое заводится в коллектор через
специальные лючки в боковой стенке или торце.
При общей промывке вода (обычно питательная или
конденсат) подается в коллектор перегретого пара, из
которого она поступает в барабан парогенератора.
Если коллектор насыщенного пара имеет дренажную
линию, то промывочная вода сбрасывается в дренаж.
П еред промывкой перегреватель заполняется водой
и оставляется в таком состоянии на 1—2 ч, а затем
пропускается вода через перегреватель в течение 15—
20 мин. Эти операции повторяются до тех пор, пока
солесодержание выходящей из перегревателя воды не
станет равным солесодержанию поступающей в перегре­
ватель воды.
О б щ ая промывка не обеспечивает полной очистки
всей поверхности змеевика, так как скорость промывоч­
ной воды при ней вообще невелика и различна в от­
дельных змеевиках. И ндивидуальная промывка требует
вскрытия лючков на коллекторах для доступа к к а ж д о ­
му змеевику пароперегревателя и является трудоемкой
операцией, но она дает возможность очистить все зм ее­
вики от отложений, а так ж е позволяет установить рас­
пределение отложений по отдельным змеевикам паро­
перегревателя. Д л я достижения интенсивной промывки
змеевиков пароперегревателя и обеспечения поступления
воды во все змеевики скорость промывочной воды в тру­
бах змеевиков долж на бы ть не меньше 1— 1,5 м/сек. По
скончании промывки оставш аяся в змеевиках вода у д а­
ляется с помощью сж атого воздуха.
Д л я удаления водорастворимых отложений из про­
точной части паровой турбины применяется периодиче­
ская промывка ее увлажненным паром на холостом хо­
ду, под нагрузкой и при стоянке. При промывке паром
с влажностью его на входе 2— 3% из проточной части
удаляю тся практически все водорастворимые отложения
и некоторая часть водонерастворимых. Отложения на
лопаточном аппарате турбины окислов железа и меди,
а так ж е кремнезема в кристаллической либо аморфной
136
форме не поддаются удалению влажным паром. Они
требуют значительно более сложной промывки с приме­
нением реагентов-растворителей.
П р о м ы в к а н а х о л о с т о м х о д у производится при ско­
рости вращ ения ротора от 8б0 до 1 ООО об/мин В случае н е в о з м о ж ­
ности получения насыщенного пара низкого давления перегретый
пар дросселируется, а т емпература его сни ж ае тс я до температуры
насыщен ия путем впрыска конденсата в перегретый пар. В целях
пре ду пр е ж де ния не равномерного о х л а ж д е н и я ротора турбины и воз-
денсац ионной турбины под нагрузкой.
1 — п а р о п р о в о д от п а р о г е н е р а т о р о в ; 2 — р е г у л и р о в о ч н а я
задви ж ка;
3 — увлаж нитель
пара;
4 — изм ерительн ая
ш ай ба; 5 — главн ая пусковая зад ви ж ка; 6 — паровая ко­
р о б к а ; 7 — к он д ен сатн ы й насос; 8 — отбор пробы ко н д ен ­
са та д л я о п р ед ел ен и я щ елочи ; 9 — нап орны й коллек тор
п и т а т е л ь н ы х н а с о с о в ; 10 — и з м е р и т е л ь н а я ш а й б а ; II —
п о т о к к о н д е н с а т а к п а р о г е н е р а т о р а м ; 12 — в о д о о т д е л и ­
тель.
никновения больших температурны х напря ж ен и й в д е т а л я х проточ­
ной части следует тщательно н а бл ю да т ь за впрыском конденсата,
не до п у ск а я понижения температуры смеси рабочего пара с к о н ­
денсатом более чем на 1— 1,5 “С /мин. С о л ео т л о ж ен и я р астворяются,
как правило, через несколько минут после дос ти ж е н и я тем пературы
насыщен ия, а в последующие 10— 15 мин в одорастворимы е о т л о ж е ­
ния вы м ы ваю тся полностью. П осле промывки температуру пара
медленно повы ш аю т путем уменьш ения подачи у в л а ж н я ю щ е г о кон­
де н с ат а в пар. Скорость восстановления нормальной температуры
пара не д о л ж н а превосходить 2 °С/мин. П ром ы вка пр о д о лж а ет ся
до тех пор, пока с о лесодерж ание к о нденсата промывочного пара
дости гн ет соле с одерж а ния конденсата исходного пара. О б щ а я про ­
до л ж ител ьн о сть промывки с учетом времени на о х л аж д е н и е па ра
и повторное поднятие его температуры колеблется в пределах 4— 1 0 ч
д л я турбин среднего д а в л ен и я и 10— 15 ч д л я турбин высокого д а з .
ления.
137
Следует иметь в виду, что промывки турбины в л аж ны м паром,
проводимые по нескольку р аз в течение года, крайне н е ж е л а т е л ь ­
ны, так как они в ы зы ваю т сниж ение выработки электроэнергии
(во время промы вки), а т а к ж е я в л яю тся иногда причиной к о роб­
ления корпуса турбины.
Соли, вымытые из д. в. д., почти полностью отлагаю тся в про­
межуточном перегревателе, поэтому после промывки турбины не­
избеж на остановка парогенератора д л я осуществления его промывки.
Соли, вымытые из ц. с. д. и ц. н. д., с б р асы в аю тся за пределы п а ­
роводяного тр ак та энергоблока.
П р о м ы в к а п о л н а г р у з к о й (рис. 4-12) являет­
ся наиболее совершенной и эффективной. Расход све­
жего пара при промывке
6
для активных турбин при­
нимается в пределах 30—
35% номинального, а для
реактивных
и ак си ал ь­
н ы х — в пределах
50—
55%. Скорость снижения
температуры пара прини­
мается равной 1 °С/мин,
а повышения температуры
1,5°С /мин.
Рис. 4-13. Схема промывки т у р ­
бины щелочью.
Промывка
ще­
/ — сопло;
2 — п о р ш н ев о й
н ас о с;
л
о
ч
н
ы
м
р
а
с
т
в
о
р
ом
3 — б а к со щ е л о ч н ы м р а с т в о р о м ;
4 — к о н д е н с а т ; 5 — п а р 3 кгс/см 2;
(рис. 4-13 и 4-14) приме­
6 — п а р 16 кгс/см 2.
няется, если отложения
в основном состоят из
водонерастворимых кремнекислых
соединений. П ро­
мывка может производиться под нагрузкой или на хо­
лостом ходу со сниженным числом оборотов. При про-
Рис. 4-14. Схема промывки турбины щелочью при высокой
температуре пара.
/ — б а к со щ е л о ч н ы м р а с т в о р о м ;
2 — дози рую щ и й
насос:
3 — впры ­
ски ваю щ ее устройство. 4 — о х л ад и ­
тель;
5 — насос
кон денсата;
6 —
у,
датчику
солем ера;
7 — пар
75 кгс/см*1 8 — п а р 15 кгс/см 2.
,
*
7
мывке на холостом ходу в турбину подается насыщен­
ный пар, в который впрыскивается 7— 10%-ный раствор
\ ’аО Н. Загрязненны й щелочью пар отводится в конден133
сатор или в продувку. После окончания щелочной про­
мывки производится последующая промывка турбины
увлажненным паром или конденсатом. Д л я удаления
окислов железа и меди с поверхности турбинных л о п а­
ток может бьпь успешна применена промывка проточ­
ной части смесью растворов карбоната аммония, гидра­
зина, серной и лимонной кислот, а так ж е раствором комп­
лексонов. В тех случаях, когда водные и химические про­
мывки турбин не дают должного эффекта, приходится
прибегать к механическим способам очистки роторов,
диафрагм и лопаток путем соскабливания прочных отло­
жений либо обдувкой их песком и летучей золой.
ГЛАВА
ПЯ Т А Я
ВОДНОХИМИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ
ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
5-1. О С Н О В Н Ы Е П О Л О Ж Е Н И Я
Основными зад ач ам и рациональной организации
всднохимических режимов ТЭС и АЭС являются:
а ) предотвращение коррозии поверхностей пар о с и л о в о ­
го об ор у до ва н и я , ом ы ваем ы х водой и паром; б ) п р е д ­
отвращение отложений на поверхностях н а гр е в а и оп ас­
ных скоплений ш лама в парогенераторах и во всем
тракте питательной воды ; в ) предотвращение отложений
на поверхностях конденсаторных труб и в проточной
части турбин.
Способы организации водного реж има подраздел я­
ются на фиизко-химические и физико-механические
К первым относится коррекционная обработка питатель­
ной и котловой воды реагентами, а ко вторым — ступен­
чатое испарение, промывка пара или их совместное ис­
пользование. Сочетая физические методы удаления р ас­
творенного в воде кислорода и свободной углекислоты
(деаэрация, отсос газов из парового пространства подо­
гревателей) с коррекционной обработкой питательной
воды аммиаком, нейтрализующими аминами и гидрази­
ном, можно полностью устранить или заметно ослабить
кислородную и углекислотную коррозию пароводяного
тракта ТЭС. Дозируя пленочные амины в греющий тех­
нологический пар, можно надежно защ ищ ать от корро!39
зии обратные конденсатопроводы от промышленных по­
требителей пара на ТЭЦ.
С помощью коррекционной обработки фосфатами
котловой воды парогенераторов с многократной цирку­
ляцией создаются условия, при которых твердая ф аза
образуется не на поверхности нагрева в виде накипи,
удаляемой механической или химической очисткой при
остановках, а в толще воды в виде ш лам а, который мо­
жет быть выведен из парогенератора вместе с продувоч­
ной водой.
Н а зарубеж ны х ТЭС за последние годы получили
широкое применение комплексообразующие реагенты
(этилендиамино-тетрауксусная кислота — ЭДТА и ее на­
триевая соль — трилон Б ) , которые используются для
непрерывной обработки котловой воды с целью предот­
вращения накипеобразования. У казанные комплексооб­
разую щ ие реагенты обеспечивают не только безнакипный, но и безшламовый режим благодаря тому, что об­
разую щ иеся комплексонаты кальция и магния обладаю т
практически неограниченной растворимостью. Велика
такж е растворимость и стойкость комплексонатов ж е л е ­
за и меди при высоких температурах.
Так как в парогенераторах с многократной циркуля­
цией создается наибольшая концентрация примесей, р ас­
творимых в воде, то выведение их с продувочной водой
именно из парогенераторов является наиболее рац и о­
нальным.
Одним из основных показателей надежности в о д н о ­
го режима эн е р го б л о к а с прямоточными парогенерато­
рами является длительность меж промывочного периода
работы парогенератора и турбины, который определяет­
ся величиной допустимого повыш ения температуры ме­
талла при зад ан н ы х толщине и теплопроводности отло­
жений в п а р о о б р а зу ю щ и х трубах, а также допустимыми
ограничениями предел ьн ой мощности и экономичности
турбины. Как известно, проточная часть турбины зн ач и ­
тельно более чувствительна к отложениям, чем прямо­
точный парогенератор, поэтому чем больше примесей,
вносимых с питательной водой, будет зад ерж ан о в с а ­
мом парогенераторе, тем меньше их будет вынесено па­
ром в турбину и тем совершеннее водный режим д а н ­
ного энергоблока. Чтобы обеспечить длительное под­
д ерж ани е оптимального водного режима ТЭС, следует
строго соблю дать эксплуатационные нормы качества
1-Ю
пара, питательной и котловой воды, которые должнь1
устанавливаться на основе результатов теплохимических
испытаний данного или аналогичного парогенератора
Д ля обеспечения нормального водного реж има со­
временные ТЭС оснащ аю тся комплектом автоматических
контрольно-измерительных приборов непрерывного дей­
ствия
(солемерами, кремнемерами кислородомерами,
рН-метрами и др.), позволяющих эксплуатационному
персоналу своевременно обнаруж ивать отклонения от
заданных эксплуатационных норм качества воды и пара
и достаточно быстро реагировать на нарушения водного
режима.
5-2. В О Д Н О Х И М И Ч Е С К И Й Р Е Ж И М Т РА К Т А
ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ И ОБРАТНЫХ
КОНДЕНСАТОПРОВОДОВ
Н а и б олее эффективным методом б о р ьб ы с коррозией
элементов п а р о в о д я н о го тракта ТЭС, вы зы ваем ой п овы ­
шенной концентрацией с вободн ой уго л ьн о й кислоты, я в ­
ляется свя зы в а н и е щ елочью остаточного содержания
С 0 2 в дега зи р о ва н н о й питательной воде, а также у г о л ь ­
ной кислоты, о б р а зу ю щ е й с я при п о д о г р е в е питательной
воды ( в регенеративных подогревателях и э к он ом ай зе ­
р а х ) в результате р а с п а да бикарбоната натрия.
Д л я поддержания оптимального значения рН пита­
тельной воды, зависящего главным образом от конструк­
ционных материалов оборудования тракта питательной
воды и параметров среды, обычно в питательную воду
дозируется водный раствор ам миака (Ы Щ ОН). Аммиак
вступает во взаимодействие со свободной углекислотой
по следующим реакциям:
Ш 4ОН + С О 2— ^ Н 4Н С 0 3;
(5-1)
ЫН*НСОз + 1ЧН4О Н — *>(ЫН4)2С0з + Н 20 .
(5-2)
Дозирование ам м иака производится из расчета 0,4 мг
N113 на I м? С 0 2, если С 0 2 нейтрализуются до б и к ар ­
боната аммония, и 0,8 мг ЫН3 на 1 мг С 0 2, если послед­
няя нейтрализуется до карбоната аммония.
Установка для аммиачной обработки воды состоит
из дозирующих бачков для раствора ам миака и плун­
жерного насоса-дозатора. Ввод ам м иака целесообразно
производить в химически очищенную и обессоленную во­
ду непосредственно на водоподготовительных установ­
145
ках, так как это позволяет одновременно защ ищ ать от
углекислотной коррозии и тракт очищенной или обессо­
ленной воды. Вследствие летучих свойств ам м иака не­
зависимо от места ввода его в систему сравнительно бы­
стро наступает распределение его по всему пароводяно­
му тракту.
И з конденсата турбин вместе с отсасываемой воз­
душной смесью эжекторы частично удаляют углекислый
газ и аммиак; при этом отсасывание углекислого газа
происходит более полно, чем отсасывание ам миака, в ре­
зультате в конденсате создается избыток ам миака, обес­
печивающий щелочную реакцию среды.
Присутствие ам м иака в конденсате и в питательной
воде по-разному о тр аж ается на их коррозионной агрес­
сивности по отношению к углеродистым сталям и мед­
ным сплавам. Аммиак, повышая рН воды, парализует
отрицательное действие свободной углекислоты на угле­
родистую сталь, подавляет коррозионные процессы с во­
дородной деполяризацией и п редотвращ ает обогащение
питательной воды продуктами коррозии стали. Агрес­
сивность коррозионного воздействия ам м иака на медные
сплавы зависит от содерж ания кислорода в питательной
воде и в конденсирующемся паре. При обеспечении д о­
пустимого содерж ания кислорода по водо-конденсатному тракту можно, дозируя аммиак, поддерживать рН
питательной воды на уровне 9,0± 2,0, чтобы уменьшить
обогащение ее окислами ж елеза. При содержании кис­
лорода в конденсате по тракту ТЭС более 20 м к г/к г Ог
поддержание постоянного р еж им а аминирования пита­
тельной воды следует проводить из расчета отсутствия
свободного ам м и а ка по водо-конденсатному тракту, что
достижимо при дозировке ам м и а ка в питательную воду
не выше 500 м к г/к г 1МН3 (рН = 8,8-^-9,0).
Д л я нейтрализации свободной угольной кислоты и
повышения рН питательной воды в пароводяной тракт
электростанции нередко вводятся органические амины,
в том числе циклогексиламин СвНцЫНг, морфолин
СШдЫО и пиперидин С5НиН. О б л ад ая щелочными свой­
ствами и летучестью, эти высокотемпературные ингиби­
торы коррозии создают защ итные окисные пленки на
поверхности оборудования и трубопроводов тракта пи­
тательной й о д ы , изготовленных из углеродистой стали
и медных сплавов. При дозе 2—3 м г /к г нейтрализую­
щие амины способствуют повышению рН питательной
142
воды до 8,5—9,0 Так как эти амины менее летучи, чем
аммиак, потери их в пароводяном цикле ТЭС значи­
тельно меньше, чем ам миака. В отличие от ам м иака они
ни при каких условиях не могут вызвать коррозию мед­
ных и латунных труб подогревателей и конденсаторов.
О днако амины дороги и поэтому получили на отечест­
венных ТЭС ограниченное применение.
А м м иак и амины не повышают солесодерж ания пи­
тательной воды, что особенно важно д л я э н е р го б л о ­
ков с прямоточными парогенераторами, гд е п р е д ъ я в ­
ляются особо строгие требования к качеству питательной
воды.
Д л я предотвращения кислородной коррозии элемен­
тов пароводяного тракта ТЭС, а так ж е уменьшения пере­
носа медистых отложений с внутренней поверхности п а­
рообразующих груб в турбину целесообразно непрерыв­
но дозировать в питательную воду гидразин-гидраг,
обладающ ий резко выраженными восстановительными
свойствами. Реакция между гидразин-гидратом и кисло­
родом протекает по уравнению
Ы2Н 4- Н 20 + 02— ^ 2 + З Н 20 ,
(5-3)
причем конечными ее Продуктами являю тся вода и азот.
По этой причине гидразин-гидрат является в настоящее
врем я единственным реагентом, пригодны м д л я у д а л е ­
ния остаточного к и с л о ро да из термически д е а э р и р о в а н ­
ной питательной воды прямоточных парогенераторов.
Основными факторами, определяющими скорость
этой реакции, являются избыток гидразина, начальная
концентрация растворенного кислорода, температура *и
значение рН среды. Избыток гидразина в питательной
воде целесообразно поддерж ивать па уровне 20—
30 м к г/к г (но не больше 100 м к г/к г Ы2Н 4). При этом
создаются более благоприятные условия для отложения
меди в парогенераторе, откуда ее проще удалить, чем из
проточной части турбины. В парогенераторе избыток ги­
дразина р азл агается
(при температуре 250—3 0 0 °С)
с образованием ам м иака, уходящего с паром и повы­
шающего рН конденсата, а т ак ж е водорода:
З М г Н г - И ? Ш з + К 2;
(5-4)
З М г Н г — »-21Чт1 [3+ З Н 2 + 21Ч 2.
(5-5)
ИЗ
Термическое разложение Ы2Н 4 катализируется окисла­
ми ж елеза и соединениями меди. Гидразин в пароводя­
ном тракте ТЭС способен вступать во взаимодействие
такж е с окислами железа и меди:
6Ре20 3+ Ы2Н 4- ^ 4 Р е 30 4+ 2Н20 + N2;
(5-6)
2СиО + ^ Н 4— ►2Си + 2Н20 + Ы2.
(5-7)
Поддержание заданной величины рН и концентра­
ции гидразина и ам миака осуществляется путем авто­
матизации коррекционной обработки питательной воды.
Непрерывное дозирование раствора ам миака с помощью
иасосов-дозаторов производится по импульсу электро­
проводности воды, а при одновременном дозировании
смеси растворов ам миака с гидразин-гидратом за д а н ­
ная доза гидразина может быть поддерж ана путем под­
бора такого соотношения гидразина и ам миака в р аб о ­
чем растворе, чтобы при оптимальном значении рН кон­
центрация гидразина в питательной воде была в преде­
л а х эксплуатационной нормы.
Обычно практикуется ввод растворов ам миака, ами­
нов и гидразина в напорный коллектор конденсатных
насосов с целью защ иты всего тракта питательной воды
от коррозии. В целях предотвращения аммиачно-кисло­
родной коррозии латунных труб регенеративных подогре­
вателей гидразин-гидрат дополнительно вводится в пе­
репускной паропровод между цилиндрами турбины
(в области температур 150—3 0 0 °С). При таком способе
подачи в цикл гидразина последний попадает не только
в конденсат, образующийся в конденсаторе, но и в кон­
денсат греющего пара п. н. д.
Д л я предотвращ ени я коррозии обратн ы х конденсатопроводов
в паропроводы, подаю щ ие греющий пар потребителям, вводятся
с помощью неслож ны х до з ат о р о в пленкообразую щ ие амины, к к ото­
рым м о ж ет быть отнесен октадецилам ин С 1 8 Н з 7 МН2. Это практиче­
ски. нерастворимое в воде соединение м ож ет употребляться лишь
в виде эмульсий или суспензий. Вы сокие ингибиторные свойства
пленкообразую щ их аминов основан ы на адсорбции их молекул по­
верхн остью корродируемого металла, в р езультате чего создается
не смачиваемый водой и моном олекулярный гидрофобный слой
этих веществ, который экранирует металл от действия на него не
только угольной кислоты, но и кислорода.
П л е нк ообр а зую щ ие амины э ф ф е к т и в н а при рН конденсата 4,0—
8 ,6 ;
если р Н > 8 ,6 , то а ми нная пленка начинает разру ш аться. При
дозе пленочных аминов 1 — 3 г на тонну пара скорость коррозии
в конденсатных системах сниж ае тс я на 92— 98%.
144
Д озир ов ан ие пленкообразующ их аминов д о л ж н о быть непре­
рывным и пропорциональным расходу обра ба ты в а ем ого пара; оно
осуществляется с помощью плунжерных насосов-дозаторов. Ввиду
независимости дозы указан ны х аминов от с о д ер ж а н и я свободной
углекислоты в конденсате за тра т ы на обработку в данном случае
со ставл яю т 40% стоимости обработки конденсата аминами, н е й т р а ­
лизующими углекислоту.
В эксплуатационны х условиях при температуре пара 370— 4 0 0 “С
р а зл о ж е н и е пленкообразующ его ами на не наблюдается.
5-3. В О Д Н О Х И М И Ч Е С К И Й Р Е Ж И М П А Р О Г Е Н Е Р А Т О Р О В
С МНОГОКРАТНОЙ Ц И РКУЛ ЯЦИ ЕЙ
а) Предотвращение коррозии
Если источник питания парогенераторов загрязнен
нитритами, то можно ослабить нитритную коррозию д о ­
зированием в парогенераторы среднего давления суль­
фита натрия, а в парогенераторы вы сокого,давления —
гидразина. Эти реагенты обладаю т способностью за м е д ­
лять протекание нитритной коррозии благодаря их спо­
собности взаимодействовать с нитритами с уменьшени­
ем концентрации последних в котловой воде. Э ффектив­
ной мерой предупреждения «нитритной» коррозии я в л я ­
ется химическое обессоливание добавочной питательной
воды, позволяющее полностью освободиться от солей,
в том числе от нитритов, в исходной воде.
Д л я успешного предотвращения межкристаллитной
коррозии котельного металла необходимо стремиться
к устранению влияния на металл всех факторов, вызы ­
вающих межкристаллитные трещины, в том числе: агрес­
сивности котловой воды, дополнительных механических
и термических напряжений, неплотностей в заклепочных
швах и вальцовочных соединениях элементов котла.Установлено, что при соотношении
> 5
сульфат натрия облада т способностью замедлять меж*
кристаллитную коррэзию котельного металла.
При повышенном содержании в котловой воде щело­
чи пассивирующее действие на котельный металл о к а­
зывают ингибиторы: селитра ЫаЫ0 3 и сульфит-целлюлозные щелока. Защ итное действие селитры в парогене­
раторах низкого и среднего давлений обнаруживается
лишь при соотношении С ^ а л о /^ а о н
0,4 (нитратное
число).
1
Н а стойкость котельной стали благоприятно дейст­
вует добавление в котловую воду не только селитры, но
и смеси ее с тринатрийфосфатом. Применение селитры
для предотвращения межкристаллитной коррозии паро­
генераторов при давлениях выше 70 кгс/см 1 не может
быть рекомендовано, так как она частично р азлагается
с появлением нитратной коррозии.
б) Предотвращение кальциевого и магниевого
накипеобразования
Высокая кратность испарения в современных п ар о­
генераторах барабанного типа со сравнительно неболь­
шим водяным объемом настолько ускоряет рост концен­
трации солей в котловой воде, что д аж е при незначи­
тельном содержании кальциевых и магниевых соедине­
ний в питательной воде возникает опасность отложения
накипи на поверхностях нагрева.
В целях предотвращения кальциевого накипеобразо­
вания наряду с глубоким умягчением добавочной пита­
тельной воды и уплотнением конденсаторов паровых
турбин на тепловых электростанциях получил повсеме­
стное применение так называемый к о р р е к ц и о н н ы й
фосфатный
режим
котловой
в о д ы . С его
помощью представляется возможным предотвращать
образование кальциевой накипи на поверхности нагрева
д аж е в тех случаях, когда ионы С а2+, 8 О42- и 8 Ю32~ со­
д ерж атся в котловой воде в соотношениях, б лагоприят­
ствующих ее возникновению. Это достигается благодаря
тому, что при до зи р ован и и раствора ф осф орнокислых
солей натрия в питательную или котловую в о д у с о з д а ­
ются условия, при которых твердая ф а за образуется не
на поверхности н агр ева, а в толще котловой воды
в ф орм е ка л ьц и е во го шлама, у д а л я е м о г о из п а р о г е н е р а ­
тора с п р о д у т о й . Этот рыхлый подвижный шлам, воз­
никающий в результате
взаимодействия
фосфатов
с кальциевыми соединениями,' представляет собой труд­
норастворимую комплексную соль кальция — г и д р оксилапатит
С а ю (Р 04)б(0 Н ) 2, который образуется
при избытке ионов РОд3- в котловой воде. В этом слу­
чае концентрация ионов кальция снижается столь глу­
боко, что такие накипеобразователи, как С а 5 Ю 3 и
СаЗО», не достигают насыщения в котловой воде. В ре146
зультате весь кальций, поступающий с питательной во­
дой в парогенератор, осаж дается в виде гидроксилапатита.
Коррекционный фосфатный режим котловой воды
базируется на законе «произведения растворимостей,
управляю щем концентрациями ионов в насыщенных р ас­
творах малорастворимых электролитов. В настоящее
время нельзя расчетным путем определить минимальную
защитную концентрацию ионов РО 43- для предотвращ е­
ния накипеобразования, так как отсутствуют экспери­
ментальные данные о растворимости при высоких тем­
пературах кальциевых соединений в присутствии анио­
нов, не входящих в состав этих соединений. Кроме
того, явление осаждения таких сложных веществ,
как гидроксилапатит, управляется не только правилом
постоянства величины произведения растворимостей пр^
данной температуре, но и процессами комплексообразования и гидролиза. В практических у с л о в и я х н еоб хо ди ­
мый минимальный избыток Р О ^ в котловой во д е обы ч­
но устанавливается эмпирически, путем н епреры вн ого
контроля за качеством котловой воды и состоянием по­
верхности н агрева.
Так как наиболее важными анионами накипеобразователей для кальция являю тся ионы 5 Ю 32~ и ЗС>42-, то
следует устанавливать величину необходимого избытка
фосфатов, ориентируясь на концентрацию этих ионов
в котловой воде. Экспериментально установлено и тео­
ретически обосновано, что чем выше концентрация т а ­
ких анионов накипеобразователей, как З Ю 32_ и 5 С>42“
в котловой воде, тем больше требуется концентрация
ионов РО 43- д ля предотвращени кальциевого накипеоб­
разования. С другой стороны, при повышении величины
рН котловой воды уменьшается потребное количество
фосфатов, обеспечивающее безнакштный водный режим
парогенератора.
Если д ля устранения возможности кальциевого наки­
пеобразования ж елательна наибольш ая концентрация
фосфатных ионов в котловой воде и наименьшая для
силикатных, то для устранения образования магниевой
накипи ж елательно как раз обратное. Отсюда следует,
что весьма важ н о эмпирическим путем найти область
концентрации ионов Р 0 43_ и 5 Ю 32~, в которой обеспечи­
вается выпадение и кальциевого и магниевбго ш лам а
(гидроксилапатита и сложного силиката магния). .
147
Р еш аю щ им фактором для оценки правильности про­
водим ого режима фосфат ирования котловой воды я в л я ­
ется отсутствие накипи и прикипевш его ш лама на по­
верхностях н а гр е в а парогенераторов.
С ростом температуры резко уменьшается раствори­
мость тринатрийфосфата, поэтому в парогенераторах
высокого давления концентрацию фосфатов в котловой
воде можно допускать не больше 100 м г/кг РС>43“ . П ре­
вышение указанной концентрации может в случае какихлибо нарушений нормального режима парогенератора
привести к временному отложению ЫазРС>4 на стенках
п арообразую щих труб Состав и форма твердой фазы
при обработке воды ф осф атами зависят от рН среды.
При достаточном количестве гидроксильных
ионов
( р Н > 1 0 ) благодаря взаимодействию ионов РС>43~, О Н и С а 2+, поступающих в парогенератор с питательной во­
дой, образуется гидроксилапатит:
10Са5Юз + 6Ыа8Р О 4+ 2Ы аОН**
< ^ С а 1о( РО4) в (ОН) 2+ 10Ыа25 Ю 3.
(5-8)
При р Н > 10 произведение растворимости для гидроксилапатита достигается раньше, чем для фосфорита, и
поэтому устойчивой формой выпадения кальция в этих
условиях является именно гидроксилапатит. В условиях
слабощелочной среды (рН = 7,5 -^ 8 ), характерной для
тракта
питательной
воды,
образуется
фосфорит
С а з ( Р 0 4 )г, который отклады вается в форме плотной
кристаллической накипи в трубах кипящих экономайзе­
ров, регенеративных подогревателей, а иногда в пита­
тельных трубопроводах. Значительная разница в рас­
творимости гидроксилапатита в нейтральной и ще­
лочной средах обусловлена существенным изменением
степени гидролиза фосфатов при разных рН среды,
а так ж е величиной растворимости образующихся про­
дуктов.
При значительном избытке ионов Р 0 43_ в котловой
воде может образоваться фосфат магния М й з(Р0 4) 2,
который обладает способностью прикипать к поверх­
ности нагрева, образуя малотеплопроводную вторич­
ную накипь, трудно удаляемую механическими спосо­
бами.
При питании парогенераторов смесыо конденсата и
химически обессоленной воды либо дистиллята в каче­
стве реагентов для коррекционной фосфатной обработ148
ки воды обычно применяется тринатрийфосфат Ыа3РС>4.
Если же питательная вода обладает повышенной щелоч­
ностью, например, при значительной добавке химически
очищенной воды, то в целях нейтрализации избыточной
щелочности
применяется
кислый
динатрийфосфат
№ 2Н Р 0 4 и монофосфат натрия ЫаНгРС^, а так ж е «по­
тенциально» кислые полиметафосфаты натрия, в частно­
сти гексаметафосфат ( № Р 0 8 )в , пирофосфат Ыа4Р 07 и
триполифосфат ЫэбРзОю, которые в парогенераторах
высокого давления гидролизуются с образованием кис­
лых фосфатов:
( Ы а Р 0 3) в + 6 Н 20 — ►6МаН*РО«
(5-9)
^ ь Р з О ю + г Н г О — >-2№2НРС)« 4 - № Н 2Р О *
(5-10)
Выбор того или иного реагента производится с уче­
том щелочности и жесткости питательной и котловой
воды. Кислые фосфаты связы ваю т едкий натр и тем с а ­
мым предотвращают возможность концентрирования его
в неплотностях или сквозных трещинах, имеющихся
в бар аб ан е парогенератора
Растворы фосфатов натрия дозируются в таких коли­
чествах, чтобы после взаимодействия их с накипеобразователями, поступающими в парогенератор с питатель­
ной водой, в котловой воде постоянно поддерж ивалась
зад ан н ая концентрация ионов'РСХ3- Количество ф о сф а­
тов, необходимое для поддерж ания в работаю щ ем паро­
генераторе заданного их избытка, в пересчете на РО 43может быть определено по формуле
|д ( 1 + т ) Ж - 3 1 ,7 + д т /|х ^
0о- =
= ^ - ( 3 1 , 7 ^ + 3 1 ,7 ? ^ + ^).
(5-11)
где О — необходимый часовой расход технического фос­
ф ата, кг/ч\ (3 — паропроизводительность парогенератора,
т/ч; Ж — жесткость питательной воды, г-экв/т-, ф — от­
носительная продувка котла в долях от паропроизводительности, принятой за единицу; г — избыток фосфатов
в котловой воде в пересчете на Р 0 43~, г/т; С — с о д е р ж а ­
ние Р 0 43' в техническом фосфате, %; 3 1 ,7 — эквивалент­
ный вес Р 0 43~.
149
Р аствор фосфата определенной концентрации может
подаваться в парогенераторы по двум схемам: индиви­
дуа л ьн ой и центральной. Индивидуальное фосфатирование предусматривает равномерный и непрерывный ввод
раствора фосфатов непосредственно в барабаны паро-
Рис. 5-1. Схем а
установки д л я индивидуального
парогенераторов.
ф осф атир ов ания
/ — зап асн о й б ак р ас тв о р а ф о с ф а та ; 2 — и н д и ви д у ал ьн ы й расходн ы й б ак : 3 —
п л у н ж е р н ы й н а с о с -д о з а т о р ; * — д о з а т о р ш а й б о в ы й ; 5 — б а р а б а н п а р о г е н е р а т о ­
р а № 1, ч и с ты й о т с е к ; 6 — в б а р а б а н ы о с т а л ь н ы х п а р о г е н е р а т о р о в ; 7 — г р а н и ­
цы п о с т а в к и з а в о д а ; 8 — д р е н а ж ; 9 — в е н т и л ь д р о с с е л ь н ы й п р о х о д н о й ; 10 —
п ереход.
генераторов с помощью насосов-дозаторов плунжерного
типа. Схема установки для приготовления фосфатного
раствора,
раздачи его и дозирования в каждый
парогенератор изображена на рис. 5-1. При центральной
схеме фосфатирования (рис. 5-2) раствор фосфатов
в количестве, отвечающем потребности всех работаю150
щих парогенераторов, вводится в каком-либо месте
тракта питательной воды (на КЭС — обычно во всас пи­
тательных насосов, а на ТЭ Ц — в добавочную химически
обработанную воду).
Централизованное фесфатирование п рощ е и уд о б н е е
в обслуж ивании по сравн ен ию с ин ди ви дуа л ьн ы м в в о ­
дом фосфатов. К тому же присадк а фосфатов в пита­
тельную в о д у повышает значение рН и тем самым ос ­
лабляет к о рро зи ю тракта питательной воды.
При централизованном дозировании фосфатов ж ест­
кость питательной воды не долж на длительно превы­
шать 5 м к г-э к в /к г во избе­
жание образования плот­
ной фосфоритной накипи
и шлама на стенках труб
водяных экономайзеров,
подогревателей высокого
давления и в питательных
магистралях.
В целях предотвращ е­
ния общей коррозии ко­
Рис. 5-2. Схема це н т р ал и зо ва н н о­
тельного металла, обу­ го ввода ф о с ф а та в па роге н е ра ­
словленной низкой вели­
торы.
/ — л и н и я х и м и ч е с к и о б р а б о т а н н о й во­
чиной
рН, необходимо
ды ; 2 — п и тател ьн ы е н асосы ; 3 — п а р о ­
обеспечить минимальную
ген ераторы ;
4 — деаэратор;
5 — во з­
м о ж н ы е м еста в в о д а ф о с ф а т а .
щелочность котловой во­
ды
в пределах
0,1 —
0,3 м г-экв/кг. В парогенераторах с многократной цирку­
ляцией при отсутствии трещин в металле б арабан ов либо
интенсивного развития подшламовой коррозии обычно
поддерживается щелочно-фосфатный режим котловой
воды, который осуществим при любых способах приго­
товления добавочной питательной воды как на конденса­
ционных электростанциях, так и на ТЭЦ.
В случ ае появления трещин в б а р а б а н а х или р а з в и ­
тия подш лам овой коррозии необходим о поддерживать
режим чисто фосфатной щелочности котловой воды, п р е ­
дусматривающий полное отсутствие в котловой воде
с во б о дн о го едко го натра; щелочность котловой воды при
этом режиме может быть о б у с л о в л е н а только фосфата­
ми натрия. Этот режим применим в условиях питания
парогенераторов конденсатом с добавкой дистиллята
испарителей ил Я химически обессоленной воды. Щ елоч­
ность котловой воды в этом случае создается лишь
151
вследствие гидролиза натриевых солей фосфорной кис­
лоты, совершающегося по реакциям:
№ 3Р 0 4+ Н 20=е±1Ма0Н + Ыа2Н Р 0 4;
(5-12)
N а2Н Р 0 4+ Н20 * ^ N аОН + N аН 2Р 0 4.
(5-13)
Получающийся в результате гидролиза едкий натр
не может достичь опасной концентрации (5% и выше),
так как степень гидролиза 1МазР04 уменьшается по мере
роста концентрации раствора. При полном выпаривании
котловой воды в щелях неплотных котельных соедине­
ний происходит устранение ЫаОН, образовавш егося при
гидролизе тринатрийфосфата:
N аО Н + N а2Н Р 0 4— >-Ыа3Р 0 4+ Н 20 .
(5-14)
В результате этого процесса образуется раствор
№ 3Р 0 4 и № 2Н Р 0 4, безопасный для котельного м етал­
ла. При осуществлении реж има чисто фосфатной щ е­
лочности в результате реакции Ыа3Р 0 4 с солями кар бо ­
натной жесткости, попадающими в турбинный конденсат
из-за присосов охлаж даю щ ей воды, в котловой воде мо­
ж ет образоваться свободный едкий натр:
Ю С а(Н С 03) 2— ИОСаСОз+ Ю С02+ ЮН20 ;
(5-15)
ЮСаСОз + 6Ы а3Р 0 4 + 2М а О Н — *Саю ( Р 0 4) е ( О Н ) 2 +
Н-КШагСОз;
ЮЫа2С 0 3+ 10Н20 —*20ЫаОН + ЮС02.
(5-16)
(5-17)
Образую щ ийся в результате приведенных реакций
едкий натр может быть нейтрализован путем присадки
в котловую воду мононатрийфосфата ЫаН2Р 0 4, динатрийфосфата 1Ма2Н Р 0 4 и других фосфорнокислых солей.
Выбор той или иной фосфорнокислой соли или их соот­
ношений производится с учетом качества питательной
воды, ее жесткости и щелочности.
При осуществлении р е ж и м а чисто фосфатной щелочности могут
быть следую щ ие соотношен ия м е ж д у щелочным 1 и ф о с ф а т н ы м 2
числами котловой воды:
1)
Щ Ч=0,42 ФЧ; при этом в котловой воде с одерж и т с я лиш ь
Ыа 3 Р 0 4; этот чисто фосфатный режим п ре дот в р ащ ае т меж кристал1 Щ елочное число
(ЩЧ) ха рак т ер и зует концентрацию в к отл о­
вой воде К'аОН (м г/кг), о бразую щ егося при гидролизе Ыа 3 Р 0 4: оно
определяется путем ум нож ен ия на 40 (молекулярны й вес ЫаОН)
количества м иллилитров израсходованной децинормальнон кислоты
при титровании с фенол ф тал еином воды в количестве 1 0 0 мл.
2 Ф о сф атн ое
число (ФЧ) пре дс та в л я ет собой концентрацию
растворенных в котловой воде фосфатов, вы раж ен н у ю в м г/кг Р О 4 3-.
152
литнуго коррозию и накипеобразование, но он сравнительно легко
наруш ается, и поэтому его трудно п од держ и в а ть в экс п л у а та ц и о н ­
ных условиях;
2 ) Щ Ч>0А2ФЧ*\
в
этом случае в котловой воде н а ряду
с Ы азР 0 4 имеется т а к ж е избыточная щ елочность в виде № О Н ,
котор ая способна достигать концентраций, опасных дл я котельного
металла;
*
3) Щ Ч = 0, а Ф Ч > 0; в этом случае в котловой воде имеется
№ Н 2 Р 0 4 и л и ИагН РСи, или смесь этих веществ; такой режим
чисто фос фатной щелочности пре дот в ращ ае т м еж кристаллитную
коррозию, но он нерационален с точки зрения требований по преду­
преждению нак ипеобр азован ия и общей коррозии металла;
4) 9 ‘ * < Щ ' / < 0 , 4 2 ФЧ; этот режим чисто фосфатной щелочности
яв л яется практически приемлемым, так как он п р е д о т в р ащ ае т м е ж ­
кристаллитную коррозию металла и накипеобразование.
Н а промышленных ТЭЦ, где парогенераторы б а р а ­
банного типа с рабочим давлением 100 кгс/см 2 и выше
питаются с добавкой щелочной химически обработанной
воды, режим чисто фосфатной щелочности котловой во­
ды неосуществим.
З а последние годы в связи с усовершенствованием
технологии умягчения воды и проведением ряда работ
по уплотнению конденсаторов попадание солей кальция
и магния в парогенераторы, особенно на конденсацион­
ных электростанциях,
практически не происходит, и
в составе накипи и ш лам а примеси кальция и магния
содерж атся в ничтожном количестве. С другой стороны,
ири создании фосфатного реж има иногда наблюдается
образование феррофосфатных отложений. При наличии
фосфатов в котловой воде достаточен небольшой пере­
грев стенки металла парогенерирующей трубы, чтобы,
вызвать подшламовую коррозию с разрушением магнетитной пленки. Особенно опасны последствия этого р а зр у ­
шения, вызываемые сильно переменной нагрузкой паро­
генератора. В связи с этим на конденсационных элек­
тростанциях, где парогенераторы питаются конденсатом,
а потери пара восполняются химически обессоленной
водой или дистиллятом, а конденсаторы надежно уплот­
нены, наблюдается тенденция перехода на режим
уменьшенного фосфатирования котловой воды либо на
бесфосфатный режим. При переходе на эти режимы со-
________ /
* К оэф фициент 0,42 является отношением молекулярны х весов
МаОН и Р О / - .
** Число 9 м г/кг К а О Н является минимальным по условиям
предотвращ ения накипеотложений в парогенераторе концентрацией
едкого натра, полученного в резу л ьтате гидролиза фосфатов.
153
кращ аю тся расходы на реагенты и обслуживающий пер­
сонал и в значительной мере упрощается работа котель­
ного и химического цехов электростанции.
Применение
комплексообразующих
реагентов
(ЭДТА, трилона Б и др.) взамен обычного фосфатирования экономично при жесткости питательной воды
меньше 100 м к г-экв/к г. Основным условием эффективно­
сти такой обработки является дозирование комплексо­
образующего реагента в количестве, соответствующем
концентрации содерж ащ ихся в воде катионов кальция
и магния (моль на м о л ь ). Широкому внедрению на оте­
чественных ТЭС метода непрерывной обработки воды
комплексонами препятствуют высокая стоимость и де­
фицитность этих реагентов.
в) Предотвращение образования бескальциевых
силикатных, железных и медных накипей
Коррекционный фосфатный режим котловой воды не
способен предотвращ ать образование сложных бескаль­
циевых силикатных накипей в парогенераторах б а р а б а н ­
ного типа высокого давления. Д л я того чтобы избежать
этих отложений, необходимо в первую очередь всемерно
снизить концентрацию соединений железа, алюминия и
кремния в питательной и котловой водах. Кроме того,
следует добиваться ликвидации в парообразующих тру­
бах плохо охлаж д аем ы х или «сухих» участков путем
конструктивных изменений парогенераторов и упорядо­
чения тепловых и гидродинамических условий работы
их.
Практически полного предотвращения процесса железоокисного накипеобразования можно достичь путем
гидразинной обработки питательной или котловой воды.
Гидразин восстанавливает окислы железа до окислов
низшей валентности и частично до металлического ж е ­
леза, чем объясняется эффективность его действия в к а ­
честве зам едлителя железоокисного накипеобразования:
6 РегОз+ЫгН4— >-4Рез04 + N2 + 2 ^ 0 ;
(5-18)
2Ре30 4 + ^ Н 4 — ИЗРе0 + ^ + 2Н20;
(5-19)
2РеО + ^ Н 4— >2Ре + М2+ 2Н 20 .
(5-20)
Д о за гидразин-гидрата подбирается из расчета под­
держания его избытка в котловой воде до 20—30 мкг/кг.
В качестве замедлителей процесса ж елезоокисного н а­
к и п еоб р азован и я могут быть также с успехом примене-
154
ны вещества, о б р а зу ю щ и е прочные раст воримы е ком­
плексные соединения с железом. При этом в воде б у д у /
отсутствовать как ионы железа, так и коллоидны е части­
цы его, способные прикипать к поверхности на грева .
Из опробованных комплексообразователей успешный
эффект был достигнут п|)и переходе с тринатрийфосфата
на гексаметафосфат натрия; скорость образования железоо'кисных отложений при этом уменьшается в 4— 5 раз.
Реагируя с солями щелочноземельных металлов, гексаме­
тафосфат натрия образует комплексы, в которых щелоч­
ноземельный металл находится в анионе, например
4 Ы а + [ С а ( Р 0 3)б]4~. Эти комплексы обладаю т способно­
стью «захвата» соединений железа, присутствующих
в котловой воде.
Предотвращения процесса медного накипеобразования можно достичь устранением местных чрезмерно вы ­
соких тепловых нагрузок либо вводом в котловую воду
термически стойких веществ, образующих с медью доста­
точно прочные комплексные соединения.
Установлено, что в присутствии гексаметафосфата на­
трия скорость процесса медного накипеобразования
в сравнении с тринатрийфосфатным режимом резко з а ­
медляется, а зона тепловых нагрузок, при которых мед­
ная накипь вообще не образуется, значительно расш иря­
ется. При вводе гексаметафосфата натрия процесс отл о ­
жения медной накипи начинается при плотности тепло­
вого потока 460 квт/м2 против 230 квт/м2 при обычном
режиме фосфатирования. Д озирование гексаметаф осф а­
та натрия способствует так ж е равномерному распреде­
лению по всей длине трубы незначительного количества
рыхлых отложений, основной составляющей которых яв ­
ляются окислы железа.
Таким образом, применение гексаметафосфата натрия
и ги дразин а, а также у поря доч ен ие гидродин ам и ки п а р о ­
генератора позволяют практически полностью предотвра­
тить о б р а зо ва н и е на поверхности н а гр е в а отложений, со­
стоящих из сложных силикатов, окислов железа и меди.
г) Шламовая продувка парогенераторов
При проведении фосфатного режима котловой воды
в водяном объеме парогенератора образуется высокодис­
персный шлам, который обычно скапливается в нижних
точках циркуляционного контура (коллекторы экранов,
нижние барабаны ) и удаляется из парогенератора с гю!ба
мощью периодической продувки котловой воды. Количе­
ство выделившегося в парогенераторе дисперсного шлама
зависит от величины присосов жесткой воды в конденса­
торах и других теплообменных аппаратах и количества
и структуры производственной окалины и коррозионных
отложений на внутренней поверхности парообразующих
труб, продукты разрушения которых могут резко повы­
сить концентрацию шлам-а в котловой воде,
При правильно организованном режиме периодиче­
ской шламовой продувки парогенератора -можно значи­
тельно ослабить или полностью
избежать отложения
«вторичной* накипи и заноса шламом внутренних по­
верхностей трубных пучков. Д л я того чтобы избежать
опасности образования железоокисных накипей на элек­
тростанциях с восполнением потерь дистиллятом или
обессоленной водой, величина шламовой продувки паро­
генератора долж на быть не ниже 0,3%, а на промыш­
ленных ТЭС с добавкой химически обработанной воды—
не ниже 0,5% парапроизводительности парогенератора.
д) Непрерывная продувка парогенераторов
3 многократной циркуляцией
Д л я предотвращения образования отложений в паро­
вом тракте необходимо поддержание оптимальных экс­
плуатационных норм качества котловой воды, обеспечи­
вающих получение чистого пара. Д л я этого следует вы­
водить из парогенератора поступающие в него примеси
путем непрерывной продувки, т. е. слива части котловой
воды и замены ее питательной.
При непрерывной продувке устанавливается матери­
альный баланс солей в парогенераторе: по достижении
предельной концентрации тех или иных загрязнений
с продувочной водой непрерывно выводится из парогене­
ратора количество загрязнении, равное тому, которое
поступает в него с питательной водой. При установив­
шемся режиме работы парогенератора в условиях непре­
рывной продувки уравнение б алан са солей в парогенера­
торе можно выразить так:
Оп.вЯп.в —^пЯп + ^пр^к.в,
(5-21)
где О ц — паропроизводительность парогенератора, или
количество испаряемой в нем воды, г/ч; Опр — количест­
во продувочной воды, т/ч\ О п+ П пр = 0п.в — количество
156
Питательной воды, т]ч\ а пв, а п, Лкв — соответственно су­
хой остаток, г/т; кремнесодержание, г/т, и щелочность,
г-же/т, питательной воды, пара и котловой воды, кото­
рые принимаются по установленным нормам
Решив это уравнение относительно Ь Пр, можно опре­
делить количество продувочной воды, выводимой из п а­
рогенератора, по формуле
(5-22)
Относительную величину продувки в долях 1>п можно
выразить степенью продувки ф по формуле
или в процентах от О п по формуле
р=
ь'а
■100
• ЮО°/0.
(5-24)
Если концентрация примесей в паре а а значительно
меньше концентрации их в питательной воде а п.в, уносом
их с паром можно пренебречь. Тогда выражение для
определения величины продувки примет более простой
вид:
(5-25)
Отсюда следует, что величину непрерывной продувки
парогенераторов определяют солевой состав питательной
воды и нормы качества продувочной котловой воды. Д л я
каж дого парогенератора эти нормы устанавливаются на
основе теплохимических испытаний, которые в значитель­
ной степени зависят от р а б о ч его да в л е н и я в п а р о ген е ­
раторе
и схемы
внут рибарабанных
сепа рационных
устройств.
Д л я более точного определения величины непрерыв­
ной продувки следует исходить из весового баланса со­
лей с учетом водяного баланса ТЭС по отдельным ком­
понентам питательной воды, химического состава к а ж ­
дого из компонентов питательной воды (конденсата тур­
бин и внешних потребителей пара, добавочной питатель­
ной воды, пара, выдаваемого парогенератором и отсепа157
рированного
и др.);
в
расширителе
непрерывной
продубки,
(1 — а " ) Вп.п&к + [ а / + а " + (1 — |3) ср]-Оп.нОд.в +
+ рфйгщй п = ф -О п.н^к.в+ ( 1 + О7) Оп.н^п,
(5 -2 6 )
г д е / ) п.н — паропроизводительность котельной нетто без
учета внутристанционных потерь конденсата, т/ч; а ' —
доля внутристанционных потерь конденсата от й п.н; а " —
доля потерь у внешних потребителей пара от Оплй Р —
доля возврата в цикл пара, отсепарированного в расш и­
рителе непрерывной продувки, от величины продувки;
а к — солесодержание, г/т, кремнесодер^ание, г/т, или
щелочность, г-экв/т, конденсата (турбин, подогревателей,
паропреобразователей); Л к.в —то ж е для качества проду­
вочной котловой воды; а д.в — то ж е для качества д о б а ­
вочной питательной воды; а п и а'„ — то ж е для качества
насыщенного пара из б араб ан а .и пара, отсепарирован­
ного в расширителе непрерывной продувки; ф =/?/100—
«■степень продув'ки» в долях Оп.„.
Величину р можно определить по формуле
-^ р .
(5-27)
где г'п и Гр — энтальпии продувочной воды соответствен­
но при давлениях в парогенераторе и расширителе; гр —
теплота парообразования при давлении в расширителе;
г]р — к. п. д. расширителя, учитывающий потерю тепла
расширителем в окруж аю щ ую среду и равный 0 ,9 —0,95.
Обозначив А т р = ф А 1.н, найдем:
Л
___ 0
— а")
+
(“ ' +
а") Яд.в— ( 1 + а' ) я п
“Р “
п
---------Л;'
( с ОО!
( 5 ' 2 8 )
Если обозначить через Д , = (1— а")^п.н суммарное ко ­
личество конденсата, возвращ аемого внешними потреби­
телями пара, а через О д.в = ( и + а " ) О п.п — количество д о ­
бавочной химически обработанной воды, идущей на вос­
полнение внутристанционных и внешних потерь конден­
сата, но без учета потерь питательной воды с продувкой
парогенераторов, то расчетная формула для определе­
ния количества продувочной воды с учетом частичного
использования ее в расширителе примет вид;
р
158
—
‘■р ~
А л + о л „Яд.„
(1 + а') Ц,.няп
,
)ал л - ф ж
------------ * ШГ*•
Г
(5‘29)
или в процентах
(1 -
а" ) д
+ [а' 4 - а " ) дл , К •В
О
Рд
В
(1 + а ') д „
Г*
100
(5 30 )
П
Д л я конденсационной электростанции и чисто отопи­
о
тельной
ТЭЦ , для которых аа"" —
— 0, формула (5-30)
(й-30) при­
пьной ТЭЦ,
мет вид:
Л, + »'Дд.. Л ЖъЯ
0
О
± ^ _п_
Р) Яд в
, ! 00,
( 5 .3 1 )
и
Если концентрации солей в конденсате а к, насыщен­
ном паре парогенератора аа и насыщенном паре, огсепарированном в расширителе непрерывной продувки, а'п
гораздо меньше концентрации солей в добавочной воде
«д.в, то формула (5-30) примет вид:
ри = Лх (а'—+(1а")^
’ ■100.
— Р)йд.в
(5-32)
'
Такое упрощение недопустимо при вычислении про­
дувки по кремниевой кислоте для парогенератора высо­
кого и сверхвысокого давлений, где величина аа может
быть соизмерима с а д.в и отбрасывание членов, относя­
щихся к уносу кремниевой кислоты насыщенным паром,
приводит к ошибочным результатам, в особенности при
величине продувки р < 1%. В основу расчетов устройств
непрерывной продувки и выбора производительности во­
доподготовительной установки следует положить большее
из значений потребной продувки (по солесодержанию,
кремнесодержанию либо щелочности).
Вывод продувочной котловой воды из б ар аб ан а п а р о ­
генератора, не оснащенного устройствами ступенчатого
испарения, производится с помощью водозаборных труб
с отверстиями или насадками по всей длине, разм ещ ен­
ных в б араб ан е в зоне наибольших солевых концентра­
ций, т. е. рядом с местами ВБода кипятильных или отво­
дящих экранных труб. В парогенераторах, оснащенных
устройствами ступенчатого испарения, продувочная вода
выводится из части б арабан а, куда включена вторая или
третья ступень испарения, а при наличии выносных ци­
клонов для последней ступени испарения — из этих ци­
клонов.
В парогенераторах, питающихся с большой добавкой
химически обработанной воды, потребная непрерывная
продувка может достигать 3— 5°/о и выше, что сопряж е­
№
но с большими потерями тепла с продувочной водой.
Поэтому последнюю направляю т в расширитель проду­
вочной воды, где происходит частичное испарение ее.
Выделившийся в расширителе пар сепарируется и н а­
правляется в деаэратор для использования его тепла и
полученного из него конденсата. В поверхностных подо­
гревателях используется так ж е большая часть тепла са ­
мой продувочной воды, уходящей из расширителя.
П р и нцип иальная схема устройств д л я непрерывной продувки
парогенераторов (с использованием тепла продувочной воды) изоб р а ж ен а на рис. 5-3. К отло в ая
вода, в ы во д и м а я из б а р а б а н а /,
— 1 -8
в начал е проходит через з а п о р ­
ные игольчатые вентили 2 и
да л ее через дроссельн ый регу­
лирующий вентиль 4, который
обычно р а спол агается на ш ту­
цере расш ирителя 3. В р а сш и ­
рителе непрерывной продувки
давление п од дер ж и в а ет с я на
уровне да в л ен и я в термическом
деаэраторе, куда обычно отво­
дится выпар 6 из расширителя.
Уровень воды в расш ирителе
п о д д ер ж и в а ет с я на определен­
ной высоте
с помощью по­
плавкового регулятора, воздей­
с твую щ его на вы ходную дрос:ельную засл о н ку отсепарированной воды.
При значительном расходе
продувочной воды рекоменду.
ется после расш ирителя у с та ­
на в л ив ат ь о хл ад ител ь проду­
вочной воды 8, в котором она
подогревает химически о б р а б о ­
танную воду 9, на пра в ляе м у ю
в деаэр атор . П род увоч н а я в о ­
да по вы ходе ее из охл ад ител я
используется д л я подпитки теп­
ловых сетей или в зр ы х л я ю ­
щей промывки осветлительных
Рис. 5-3. П ринципиальная схема
ф ильтров, работаю щ их на го­
устройств д л я непрерывной п р о ­
рячей воде; она м ож ет быть
дувки парогенератора с использо­
н аправлена т а к ж е в о светлите­
ванием тепла продувочной воды.
ли водоподготовительной у с т а ­
/ — верхний
барабан
парогенератора:
новки, р аботаю щ ей по методу
2 — зап орн ы е игольчаты е вентили; 3 —
о
с аж д е н и я
накипеобразоватерасш и ри тель; 4 — дроссельн ы й р егу л и ­
лей.
рую щ ий вентиль; 5 — о х л ад и т ел ь д л я
отбо ра пробы котловой воды ; 5 — пар
К а к известно, па ро ге н е р а ­
в деаэр ато р ; 7 — пар в атм осф еру; 5 —
торы повышенного
давл ени я
п о в ер х н о с тн ы й о х л а д и т е л ь п р о д у в о ч н о й
могут на де ж н о р а б о та т ь при
воды ;
9 — х и м и ч еск и
обработанн ая
вода.
сдлевых концентрациях к отлр.
190
вой воды, зн ач ите л ьно более низких, чем в парогенераторах н. я
Поэтом у продувочная вода па р о .е н е р аг о р о в с более высоким д а в л е н и ­
ем мож е! быть целиком использована д л я питания парогенераторов
с более низким давлением; при этом б а р а б а н ы парогенераторов по­
ниженного давл ени я выполняют роль расш ирителей. П од обная
схема использования продувочной воды позволяет получить д о ­
полнительное количество пара в парогенераторах низкого давления
за счет разности эн тальпий котловой воды при различных д а в л е ­
ниях. Кроме того, отпадает необходимость в расш ирител ях и теп­
лообм енниках для парогенераторов повышенного давления. А н а л о ­
гичным образом продувочная вода парогенераторов м ож ет быть
использована для питания менее требовательных к качеству п и та ­
тельной воды испарителей и паропреобразовател ей. При отсутствии
потребителей продувочной воды она на выходе из теплообменн ика
сливается в барботер, где о х л а ж д а е т с я холодной водой до 30—
50 °С, после чего она м о ж е т быть спущ ена в кан ал изац ию . Д л я
того чтобы иметь возмож ность посредством непрерывной продувки
п о д д ер ж и в а ть заданны й режим котловой воды, парогенераторы
д о л ж н ы быть оснащены устройствами, обеспечивающими удобство
регулирования и измерения расхода продувочной воды.
На промышленных Т Э Ц при значительных и перемен­
ных по величине добавках химически обработанной во­
ды солесодержание питательной воды изменяется в ши­
роких пределах; если же наряду с этим имеет место не­
постоянство паропроизводительности парогенераторов, то
узел непрерывной продувки должен обладать достаточно
широкими пределами регулирования. Регулирование про­
дувки в подобных случаях осуществляется с помощью
параллельно или последовательно включенных дроссель­
ных шайб, игольчатых вентилей, зад виж ек или вентилей
со ступенчатым изменением проходного сечения.
Обязательным условием правильн ой работы органов,
р е гу л и р у ю щ и х р а с х о д продувочн ой воды, и приборов, его
измеряющих, является однофазность среды, т. е. отсутст­
вие в продувочн ой во д е п у зы р ь к о в пара при всех реж и­
мах работы парогенератора.
На рис. 5-4 и з о б р а ж е н а схема узла со ступенчатым р е гул и ров а ­
нием продувки, осуществляемы м с помощью трех п арал л ел ьно вклю ­
ченных дроссельных ограничительных шайб разной пропускной спо­
собности. Вклю чая открытием обычных запорных вентилей одну
или несколько п ротари рованн ы х по расходу шайб, м о ж н о д о с т а ­
точно точно регулировать р азм ер продувки. Н е дос та тк а м и данной
схемы яв л яю тс я увеличенное количество запорной арм атур ы , не­
плотное закры тие которой приводит к р азверке расхода продувочной
воды; большое число переключений, связан ны х с ре гу л иров а ние м ,
засорение ш ламом ш айб малого проходного сечения. Поэтому в ко­
тельных высокого да в л ени я для ограничения и регулирования про­
дувки при меняются дроссельн ые вставки, состоящие из нескольких
последовательно включенных шайб разных ди ам етро в , но не меньше
3—4 мм. Количество вставок и д и ам етр проходного отверстая шай.5
6
З а к . 134
161
подбираются с таким расчетом, чтобы давлени е после дроссельн ого
устройства было достаточным для преодоления сопроти вления про­
дувочной линии при данном расходе воды.
Н а рис. 5-5 и з о б р а ж е н а принципиальная схема устройства узла
ре гулирования и контроля непрерывной продувки с игольчатым
вентилем, включенным п а рал л е л ьн о вентилю прямого хода. С по­
м ощью предварительно п р отари рованн ого м аном етра, подключенного
к коллектору, м ож но по перепаду давлени й на участке м е ж д у ре­
гулировочными устройствами и
за дв иж к ой-в ен тил ем на входе
продувочной воды в р а сш ир и­
тель не только контрол ир овать
относи тельное изменение ра схо ­
да непрерывной продувки, но и
непосред ственно учи ты вать ве­
личину продувки с достаточной
д л я практики степенью точно­
сти. Б олее совершенным реш е­
нием яв л яется у становка р а с ­
ходомера перед регул ир ую щ и­
ми вен тилями, а т а к ж е солем е­
ра котловой воды.
П ри ручном регулировании
непрерывной продувки в о з м о ж ­
ны зн ачительны е колебания со­
с тава котловой воды. Э то при­
водит к не обходимости под д ер ­
ж и в а т ь пониженные зн ачения
с о л е с о д ер ж а н и я и кремнесодерж а н и я котловой воды, чтобы
и з б е ж а т ь ухудш ения качества
пара.
А в т о м ат и за ц и я
непреры в­
ной продувки путем установки
Рис. 5-4. Схема узла контроля и
регулятора с о л е с о д ер ж а н и я к от ­
регул иро вания непрерывной про­
ловой воды д а е т в озм ож ность
дувки дроссельными ш айбами.
без опасности ухудш ения к ач е­
/ — барабан
парогенератора;
2 — за­
п о р н ы й в е н т и л ь : За — д р о с с е л ь н а я ш а й ­
ства пара повысить эк с п л у а ­
б а с с е ч е н и е м 1; 36 — т о ж е с с е ч е ­
тационные нормы с о л е с о д е р ж а ­
н и ем 2; За — т о ж е с с е ч е н и е м 4; 4 —
ния котловой воды и соответ­
продувка
в
барботер;
5 — продувка
в р асш и ри тель; 6 — коллектор.
ственно
уменьш ить
разм ер
продувки. Кроме того, переход
на автоматическое р е гул и ров а ­
ние непрерывной продувки способствует стабил изац ии с о л е с о д е р ж а ­
ния котловой воды, что повы ш ает н а де ж н ост ь эк сплуатации.
Н епр еры вн ая п родувка парогенератора с вя зан а с неизбеж ны м и
потерями, т а к к ак с продувочной водой из п арогенератора от во ­
дится тепло при потенциале, соответствующ ем процессу получения
насыщ енного па ра, а используется это тепло при более низком п о ­
тенциале. П ар, о бр азую щ ийся в расш ирителе продувочной воды,
за м ен яет пар, который мог бы быть использован до того ж е д а в л е ­
ния в турбине с вы работкой электроэнергии на тепловом потреб­
лении.
Д л я того чтобы правил ьно учесть потери тепла с продувкой
парогенераторов, д о л ж е н быть произведен полный расчет тепловой
162
схемы с учетом влияния величины продувки на общ ий к. п. д. ТЭС.
Р е зу л ь та ты подобны х расчетов д л я парогенераторов давлением
140 кгс/см2 показывают, что д а ж е при хорошем использовании тепла
продувочной воды к аж д ы й процент продувки о бусловли вает ув ел и­
чение удельного р асхода топлива примерно на 0,2%. П оэтому не­
обходимо стремиться к умен ьш ен ию величины продувки.
В правилах технической эксплуатации ТЭС указаны
следующие максимальные и минимальные величины не­
прерывной продувки парогенера­
торов в зависимости от качества
питательной воды:
а) при восполнении потерь на
электростанции дистиллятом или
химически обессоленной
водой
величина продувки долж на быть
не больше 0,5 и не меньше 0,3%;
б) при восполнении
потерь
химически обработанной водой
величина продувки долж на быть
не больше 3 и не меньше 0,5%;
в) при невозврате потребите­
лями свыше 30% конденсата при
данной паропроизводительности
котельной и солесодержании д о ­
бавочной хймически об р аб отан ­
ной воды свыше 300 м г/к г допу­
скается
увеличение
продувки
до 5%.
М аксимальная величина про­
дувки установлена для ограниче­
ния тепловых потерь, минималь­ Рис. 5-5. Схем а узла
н а я — для предотвращения ш л а ­ контроля и р е гул и ро в а ­
ния непрерывной пр о д у в ­
мовых отложений на обогревае­ ки игольчатым вентилем.
мых поверхностях. Если о п р е д е ­ / — в о д о о т б о р н а я т р у б а ; 2 —
б а р а б а н п а р о г е н е р а т о р а ; <3—
ля ем ая расчетным путем величина
вентиль
прям ого
хода;
потребной п р о д у в к и п а р о г е н е р а ­ 4 *— м а н о м е т р ; 5 — з а п о р н ы е
влнтили ;
6 — и го л ь ч а т ы й
тора
превышает экономически
вентиль; 7 — к барботеру;
8 — к расш ирителю .
приемлемы е значения, то для
уменьш ения п р о д у в к и следует ли­
бо улучшить качество добавочн ой
питательной воды, применив более со вер ш ен н ую схему
водоподготовки, либо оборудовать парогенератор более
эффективными внутрикотловыми устройствами, которые
обеспечивают получение пара требуемого качества при
более вы соки х солесодерж ании, кремнесодерж ании и ще 6
*
163
лдчности продувочн ой воды. Целесообразность того или
иного решения может быть выявлена лишь на основе
технико-экономического сравнения обоих вариантов для
заданных условий.
е) Ступенчатое испарение и промывка пара
Советский ученый Э. И. Ромм предложил оригиналь­
ный способ получения пара высокого качества в пароге­
нераторах барабанного типа при экономически приемле­
мой величине продувки, который получил название с т у ­
пенчатое
испарение.
Сущность этого способа
состоит в получении пара
из зон с различной
концентрацией солей в кот­
ловой воде. В обычных услоТ/ —
^
виях питательная вода с ма4
лым солес
»
| кой щелочностью, поступая
в барабан, смешивается с
концентрированной
котло­
вой водой, и выделение пара
происходит из воды, имею­
щей значительно более вы­
сокую концентрацию солей и
щелочей, чем питательная
вода. При этом концентра­
Рис. 5-6. Схем а д в ухступ енч а­
того испарен ия с двусторонним
ции котловой и продувочной
располож ен ием солевых отсе­
воды одинаковы, и тем са ­
ков в б а р аб ан е парогенератора,
мым качество насыщенного
/ — продувка;
2 — п и тател ьн ая во­
пара в значительной мере оп­
да; 3 — п а р .
ределяется
концентрацией
примесей в котловой воде, с которой генерируемый пар
находится в контакте перед выходом его в паровой о б ъ ­
ем парогенератора. М еж ду тем, если поддерж ивать пони­
женные концентрации веществ в котловой воде, из кото­
рой генерируется пар, и более высокую концентрацию
их в продувочной воде, то качество пара будет опреде­
ляться низкой концентрацией веществ в котловой воде
парогенератора.
П ри наличии внутри в о д я н о го о б ъ ем а парогенератора
зон с разл ичн ой концентрацией солей в котловой во д е
б л а г о д а р я искусственно созданной неравномерности со­
лесодерж ания, т. е. некоторому о рган и зо ва н н о м у «хими-
164
ческому перекосу», качество котловой воды отличается
от качества продувочн ой воды и последняя не о п р е д е л я ­
ет чистоты пара.
Парогенератор со ступенчатым испарепием п редстав л яет собой
обычным парогенератор с естественной циркуляцией , который у с т а ­
новленными в б а р а б а н е и кол л ек то рах перегородками разделен на
несколько сам остоятельны х контуров циркуляции. Водян ы е объемы
этих контуров сообщ аю тся только
через отверстие, сделанное
в р а з д е л и т е л ь н о й внутрибараб ан ной перегородке. Теоретически пар о­
генератор мож ет быть разделен на любое число ступеней, но в п р а к ­
тических условиях обычно ограничиваются двум я или тремя ступе­
нями испарения.
П ри двухступенчатом испарении часть парогенератора, в к о ­
торую подается питательная вода, назы ваю т «ч и с т ы м » о т с е к о м
(первая ступень
испарения),
а ос тальную часть — «с о л ев ы м» о т с е к о м (в то ра я сту­
пень испарения). В парогенера­
торах, оснащ енных устр ойства­
ми грехступенчатого испарения,
имеются соответственно чистый
отсек и солевые отсеки второй
и третьей ступеней испарения.
Д л я второй ступени испа­
рения отделяется часть объем а
с одного или двух торцов б а ­
ра б ан а (рис. 5-6) либо у с т а н а в ­
л ив аю тся выносные циклоны,
подключенные к боковым эк ­
ранным поверхностям пароге­
нератора (рис. 5-7).
Б л а г о д а р я т ангенциально­
му подводу па роводяной смеси
в вертикальный цилиндриче­
ский корпус циклона в нем га ­
Рис. 5-7. Схема двухступенчатого
сится кинетическая энергия п а ­
испарения с выносными ци кло­
роводяной смеси, а быстрое
нами.
вращ ение ее в зоне з е р к ал а
/ — б ар аб ан парогенератора; 2 — цик­
испарения способствует интен­
лоп;
3 — боковой
экран;
4 — подвод
сивному разрушению пены. П и ­
питательн ой воды .
тат ел ь н ая вода подается в чи­
стый отсек ба р а б а н а , из кото­
рого осущ ествляется питание солевых отсеков в б а р аб ан е либо вы­
носных циклонов.
В результате такой организации питания отдельных ц и р к у л я ­
ционных контуров п арогенератора солесодерж ание, щелочность
кр ем н ес оде рж а ние котловой воды растут от первой ступени к по­
следней, относительная продувка к а ж д о й ступени испарения по­
лучается весьма значительной, а п родувка парогенератора в це­
лом — очень небольшой. При этом, несмотря на повышенное к р ем ­
несодерж ание котловой воды в солевых отсеках, избирательный вы ­
нос кремниевой кислоты из них ум еньш ается б л а го д ар я более
высокой гидратной щелочности котловой воды в этих отсеках.
163
О рга н и за ц и я во д н о го режима парогенератора со сту­
пенчатым испарением имеет то преимущество п ер ед па­
рогенератором б ез ступенчатого испарения, что больш ая
часть пар а в нем вырабатывается в чистом отсеке с к о н ­
центрациями котловой воды, существенно меньшими по
ср авн ен ию с концентрацией пр одуво чн о й воды, в ы в о д и ­
мой из меньш их по паропроизводительности сол е в ы х от­
секов.
Составим уравнения б аланса солей для первой и вто­
рой ступеней испарения парогенератора с двухступенча­
тым испарением, пренебрегая уносом солей с паром:
(Оп+ О пр)а„.в—(Д'ЧДпрМ'к.в;
(5-33)
( Я " + Д ф ) Л / „ . в = .О щ Л " к . в ,
(5 .34 )
где Л'к.в и Л " к.в — концентрации примесей (солесодерж а­
ние, кремнесодержание, содерж ание истинно растворен­
ных окислов железа, щелочность) в котловых водах чи­
стого и солевых отсеков, г/г; й " — количество пара, вы­
рабаты ваем ое второй ступенью испарения в парогенера­
торе, г/ч.
Остальные обозначения те же, что и при расчете про­
дувки.
Р азд ел и в каж д ое уравнение на й П и введя обозначе­
ния й пР/Дп = ф и 0 " / 0 п = П2, где ф — степень продувки
в долях Оп и п2 — паропроизводительность второй ступе­
ни испарения (солевого отсека) в долях, получим:
(5-35)
(1 + ф ) # п.в = (« 2+ ф М 'к .в ;
(^2~Ьф)А
к.в =
ф^4
(5-36)
к.в.
Из этих уравнений определяем концентрацию приме­
сей котловой воды для каждой ступени испарения:
(5-37)
(5-38)
Концентрации примесей в паре,
каждой ступенью испарения, равны:
вырабатываемом
а'и = К 'РА 'к.в и а"п= К " рА " к,в.
Общую концентрацию примесей в паре, в ы рабаты вае­
мом парогенератором, при отсутствии переброса или
166
перетока котловой воды из солевого отсека в чистый
можно определить по формуле
а а = п , а 'о + п аа " п = п Д ' РЛ 'К в -|- п 2К " РЛ "1 к.„ =
= [ п
=^ и ^ + ^ ' » ь 11г
1 ! ] а “ "-
(5 ‘39)
где « 1 = 1 — п2 — паропроизводительность первой ступени
испарения в долях О пЗначения коэффициентов распределения по отсекам
парогенератора различаются, в особенности для крем ­
ниевой кислоты, для которой, как известно, значение
К,,5|0а = ^(рН ). Однако для упрощения приняв, что
К 'р = К " р = К р , и сделав элементарные преобразования,
получим:
а п = - К р ^ [ ~ ^ + я г]ла.в. г/т.
(5-40)
По этой формуле можно определить концентрацию
примесей (солесодержания, кремнесодержания и щелоч­
ности) в паре при любых
возможных значениях коэф­
фициента распределения К Р,
степени продувки ф, относи­
тельных
производительно­
стях ЧИСТОГО «1 и солевого
«2 отсеков и концентрации
указанных примесей в пита­
тельной воде Оп.вОпыт эксплуатации пока­
зывает, что в парогенерато­
рах, оснащенных устройства­
ми ступенчатого испарения,
качество пара (солесодерж а­
ние, кремнесодержанне) з а ­
метно улучшается по сравне­
Рис. 5-8. Количество кремние­
нию с парогенератором без
вой кислоты, уда л яем о й из п а ­
этих устройств при сохране­ рогенератора)
с
продувочной
нии той же величины продув­ водой, в зависимости от вели­
ки и того же качества пита­ чины прояувки парогенератора.
В расчетах принято:
тельной воды. При этом уве­
/С®10*
= 0 (8»/„; К | 1 0,= 0 , 3 % ;
личивается вывод из пароге­
п2 = 30% .
нератора примесей с проду­
— пар о ген ер ато р без ступенчатого
вочной водой и соответст­ и/ спарения;
2 — пароген ератор
со
ступенчаты м испарением.
венно уменьшается унос их
с насыщенным паром (рис. 5-8). Отношение концентра­
ций котловых вод второй ступени испарения и чистого
отсека называют кратностью концентраций к , величина
которой характеризует эффективность ступенчатого ис­
парения. Чем выше величина к, тем экономичнее схема.
На практике величина к ограничивается в пределах 3—
10, так как при к > 10 могут создаться высокие концен­
трации фосфатов и окислов ж елеза в котловой воде,
опасные с точки зрения образования отложений на по­
верхностях нагрева солевых отсеков.
Существенное влияние на ухудшение качества котло­
вой воды в чистом отсеке оказы вает обратный переток
котловой воды из солевых отсеков в чистый через водо­
перепускную трубу, по которой осуществляется продув­
ка из чистого отсека в солевой, либо переброс котловой
воды из солевого отсека в чистый при ее вспенивании и
набухании. Подобные обратные перетоки и перебросы
котловой воды могут привести к заметному снижению
кратности солевых концентраций между ступенями, т. е.
к уменьшению Эффективности ступенчатого испарения.
Чтобы избеж ать этого, предусматриваются специальные
устройства для улавливания переброса и предотвращ е­
ния обратных перетоков котловой воды.
О рган и зац и я во д н о го режима парогенератора с п р и ­
менением схемы ступенчатого испарения дает возмож ­
ность значительно повысить концентрации примесей
в про дувочн ой воде б е з ухудш ен и я качества пара. Тем
самым представляется возможным уменьшить потреб­
ную продувку парогенератора до экономически приемле­
мой величины, а так ж е снизить требования к соле- и
кремнесодержанию питательной воды. В тех случаях,
когда при заданных условиях (высокоминерализованная
исходная вода, большая величина добавки питательной
воды, высокое рабочее давление пара, лимитированная
величина продувки и т. п.) оптимальные схемы ступен­
чатого испарения не в состоянии обеспечить требуемую
чистоту пара, могут, быть с успехом применены более
эффективные схемы организации водного реж има п аро­
генераторов барабанного типа, а именно промывка пред­
варительно осушенного насыщенного пара питательной
водой либо сочетание промывки пара со ступенчатым
испарением.
Сущность способа промывки пара состоит в том, что
в процессе промывки вещества, унесенные в капельках
168
котловой воды, а так ж е истинно растворенные в паре,
частично переходят в промывочную воду, а влажный
промытый пар повторно осушается с помощью сепарационного устройства, расположенного в бараб ан е паро­
генератора, после чего ц,ар поступает в п ароперегрева­
тель.
Переход кремниевой кислоты и других растворенных
в насыщенном паре веществ в промывочную воду проис­
ходит вследствие того, что равновесная концентрация
кремниевой кислоты в паре при контакте его с промы­
вочной водой меньше, чем при контакте его с котловой
водой, из которой образовался пар. Этот переход начи­
нается при прохождении пара через слой промывочной
воды и продолжается в паровом пространстве над слоем
промывочной воды, но уже в капли воды, образующиеся
при разрыве пузырей при выходе их в паровой объем
б арабан а.
Обеспечение с помощью промывки требуемого каче­
ства пара базируется на той закономерности, что чисто­
та промытого пара определяется чистотой промывочной
воды, с которой он контактнруется. Степень промывки
пара зависит от величины коэффициента распределения
неорганических соединений между жидкой и паровой
фазами, ибо промывочная вода не может поглощать ве­
щество из пара больше определенной равновесной кон­
центрации. Так как кремниевая кислота и другие неорга­
нические соединения растворяются в воде больше, чем
в паре, то при промывке пара эти вещества будут уне­
сены с паром в количестве, пропорциональном со д ер ж а­
нию их в промывочной, а не котловой воде.
Чистоту промытого пара можно приближенно оце­
нить, пользуясь формулой
« „ = (№Т+ /Ср) а пр.в,
(5-41)
где IV — влажность промытого пара в долях единицы;
К Р — коэффициент распределения в долях единицы;
апр.в — концентрация примесей в промывочной воде.
Величина коэффициента распределения для кремние­
вой кислоты составляет для парогенераторов сверхвысо­
кого давления 15% при гидратной щелочности менее
0,1 м г -эк в /к г и 5— 10% при гидратной щелочности 0,2—
0,3 м г-эк в/кг.
Д л я осуществления процесса промывки пара пита­
тельная вода подается в специальные устройства, рас­
169
положенные е паровом объема бараб ан а парогенерато­
ра и отделенные от доступа котловой воды. Промывоч­
ная питательная вода, после того как она контактиро­
вала с насыщенным паром, поступает в котловую воду
и смешивается с ней.
Известны следующие способы промывки пара: барботаж па ра через слой питательной воды, пропуск
е го через сепараторы, смачиваемы е питательной в о ­
дой, и, наконец, р а с п и л и в а н и е питательной воды в по­
токе пара.
В современных парогенераторах барабанного типа
широко применяется б а р б о т а ж н а я
промывка
п а р а , которая обеспечивает наиболее полный контакт
Рис. 5-9. Б а р б о т а ж н о е промывочн ое устрой­
ство с за топленным ды рчаты м листом.
/ — пром ы вочное устрой ство; 2 — ж ал ю зи й н ы й се ­
п аратор; 3 — п и тательн ое коры то; 4 — ды р ч аты й
л ист, 5 — неп реры вная п р о ду вка; б — п и тател ьн ая
труб а; 7 — ввод ф осф атов.
пара с промывочной водой. Промывочное барботажное
устройство представляет собой затопленный плоский
дырчатый щит (рис. 5-9) с закраинами, отвечающими
требующейся высоте промывочного слоя (приблизитель­
но 40—50 мм) . На конденсационных электростанциях
и чисто отопительных ТЭЦ на барботаж ное промывочное
устройство подается вся питательная вода, а на про170
мышленных ТЭЦ, использующих в качестве добавки
химически обработанную воду, на паропромывочное
устройство подается от 50 до 100% питательной воды.
Общий эф фект от применения промывки па ра определяется
к. п. д. как самого паропромывочного устройства, т ак и с еп а р и р у ­
ющих устройств, ос уш аю щ их пар д о и после промывки его. К о э ф ­
фициент полезного действия собственно промывки пара п р е д с т а в ­
ляет собой отношение количества удален ного вещ ества к тео рети­
чески в о зм ож н о м у количеству, т. е. он ук азы вает, насколько пр о­
мывка п ри бл иж ается к пределу очистки. Если бы с о д ер ж а н и е ве­
щества в паре достигло концентрации, отвечающ ей коэфф ициенту
распределения, то эф фективность промывки бы ла бы р авн а 1 0 0 %,
т. е. отвечал а бы максим ально во зм ож но й — теоретической — очистке
пара. При ограниченной высоте промывочного слоя, к о то р а я имеет
место в случае разм ещ ен ия паропромы вочного устройства в п а р о ­
вом объеме ба р а б а н а , величина к. п. д. собственно б а р б с т а ж н о й
промывки с оставл яет примерно 80%.
Д л я любой схемы в нутрикотловы х устройств в а ж н о й х а р а к т е ­
ристикой яв л я ется доля уловленных ими в п арогенераторе н е о р г а ­
нических примесей от общ ей концентрации их в питательной воде.
Применительно к п а рогенераторам с паропромы вочны ми у с тро й с т ва ­
ми эт от пок а за те л ь зависит от: а) разности концентраций солей и
кремниевой кислоты в паре, поступающ ем на промывочное устрой­
ство, и соответственно в промывочной воде; б) гидратной щ ел о ч ­
ности промывочной воды; в) отношения ра схо да промывочной воды
к р а схо ду пара; г) величины поверхности и про д о л ж и т ел ь н о ­
сти к онтак тиров ан ия пара с промывочн ой водой; д) значений к о э ф ­
фициентов
м ассообмена,
ха р ак т ери зую щ и х
интенсивность пе ре­
хода того или иного в ещ ества, растворенного в воде, в пром ы воч­
ную воду.
Экспериментальные и эксплуатационные данные свидетельствуют
о том, что паропромывочные устройства снижают кремнесодержание
пара в среднем в 2— 3 раза.
На
промышленных
ТЭЦ
высокого
давления
(100 кгс/см 2) при значительной добавке химически о б р а ­
ботанной воды обычно применяется комбинированная
схема внутрикотловых устройств, которая предусматри­
вает сочетание трехступенчатого испарения с барботаж ной промывкой питательной водой всего пара либо толь­
ко пара из солевых отсеков (рис. 5-10). Иногда пар про­
мывается котловой водой чистого отсека; с этой целью
пар из солевых отсеков подается под уровень воды
в чистом отсеке. Н а конденсационных электростанциях
и чисто отопительных ТЭЦ, где парогенераторы б а р а ­
банного типа сверхвысокого давления (140 к гс /см 2)
питаются с добавкой химически обессоленной воды либо
дистиллята испарителей, часто применяется схема двух­
ступенчатого испарения с выносной второй ступенью,
имеющей паропроизводительность 3—6% О л, которая
171
сочетается с барботажной промывкой пара. Из этих п а ­
рогенераторов с паром уносится от 2 до 8% кремниевой
кислоты, внесенной питательной водой.
Рис. 5-10. Схема трехступенчатого испаре­
ния с выносными циклонами и б а р б о т а ж ­
ной промывкой пара.
1 — п а р о в о д я н а я с и с т е м а ч и с то го о т с е к а ; 2 — в т о ­
р а я ступ ен ь и сп ар ен и я; 3 — тр е тья ступень и сп а­
рения; 4 — п и тател ьн ая вода; 5 — п родувка; 6 —
в паро п ер егр евател ь.
ж ) Нормирование качества питательной и котловой воды
парогенераторов с многократной циркуляцией
Питательная в о д а
Качество питательной воды парогенераторов с мно­
гократной циркуляцией должно удовлетворять нормам,
представленным в табл. 5-1 и 5-2.
Компоненты питательной воды
Качество конденсата турбин долж но отвечать следу­
ющим нормам:
а) жесткость конденсата при питании парогенерато­
ров с многократной циркуляцией с давлением в б а р а б а ­
не до 40 к гс /см 2 не более 10 м к г-э к в /к г , с давлением от
40 до 110 к гс/см 2 не более 5 м к г-э к в /к г и с давлением
155 к гс/см 2 не выше 3 м к г-экв кг\
б) содержание кислорода после конденсатных насо­
сов при питании парогенераторов с давлением до
172
о
о
о
~ о о
О см ^
со
о
«3
к
о
+1
о
ч сс
Ю О
0
о о
см
Й
р.
05
о
о
—
о
►юI
■о
р.
о
О
сч
гсо
О
см
о
0)
«=1
о
о о
—
5»:
с
о
о
видах
о
со
о о
см см
а
*
на других
N3
1=;
о
н
гНо=я
к *
с ■*
о
=3
о
о
о
—
со
о
•р
со к
- юI
00
ч
?>
о ^>>
«
%
^ ра -
кр .я
РэЗ
вк? §н
о
СО
О О о _
О СМ О
ю
см
о>
о
см
о
ю
со
я го
Го р.
с°
?ги
§2
8*
о
и
о
5
Н
О
>>
р
о
ч
3*
о
си
О-
о
я
-2
ч
го
<3
н
о
Ри
о
X
&
*
го
2
о
о
3
хо
о
2
р
о
с
р.
к *
-
X
С'I»со
о
р.
*
ш
И
о
о- у
ж
а> —
*- -5
к
ж
<и*
р*
*=1
и
С
<и*оР
б
работе
о
топ ли ва.
«3
ш
ф
и
Нормируется по данным теплохим ических и с п ы т ан и й .
В ч и с л и т е л е — при работе на нефтяном то п л и ве; в з н а м е н а т е л е — при
та
М осо
О
г: з
173-
Таблица
5-2
Р а сч ет н ы е нормы м а к си м а л ь н о д о п у с т и м о го с о л е- и крем несод е р ж а н и я п и тательн ой вод ы пар оген ераторов с м н огократной
ц и р к у л я ц и ей при д а в л е н и и п ар а в б а р а б а н е 155 к г с / с м 2
Солесо
держание.
я г /к г
Схемы внутрикотловых устройств
Без ступенчатого испарения, но с барботажной промывкой всего пара
Д в ух ступ енч ато е испарение при внутрибарабанных солевых о тсе к ах и барботажная про­
мывка пара
Двухступенчатое испарение при пыносных с о ­
левых о тсе к ах и барботажная промывка в с е ­
го пара
Трехступенчатое испарение при внутрибарабанных отсеках II ступени и выносных от се к ах
III (ступени испарения и барСотажная про­
мывка пара
2
Содержа
2—
ние 5 Юз
м к г/к г
30
10
1 0 0
80
150
150
300
|
110 кгс/см 2 не более 500 м к г /к г , с давлением 155 кгс/см 2
не более 20 м к г /к г ;
в)
содержание свободной углекислоты при добавке
химически очищенной воды не более 1 м г/кг, а при д о­
бавке обессоленной воды свободная углекислота в кон­
денсате долж на отсутствовать.
Качество остальных составляющих питательной воды:
дистиллята испарителей, химически очищенной или обес­
соленной воды, конденсата регенеративных, сетевых и
других подогревателей, а такж е возвращаемого потреби­
телями конденсата — долж но обеспечивать выполнение
нормы качества питательной воды парогенераторов. При
загрязненности, не обеспечивающей поддержания этих
норм, составляющие питательной воды должны подвер­
гаться предварительной очистке до возвращения их
в цикл.
Качество воды, применяемой для впрыскивания при
регулировании температуры перегретого пара, должно
удовлетворять следующим нормам: жесткость не более
3 м к г - э к в /к г ; соле- и кремнесодержание должны быть
такими, чтобы качество перегретого пара отвечало нор­
мам; содержание ж елеза и меди не должно превышать
норм для питательной воды. Вода для питания испари174
телей долж на удовлетворять следующим нормам: ж ест­
к о с т ь — не более 30 м к г-эк в/к г, а при солесодержании
исходных вод более 2 000 м г/к г — не более 75 мкг-экв/кг',
содержание кислорода — не более 30 мкг/кг; свободная
углекислота долж на отсутствовать.
*
Котловая в о д а
Эксплуатационные нормы качества котловой воды,
обеспечивающие длительную беопромывочную работу
парогенераторов барабанного типа и турбин без сниже­
ния их экономичности и мощности, устанавливаются на
основе результатов специально проводимых теплохими­
ческих испытаний парогенераторов и турбин.
В резул ьтате
теплохи мических
испытаний
парогенераторов
с м ногократной циркуляцией д о л ж н ы быть в ы явлены качество в ы ­
да в а е м о го пара при различных нагрузках, уров нях воды в б а р аб ан е
и водных р е ж и м а х ; эксплуатационны е нормы к ачества котловой
воды в чистом и солевом отсеках; эф ф ективность ступенчатого и с п а ­
рения, сепарации и промывки па ра; кратность концентраций при­
месей котловой воды по отсекам при ступенчатом испарении; к р и ­
тическая нагр узка парогенератора, превышение которой в ы зы вает
броски котловой воды; допустимый верхний уровен ь воды в б а р а ­
бане; зависимость качества пара от р е ж и м а рабо ты парогенератора
(сброс и подъем н а гру зк и ), а т а к ж е от пор яд ка ввода корр ек ц и­
онных реаген тов; степень загрязнен ия пара за счет впрыска и
пропусков о х л а ж д а ю щ е й воды в пар о о х л ад и те л я х ; степень о т л о ж е ­
ния в пароперегревателе веществ, с о д е р ж а щ и х с я в котловой воде;
значения коэффициентов выноса кремниевой кислоты паром из
чистого и солевого отсеков.
П ри проведении теплохимических испытаний п а р о г е ­
нераторов с многократной ц и ркуляц ией наибольший
практический интерес представляют величины критиче­
ского содержания солей и кремниевой кислоты в котло­
вой во д е при максимальной длительной н а гр у з к е п а р о ­
генератора и при у р о в н е воды, леж ащем в пределах, д о ­
пустимых пр ави ла м и эксплуатации.
Если в итоге теплохимического испытания парогене­
ратора выявилась необходимость ограничения его произ­
водительности, то должны быть осуществлены мероприя­
тия, необходимые для устранения этого ограничения,
в том числе: а) организация либо усовершенствование
устройств ступенчатого испарения и промывки пара;
б) усовершенствование внутрибарабанных сепарирую­
щих устройств; в) организация рационального ввода
в барабаны пароводяной смеси, равномерного распреде­
ления питательной воды по длине б ар аб ан а и вывода
175
продувочной воды из парогенератора; г) устранение не­
организованных «химических перекосов» солевого соста­
ва котловой воды; снижение уровня воды в барабане;
уменьшение содержания примесей в питательной и кот­
ловой воде.
П ри вед ен н ы е в табл. 5-3 расчетные нормы м а к си м аль­
но допустимых солесодерж ания
и кремнесодерж ания
продувочн ой котловой воды предназначаются для п роек­
тных расчетов и служат ориентиром при проведении
теплохимических испытаний в пуско-н аладочн ы й период.
Эти нормы базируются на данных большого числа теп­
лохимических испытаний парогенераторов, а также д ли ­
тельных эксплуатационных наблюдений.
Таблица
5-3
Р а с ч е т н ы е нормы м а к си м а л ь н о д о п у ст и м о го с о л е- и кр ем несод е р ж а н и я п р одувочн ой воды п ар оген ер атор ов с м н огократной
ц и р к ул я ц и ей вы сокого и с в ер х в ы со к о го д а в л е н и й
Н орм ируем ы й п о к а з а т е л ь
С хем а вн утри котл овы х у строй ств
С олесодерж а
ние, м г / к г
600/300
Без ступенчатого испарения и барботажной
промывки пара
Без ступенчатого испарения, но с б а рб от аж ­
ной промывкой пара
Д в ух ступ енч ато е испарение при внутрибарабанных солевых о тсек ах с барботажной
промывкой пара
Трехступенчатое испарение при выносных
отсеках III ступени испарения с барбо­
тажной промывкой всего пара
К рем несодерж ан ие,
мг/кг
2
, 0 / 0 ,5
1 000/500
20/5
4 0 0 0 / 2 500
50/1 5
6
0 0 0 /5
0 0 0
80/30
П р и м е ч а н и е . В ч и с л и т е л е у к а за н ы с о л е с о д е р ж а н и е и к р е м и есо д е р ж а н и е
при д а в л е н и и в б ар а б ан е ПО к г с / с м а, в з н а м е н а т е л е — при д а в л е н и и 155 к г с / с м а.
При режиме чисто фосфатной
выдерж иваться соотношение
щелочности должно
Я / Общ- 4 0 « 0 , 8 4 С оз _ ,
(5-42)
4
где ОДобщ — обшая щелочность котловой воды, м г-эк в /к г ;
— избыток фосфатов в котловой воде, мг/кг.
4
При этом величин?/ рН продувочной воды в парогене­
раторах без ступенчатого испарения д олж на быть не
176
ниже 8,5, а в парогенераторах со ступенчатым испаре­
нием в первой ступени испарения не ниже 8,5 и в про­
дувочной воде солевых отсеков не ниже 9,5.
При фосфатно-щ елочном реж им е дл я парогенераторов д а в л е ­
нием 1 1 0 кгс/см 2 и выше относительная щелочность, т. е. с о д е р ж а ­
ние свободного едкого натра, не д о л ж н а превыш ать 1 0 % общего
с о ле с о держ а н и я котловой воды, в к лю чая фосфаты ; д л я пар огене­
ратор ов д ав л ени ем ниже 1 1 0 кгс/см2 д оп у ск ается по д держ а ние
относительной щелочности до 20% . И збы ток Р 0 43_ в котловой воде
при обоих р е ж и м а х ф ос ф а ти ров а н и я до л ж ен быть: а) д л я па роге ­
нераторов без ступенчатого испарен ия не менее 5 м г/кг и не более
15 мг/кг\ б) дл я парогенераторов со ступенчатым испарением в чи­
стом отсеке не менее 5 и не более 10 мкг/кг, а в солевом отсеке не
более 75 мг/кг.
1
При ре ж и м е с малым содерж анием ф осф атов в котловой воде
избыток Р 0 43- д о л ж е н быть для парогенераторов без ступенчатого
испарения в пределах 1 — 5 мг/кг, а д л я парогенераторов со ступен­
чатым испарением в чистом отсеке 1 — 5 м г/кг и в солевом отсеке
не выше 30 мг/кг. При бесфосфатном реж им е котловой воды з н а ­
чение рН ее д о л ж н о быть в пределах 7,5— 9,0, а жесткость ее не
д о л ж н а превы ш ать 10—20 мкг-экв/кг. К онтроль за коррозией в этом
случае целесообразно производить по изменению количества водо­
рода в насыщенном паре, которое не д о л ж н о превыш ать 2 — 5 мкг/кг.
5-4. В О Д Н О Х И М И Ч Е С К И Й Р Е Ж И М П Р Я М О Т О Ч Н Ы Х
ПАРОГЕНЕРАТОРОВ
Водный режим прямоточных парогенераторов сущест­
венно отличается от водного режима парогенераторов
с многократной циркуляцией. В то время как в пароге­
нераторах барабанного типа имеется водяной объем, яв ­
ляющийся аккумулятором солей, поступающих с пита­
тельной водой, и позволяющий осуществлять продувку
котловой воды, в прямоточных парогенераторах котловая
вода, понимаемая в обычном смысле как аккумулятор
солей, отсутствует, что не дает возможности произво­
дить их продувку.
Все примеси, поступающие в прямоточный п а ро ген е­
ратор с питательной воЪой или о б р а зую щ и е ся в нем за
счет коррозии, образуют отложения на поверхностях н а ­
грева, либо уносятся с паром и образуют отложения
в проточной части турбин, либо проходят транзитом
через парогенератор и турбину и загрязняют турбинный
конденсат. Поэтому прямоточные парогенераторы доло/с­
ны работать на питательной воде с минимальным с о д е р ­
жанием всех примесей, которые могут давать отложения
в парогенераторе и турбине ,
177
С помощью теплохимических испытаний прямоточ­
ных парогенераторов выявляется зависимость п оказате­
лей качества пара от состава питательной воды и о г
режимных факторов, характерных для работы парогене­
раторов данной ТЭС, а такж е определяется количество
отложений, образующихся
в
пароводяном
тракте.
В табл. 5-4 приведены нормы качества питательной во­
ды для прямоточных парогенераторов, которые б ази ­
руются на результатах многочисленных теплохимичеоких
испытаний, проведенных в С С С Р и за рубежом.
Таблица
5-4
Нормы к а ч е с т в а п и тател ьн ой воды прям оточны х
п ар оген ер ат ор ов
Д л я п ар ам етр о в пара
Н орм ируем ы й п о к а з а т е л ь
Суммарное содержание всех р а с ­
творенных солей (в пересчете
на натрий) не более
Ж е с т к о с т ь общая не более
Кремниевая кислота (в пересчете
па ЗЮ §- ) не более
Растворенный кислород не более
Свободная углекислота
Аммиак и его соединения не более
Соединения ж елеза (в пересчете
на Р е ) не более
Соединения меди (в пересчете на
Си) не более
М асла и нефтепродукты
Избыток гидразина
Р а зм е р н о с т ь
сверхкри
тических
м кг/кг
5
м к г- э к в /к г
м кг/кг
0 ,2
10
5
Д о кр и ти '.ески х
10
0,5
20
м кг/кг
м кг/кг
м кг/кг
м кг/кг
1 ООО
5
10
0
1 000
10
м кг/кг
1
2
м кг/кг
мкг/кг
Следы
30-100
0
Следы
30-100
Д л я уменьшения медистых отложений в проточной
части турбин на энергоблоках с. к. д., имеющих элемен­
ты оборудования тракта питательной воды, изготовлен­
ные из медесодержащих сплавов (трубы п. н. д., конден­
саторов, охладителей выпара испарителей), целесообраз­
но поддерживать значение рН питательной воды на уров­
не 8,5—9,0. На тех энергоблоках с. к. д., где трубы ре­
генеративных подогревателей изготовлены из углеродис­
той либо нержавеющей стали, необходимо повысить
значение рН питательной воды в цикле до 9,3—9,4, а при
оснащении конденсаторов трубами из нержавеющей
178
стали — до 9,5— 9,7, чтобы содержание окислов железа
в питательной воде не достигло опасных значений.
Первоочередными предпосылками, необходимыми для
длительного поддержания на энергоблоке с. к. д. з а д а н ­
ных норм качества пара, и питательной воды, являются
отсутствие заметных присосов охлаж даю щ ей воды в кон­
денсаторах паровых турбин, а т ак ж е глубокая очистка
загрязненных конденсатов и добавочной питательной
воды. Д истиллят испарителей, применяемый для питания
прямоточных парогенераторов с. к. д., должен дополни­
тельно подвергаться химическому обеосоливанию.
В периоды пуска эн ергоблоков с. к. д. часто н а бл ю дается з а ­
метное ухудш ение водного р е ж и м а , которое м ож но и з б е ж а т ь при
выполнении следующ их условий: п арогенератор д о л ж е н заполняться
обессоленным конденсатом, наиболее за грязненны й сброс с растоточного сеп а ра тор а д о л ж е н н а п р а в л ят ьс я в д р е н а ж , а менее з а г р я з ­
н е н н ы й — в ба к запасного к о нденсата либо в конденсатор с после­
дующ им его о б езж ел езив анием и обессоливанием. Необходим о
т а к ж е проводить промывку водо-конденсатного т р а к т а эн ергоблока
вплоть до глубокого сниж ения с о д ер ж а н и я ок ислов ж е л е з а в воде
после к а ж д о й остановки и особенно при начальном пуске энерго­
блока.
5-5. В О Д Н О Х И М И Ч Е С К И Й Р Е Ж И М К О Н Д Е Н С А Т О Р О В
Вода, применяемая для охлаждения конденсаторов
паровых турбин, д олж на удовлетворять следующим нор­
мам’:
а) содержание активного хлора на выходе из конден­
сатора долж но поддерживаться в охлаж даю щ ей воде
в пределах 0,5— 1,0 м г/кг;
б) содержание медного купороса в охлаждаю щ ей во­
де в замкнутых системах не должно превышать 0,1—
0,3 м г/кг\
в) содержание медного купороса в продувочной воде,
сбрасываемой в водоемы общего пользования, не д о л ж ­
но превышать норм Гоорыбнадзора и Госсанинопекции;
г) содерж ание фосфатов в охлаж даю щ ей воде в пе­
ресчете на Р 0 43~ при фосфатировании ее долж но под­
держ иваться в пределах 1—2 м г/кг\
д) при снижении карбонатной жесткости добавочной
воды серной кислотой в обработанной воде долж ен под­
держиваться
щелочной
буфер
в
пределах
0,5—
1,0 м г-эк в/кг.
179
5-6. В О Д Н ОХ ИМИ ЧЕ СК ИЙ Р Е Ж И М Т ЕПЛ ОВЫХ СЕТЕЙ
В целях предотвращения коррозии, а так ж е отлож е­
ний накипи и шлама в подогревателях, магистральных
теплофикационных трубопроводах и отопительных систе­
мах абонентов качество воды для подпитки тепловых
сетей долж но удовлетворять следующим нормам:
Карбонатная ж е с т к о с т ь . . . . Не более 700 м кг-экв/кг
Растворенный кислород . . . . Не более 50 м кг/кг
Свободная углекислота . . . . О т с у т с т в у е т
Содерж ание взвешенных
ве­
щ еств
..........................................Не более 5 м г/кг
Качество подпиточной воды для тепловых сетей с от­
крытым водоразбором долж но удовлетворять требова­
ниям ГОСТ «Вода питьевая».
В открытых системах горячего водоснабжения не
разреш ается использовать продувочную воду, которая
при смешивании с остальной частью сетевой воды о б р а­
зует шлам. Если для подпитки закрытой теплосети
используется вода с карбонатной жесткостью, не превы ­
шающей 300 м к г-экв/к г, то в эту воду можно добавлять
продувочную воду парогенераторов и отмывочные воды
анионитных фильтров.
5-7. П Р О ВЕ Р КА ЭФФЕКТИВНОСТИ П Р О В О Д И МЫХ НА ТЭС
В О ДН ОХ ИМИ ЧЕ СК ИХ Р ЕЖИ МО В
Проверка эффективности проводимого на ТЭС воднохимического режима производится на основании данных
текущего химического контроля качества питательной и
котловой воды и пара, а такж е путем периодического
контроля за состоянием внутренней поверхности б а р а б а ­
нов, труб (парогенераторов, конденсаторов и теплооб­
менников) и проточной части турбин. Контроль за д ина­
микой загрязнений внутренних поверхностей парогенера­
торов накипно-шламовыми отложениями необходим для:
а) установления продолжительности рабочей кампании
парогенератора между очередными химическими очистка­
ми его; б) определения эффективности проводимого кор­
рекционного фосфатного режима котловой воды и уста­
новления сроков необходимой очистки парогенераторов
от накипи; в) определения толщины накипи и состояния
180
защитной окисной пленки на внутренних поверхностях
труб; г) проверки эффективности механических и кис­
лотных очисток парогенератора.
При каждой остановке парогенератора на капи таль­
ный ремонт производится выборочное шарошение конт­
рольных труб различных поверхностей нагрева парогене­
ратора. Отложения, отделившиеся при выборочной очист­
ке или обстукивании отдельных труб, тщательно соби­
раются и взвешиваются. Отнеся количество собранной на­
кипи в граммах к внутренней площади трубы в к в ад р ат­
ных метрах, получают удельную загрязненность трубы
отложениями ( г / л 2) . Собранные отложения подвергают­
ся химическому и фазовому анализам. Описанный метод,
однако, не дает представления о распределении отло­
жений по длине трубы. Более надежным является
измерение толщины накипно-солевых отложений с по­
мощью индикатора, снабженного электрическим сигна­
лизатором контакта иглы индикатора с металлической
стенкой.
Д л я определения местоположения и толщ ины отлож ений в п а ­
рообр азую щ их т рубах в местах, недоступных визуал ьно м у осмотру,
применяются разнообразн ы е типы и конструкции приборов, исполь­
зуемых дл я дистанционного о б н а р у ж и в а н и я этих отложений. С их
помощью эксплуатационный персонал имеет в озм ож ность за к о р о т ­
кий период остановки котла проверить состояние внутренних по­
верхностей большого количества па роо бра зую щ их труб и вы явить
м естоположение опасных участков.
Д истан ционн ы е индикаторы отлож ений используют методы р а ­
диографии с гамма-просвечиванием, а т а к ж е у л ьт развук о в у ю либ(?
магнитную дефектоскопию, ко торая базируется на принципе изм е­
нения напряж енности магнитного потока в магнитной цепи м еж ду
полюсным наконечником зонда прибора и м еталлом исследуемой
трубы. Об от ло ж е ниях в проточной части паровых турбин м ож но
судить т а к ж е по приросту да в л ени я на упорный подшипник т у р б и ­
ны и увеличению да в л ен и я пара в контрольной ступени турбины.
Н аиболее полное представление о заносе проточной части д а ет
осмотр вскрытой турбины. Отобранны е при этом осмотре образцы
отлож ений п о д л е ж а т химическому, рентгенографическому и к р и­
с таллооптическому анали зам .
Н аблюдение за протеканием коррозии энергетичес­
кого оборудования паротурбинных электростанций д о л ж ­
но проводиться регулярно и по унифицированным мето­
дам, обеспечивающим возможность обобщения наблю ­
дений, проводимых на
различных электростанциях.
С этой целью ввариваются контрольные участки труб и
устанавливаются специальные индикаторы коррозии,
подвергаемые длительному воздействию рабочей среды.
181
Интенсивность равномерной и частично язвенной коррозии т р у ­
бопроводов питательной и химически обработанной воды, конденсатопроводов, коллекторов водяны х экономайзеров и регенеративных
подогревателей м ож ет быть с известной степенью условности в ы ­
явлена с помощ ью индикатора, пр е дс та в л яю щ е го собой на бор т щ а ­
тельно отполированны х и обезж иренны х дисков, изготовленных из
того ж е металла, что и оборуд овани е исследуемого участка т рак та
питательной воды. И н ди к а тор уста н а вл и ва ет с я во время к а п и т а л ь ­
ного ре монта в т р убопроводе питательной воды или во входном
коллекторе водяного экон ом айзера на срок 6— 12 месяцев. Во время
следующ его кап итальн ого ремонта индикатор извлекается, вы су­
ш ивается и взв еш ивается, после чего диски т щ ател ьно очищаются
от продуктов коррозии и снова взв еш иваю тся. П отер я в весе пере­
водится в годовую скорость равномерной коррозии металла. Г л уби ­
на язвин в зависимости от р а зм ер о в контрольных пластин и зм ер яет­
ся стационарны м и либо переносными глубиномерами.
Н аличи е м еж к ри стал л и тн ы х трещ ин в котельном м еталл е м ож ет
бы ть обн ар у ж ен о при помощ и м агнитной и у л ьтразвуков ой д е ф е к то ­
скопии, гам м а- и рентгеноскопии м еталл а заклепочны х ш вов и
вальцовочны х соединений, что п о звол яет вы яви ть необходим ость
рем он та п ароген ераторов или в о зм ож н ость дальнейш ей их р а ­
боты.
5-8. ХИМИЧЕ С КИЙ К ОНТР ОЛ Ь ЗА ВО ДО ПО ДГ ОТ О В К ОЙ
И В О Д Н ЫМ Р Е ЖИ М О М НА ТЕПЛОВЫХ Э ЛЕКТРОСТАНЦИЯХ
а) Задачи химконтроля
Задачей химического контроля за водоподготовкой
и водным режимом на ТЭС является своевременное вы­
явление отклонений основных показателей качества воды
и пара от установленных эксплуатационных норм вслед­
ствие дефектов в работе водоподготовительного обору­
дования и нарушения водного режима. Выявленные
нарушения норм, а такж е дефекты оборудования и ре­
жимов его работы должны устраняться в кратчайший
срок.
Химический контроль на тепловых электростанциях
осуществляется химическим цехом, в ведении которого
находится воднохимическая лаборатория и ее отделения
в цеха х — экспресс-лаборатории.
Воднохимическая
лаборатория
выпол­
няет теплохимические испытания парогенераторов и
турбин, наладочные работы, вытекающие из требований
эксплуатации, а такж е производит полные анализы вод
и отложений. Н а основе указанных работ д олж н а быть
произведена оценка эффективности и экономичности про182
водимого на ТЭС воднохимичеоКогО режима, и на ее ос­
нове разрабатываю тся практические мероприятия по
усовершенствованию водного режима и работы водопод­
готовительных установок.
Экспресс-лаборатории
выполняют кругло­
суточный текущий оперативный химический контроль,
позволяющий определить, соответствуют ли показатели
качества воды в каждый данный момент на том или
ином участке пароводяного тракта установленным нор­
мам.
Объем контроля за водоподготовительной установкой
и водным режимом зависит от схемы подготовки воды,
а также от типа парогенераторов и турбин. С увеличе­
нием паропроизводительности парогенератора, давления
пара и тепловых напряжений поверхности нагрева повы­
шается опасность коррозии, накипеобразования и заноса
турбин, в связи с чем растут и требования, предъявляе­
мые к воднохимическому режиму и контролю за ним.
Поэтому применяемые на энергоблоках с. к. д. методы
анализа воды и пара должны отличаться высокой чув­
ствительностью, точностью и быстротой.
Кроме текущего эксплуатационного химического кон­
троля за водой и паром на различных участках п аро­
водяного тракта и на разных стадиях водоподготовки,
персонал химцеха ТЭС осуществляет химический конт­
роль во время пуска, наладки и испытания водоподгото­
вительного и паросилового оборудования; контроль за
качеством сточных вод водоподготовительных установок
и золовых отвалов и за работой сооружений по очистке
сточных вод, а такж е химический контроль при консер­
вации находящихся в резерве агрегатов и при прове­
дении водных или воднохимических промывок пароге­
нераторов, турбин и тракта питательной воды. В о б язан ­
ность персонала химических цехов ТЭС входят также
внутренние осмотры барабанов, коллекторов, сухопарни
ков и устьев труб парогенераторов, теплообменных ап п а­
ратов, конденсаторов, подогревателей и лопаточного
ап п арата турбин для определения мест расположения,
количества, свойств и состава отложений, глубины,
размеров и характера коррозионных повреждений ме­
талла.
Все эти виды контроля, дополняя друг друга, позво­
ляют в совокупности осуществлять надежный водный
режим тепловых электростанций.
183
6)
О т б о р п р об воды и п а р а
Основным условием правильной организации химиче­
ского контроля за водоподготовкой и водным режимом
является отбор представительной пробы воды или кон­
денсата пара. При значительном отклонении состава про­
бы от состава контролируемой воды может быть допу­
щена неправильная оценка проводимого воднохимичес­
кого режима.
'
'
Отбор представительной пробы из однородной среды,
какой являются перегретый пар, конденсат, питательная
и химически очищенная вода, не представляет затрудне­
ний, так как различные способы отбора даю т вполне
Рис. 5-11. П ятисо сковая п ароотб орная трубка.
1 — т р у б к а ; 2 — соски.
представительные пробы, отраж аю щ ие качество той сре­
ды, из которой они отобраны. Отбор пробы питательной
воды производится непосредственно перед экономайзе­
ром с помощью трубок, вваренных заподлицо по нижней
образующей трубопроводов. Д л я получения представи­
тельных проб перегретого пара применяются сосковые
(рис. 5-11) или щелевые (рис. 5-12) пробоотборные труб­
ки, вставленные в паропроводы.
Отбор проб продувочной воды производится из линии
непрерывной продувки возможно ближе к выводу продувки из б ар аб ан а или выносного циклона и по в озм о ж ­
ности до первого запорного вентиля на этой линии без
каких-либо специальных заборных устройств, если -не
предполагается определять взвешенные вещества. Отбор
проб котловой воды чистых отсеков производится при
помощи расположенного вдоль б ар аб ан а дырчатого кол184
лектора с дырчатыми
или
щелевыми
насадками
(рис. 5-13).
Отбор представительной средней пробы насыщен­
ного пара, затруднен ввиду того, что унесенная паром
из б арабан а котловая вюда при малой скорости пара
может двигаться по стенкам трубопровода в виде плен-
Рис. 5-12. Щ е л ев а я п ароотб орная трубка.
/ — тр у б ка; 2 — н асад к а;
8 — отверстия.
ки, не смешанной с основным потоком пара; пленка эта
имеет солесодержание, близкое к солесодержанию кот­
ловой воды. При повышении скорости пара до некоторой
скорости, которую называют «к р и т и ч е с к ой с к о ­
р о с т ь ю с р ы в а п л е н к и » , пленка влаги начинает
срываться, дробиться и уноситься потоком пара в виде
мелких капель, равномерно распределенных по сечению
Рис. 5-13. Устройства дл я отбора проб котловой воды из ба р а б а н а .
1 — коллектор дл я отбора проб котловой воды из средней части чистого о тсе­
ка- 2 - н ас а д к а щ елевая на коллекторе; 3 — н ас а д к а д ы р ч а та я на коллекторе;
4 .1 трубка для отбора проб из чистого о тсека; 5 — отбор проб воды перец
водоперепускны ми трубам и (у л авл и ван и е п ереброса); 6 — оодоперегш скная т р у ­
ба- 7 - наконечник дл я за б о р а продувочной воды сел евого о ю е к а .
185
паропровода. Поэтому отбор пробы насыщенного пара из
паропровода целесообразно производить однососковой
пароотборной трубкой, расположенной после смесите­
л я — трубы Вентури (рис. 5-14), которая обеспечивает
срыв пленки со стенки паропровода и равномерное рас­
пределение сорванной влаги в паровом потоке при незна­
чительной потере давления последнего. При давлении
40— 140 к гс/см 2 критическая скорость пара по срыву
пленки составляет 2—4 м/сек. Д л я полного срыва плен­
ки необходимо, чтобы скорость пара в суженной горлови­
не дифф узора смесителя была в 5— 7 раз больше кри-
Рис. 5-14. Однососковая трубка со смесителем для
отбора проб насыщен ного пара.
/ — корпус см есителя; 2 — кам ер а см еш ен и я; 3 — кам ера
в ы равни ван ия скоростей и окон чательн ого см еш ен и я; 4 —
п ар о о тво д ящ ая т р у б ка; 5 — поток насы щ енного п ар а; 6 —
проба н асы щ енного п ар а.
тической. Если отбираемая проба имеет высокую темпе­
ратуру (выше 40 °С), ее предварительно пропускают че­
рез холодильник.
В целях повышения оперативности химического конт­
роля водного реж има и снижения численности персона­
л а тепловой электростанции применяется централизо­
ванный отбор проб со сведением их на шит. Н а этом же
щите размещ аю тся регистраторы приборов химического
контроля, расходомеры водоподготовительной установки,
регистрирующие манометры деаэраторов, сигнализаторы
наивысшего и наинизшего уровней в б аках-аккум улято­
рах деаэрированной воды, а такж е дистанционное
управление регулирующей арматурой. Обычно щит цент­
рализованного отбора проб помещается в котельной.
Во избежание загрязнения проб п а р а и воды окис­
лами ж елеза на современных электростанциях высокого
186
I
Питательные
линиик
ш
Водяные объемы
1ступець
$Дступень
\ Ш с/п/">я* а
Рис. 5-15. Схема контроля воднохимического реж им а п арогенератора
ТП-230 с трехступенчатым испарением и б а р б о т а ж н о й промывкой
пара.
1, 2 а 3 — пром ы вочн ая вода л е в а я , ср ед н я я и п р ав ая ; 4 — п и тател ьн ая вод а;
6 и 6 — перегреты й пар левы й и правы й; 7, 8 и 9 — н асы щ енны й пар левы й ,
средний и правы й; 10 я 11 — насы щ енны й пар из левы х циклонов № 1 и 2;
12 и 13 — насы щ енны й п ар из правы х циклонов № 1 и 2; 14 — к отл овая вода
I ступени исп арен ия; 15 и 16 — к о тл о вая вода левой и правой II ступени и сп а­
рения; 17 и 18 — к о тл о вая вода левой и правой I I I ступени и сп арен ия.
П р и м е ч а н и е . Точки 2, 4, 7, 8, 9, 14, 17, 18 — эксп л у атац и он н ы е; точ­
ки 1 3, 5, 6, 10, 11, 12, 13, 15 и 16 — эксп ер и м ен тальн ы е на п ериод испы таний.
187
©
Вторичный
прибор
/т------ т\ Устройство для ,
Ч------ 1/ лр&те&щ проб \
Датчик а&тоиалмг
1 чесхоеолриооръ
»
Рис. 5-16. П ри нцип иальная схема автоматического химического кон­
троля водного р е ж и м а электростанции.
Условные обозн ачени я: К О — конденсатоочиетка; Ф Д — ф отоколориметрический
датчи к; к Д — кон дуктом етрический датчи к; 5 — со л есо дер ж ан ие; х — удел ьн ая
электропроводность; Ж — ж есткость; Н г — кон цен трац ия водорода; Ог — со­
д е р ж ан и е ки слорода; ЗЮ з2- — с о д ер ж ан и е крем некислы х соединений; Ыа+ »
с од ер ж ан и е н атрий-иона; рН — величина рН ; Ре — с о д ер ж ан и е ж е л е за .
и сверхвысокого давлений пробоотборные трубки и про­
водка от них к холодильникам должны изготовляться
из коррозионностойких (нержавеющих) сталей. При
отсутствии
надобности
в определении
содержания
меди в пробах можно применять трубки из красной
меди.
На рис. 5-15 приведена схема контроля воднохими
ческого режима
парогенератора
барабанного типа
с трехступенчатым испарением с выносными отсеками
третьей ступени и барботажной промывкой всего пара,
выдаваемого парогенератором. На рис. 5-16 приведена
принципиальная схема автоматического химического
188
контроля водного режима паротурбинной электростан­
ции с указанием мест отбора проб воды и пара и назн а­
чения точек от бора.
В объем химического контроля водоподготовки и вод­
ного режима на ТЭС уходит определение важнейших
показателей качества воды и пара, количества присутст­
вующих в них загрязнений и специально введенных, по­
лезных в определенных пределах примесей.
в) Приборы для химического контроля качества
пара и воды
Концентрация примесей в паре и конденсате весьма мала.
Так как чувствительность л аб орат ор н ы х методов ан ал и за в ряде
случаев ок азы в а ет с я недостаточной, применяются различные спо­
собы обогащ ения пробы. Одним из них является применение с о л ен а к о п и т е л е й , с помощью которых м ож но получить обо гащ ен ­
ную пробу насыщен ного или перегретого пара, а т а к ж е конденсата
турбин и питательной воды. Р а б о т а соленакопителей основана 'на
многократном упаривании проб пара и конденсата. Д л я химического
а н ал и за применимы обычные методы а нал и за, так как концентрация
растворенных вещ еств в обогащ ен ной пробе зн ачительно больше,
чем в исходной пробе.
При термическом концентрировании проб конденсата пара при­
ходится в ы пари в ать значительные его количества, пор яд ка несколь­
ких д есятков литров. Х и м и ч е с к о е
концентрирование
ионов лишено этого недостатка. Д л я осуществления химического
концентрирования ионов конденсат пара в количестве 120— 150 л
при температуре до 30 °С пропускается со скоростью 15— 20 м/ч
последовательно через два л аб ор ат о рн ы х фильтра, из которы х
первый за гр уж е н катионитом, поглощ ающ им катионы, второй —
анионитом, поглощающим анионы. После пропуска конденсата, на
что обычно требуется 12— 24 ч, поглощенные ионы вытесн яются
путем промы вания первого фильтра небольшим объемом ( I — 2 я)
соляной кислоты, второго фильтра — таким ж е количеством едкого
натра и последующей отмывки дистиллированной водой. Регенерат
и отмывочные воды собираются, и химическим анализом о п р е д е л я ет ­
ся в них концентрация катионов и анионов. Сум ма концентраций
катионов и анионов дает соле с одер ж а н и е пара.
Сущ ественным недостатком метода химического концентриро ва­
ния ионов яв л яется непригодность его для оперативного контроля
вследствие длительности и трудоемкости определения. Так как к а ­
чество пара м о ж ет изменяться в процессе работы парогенератора,
ан ал и з периодически отбираемы х проб пара не м о ж е т д а т ь истин'
ного представлени я о его качестве. В пром еж уток времени м еж д у
очередными отборам и проб качество пара м ож ет резко ухудшиться,
что м о ж ет пройти незамеченным. П оэтом у на паротурбинных э л е к ­
тростан циях н а р я д у с периодическим контролированием применяется
непрерывный контроль с оле с одерж а н и я с помощью регистрирующих
солемеров.
Э л е к т р и ч е с к и е с о л е м е р ы получили широкое примене­
ние на паротурбинных эл ек тр останци ях д л я эксплуатационного коч189
троля с оле с одерж а н и я па ра, конденсата, химически обессоленной,
пи тательной и котловой воды.
К а к известно, химически чистая вода характеризуется высоким
сопротивлением д л я пр охо ж дения электрического тока. С повы ­
шением концентрации веществ, растворенных в воде, электрическое
сопроти вление ее уменьш ается, а электрс.чроводность увел и чивает­
ся. Н а этой зависимости и основан принцип работы электрических
солемеров. О пределение с о л е с о д ер ж а н и я с применением электриче­
ского солемера производится по п ок азаниям г ал ьв аном етра с по­
мощью предварительно построенной градуировочной кривой. Метод
электропроводности д л я к онтроля качества пара яв л яется быстрым,
точным и пригодным для регистрации на приборе. Основным недо­
статком этого метода яв л я ется увеличение эл ектропроводности про­
бы к онденсата пара за счет присутствующих в пробе газов СОг и
ЫНз, которы е при конденсац ии проб ра створяю тся, о б р а зу я угольную
кислоту и гидроокись аммония, продукты электролитической ди ссо ­
ци ации которы х увеличивают эл ектропроводность к о нденсата пара,
з а в ы ш а я значение с оле с одер ж а н и я в нем. Д л я того чтобы устранить
это искажение, применяются солемеры, в которых сочетается пред­
в ар и тел ьная д е га за ц и я пробы с ее упариванием в солеконденсаторе.
При упаривании пробы ее со ле с о держ а н и е повы ш ается в несколько
р а з по сравнению с действительным с олесодерж анием , в результате
чего резко уменьш ается влияние а м м и ак а и углекислоты на точность
по к азаний солемера.
Солемеры
с дегазацией
и обогащением
позво­
л я ю т непрерывно к онтролировать со ле с о держ а н и е питательны х вод
и конденсатов в интервале от 0 д о 200 м кг/кг. Н аличие этих соле­
меров повы ш ает оперативность управления водным режимом ТЭС,
а ком бин ац ия двух подобных солемеров позволяет органи зовать
весьма точный контроль за гидравлической плотностью конденса­
торов турбин.
Н а рис. 5-17 из о б р аж е н а схема с о л е м е р а
ЦКТИ д л я
контроля качества
п е р е г р е т о г о п а р а . Перед д е ся т и ­
ступенчатым дросселем имеется частичное о хл аж де н и е пробы. Это
облегчает р аботу дроссельной установки и пре д о т в р ащ ае т выпадение
солей на ее первых ступенях. П редв арител ьн ое о х л а ж д е н и е пара
п роизводится в испарителе, пар которого используется дл я обогрева
и испарения концентрата.
Пламенные
фотометры
предназначены дл я количест­
венного определения концентрац ии натрия, кальция, калия, лития,
стронция и некоторых других элемен тов в р аств орах методом спектрофотометрии
пламени,
в котором
распы ляется
исследуемый
раствор.
Концентрацию искомого элемента м ож н о определить, п ользу­
ясь калибровочны м графиком, в ы р а ж а ю щ и м зависимость м е ж д у по­
к азан и ям и м икроам перм етра в делениях ш калы и концентрацией
этого эл емента в ста н д а р тн ы х растворах.
П л ам ен ны е фотом етры позволяю т быстро и достаточно точно
определять концентрацию натрия в раст в о р ах независимо от со­
путствующих ему примесей. Б л а г о д а р я этому они яв л яю тс я наибо­
лее пригодными д л я проведения оперативного контроля качества
Паря и к онденсата.
Н а паротурбинных эл ек тростанци ях применяются а вт о м ат и ч е ­
ские регистрирующие рН-метры. С их помощью м ож н о осуществить
регулирование процесса а минирования питательной воды, дозир о­
190
Рис. 5-17. П р инципиальная схема солемера Ц К Т И дл я перегретого
пара.
/ — исп аритель; 2 — десяти ступ енчаты й дроссель; 3 — о х л а д и те л ь: 4 — солеконц ентратор; 5 — м и кродатчи к; 6 — самоиишущ.ч.3 прибор; 7 — в конденсатны й
бак, 8 — подвод кон денсата пробы п ерегретого п ар а; 9 — п одвод грею щ его
п ар а , 10 — п р о ду вка; / / — д р е н а ж ; 12 — о х л а ж д а ю щ а я вода; 13 — вход пробы
п ар а ; 14 — ги др о затво р (п ерели в).
вание реаген тов на водоподготовительных установках, работаю щ их
по методу о с аж де н и я, и т. д.
Д л я измерения величины рН используется система со сте к лян ­
ными и всп омогательными электродам и. И з м е р я я э. д. с. э л е к трод­
ной системы с помощью электронного милливольтм етра, ш к а л а
которого г раду и ров ан а в единицах рН, м ож но определить величину
рН контролируемого раствора.
Регистрирующие
кислород омеры
применяются
дл я осуществления эк сплуатационного контроля за остаточным со­
де рж ан и ем кислорода в термически деаэрированной питательной
воде.
Н а ТЭС с давлением выше 70 кгс/см 2 д л я контроля интенсив­
ности коррозионных процессов в п ароводяном т р ак т е и парогене­
р а то р а х применяются автом атические водородомеры.
К ром е перечисленных приборов автом атического контроля к а ­
чества воды, пара и конденсата, на ТЭС применяются а вт о м ат и ч е ­
ские ж есткостемеры, л аб о р ат о р н ы е фотоэлектроколорим етры для
определения концентрации кремниевой кислоты и ж ел е за, ф от о ­
электрические титраторы дл я определения концентрации различных
вещ еств методом автом атического титрования, . нефелометры для
определения концентрации нерастворимых в воде примесей и другие
приборы.
191
ГЛАВА
ШЕСТАЯ
УДАЛЕНИЕ КОРРОЗИОННОАГРЕССИВНЫ Х
ГА ЗОВ ИЗ П И Т А Т Е Л Ь Н О Й ВОДЫ
6-1
ТЕРМИЧЕСКАЯ ДЕАЭРАЦИЯ
ПИТАТЕЛЬНОЙ
ВОДЫ
а) Теоретические основы термической деаэрации
Удаление растворенных коррозионноагрессивных га­
зов Ог, СОг и ЫН3 из питательной воды парогенераторов,
испарителей, паропреобразователей и из подпиточной
воды тепловых сетей осуществляется путем термической
деаэрации, химической дегазации и декарбонизации.
Термическая деаэрация воды основана
на законе
распределения вещества между ф азами и является част­
ным случаем его приложения, согласно которому рас­
творимость газа в воде с учетом его парциального д а в ­
ления в пространстве над водой характеризуется следую­
щей зависимостью:
С = КрР1'— К р { р
Ри),
(6-1)
где С — растворимость газа в воде, м г/к г или г/г; /Ср —
коэффициент растворимости газа, зависящий от тем пера­
туры воды, м г / ( к г - м м рт. ст.) или г /( т - м м рт. ст.); р —
суммарное давление газа и водяных паров в простран­
стве над водой, мм рт. ст.; р п — парциальное давление
водяных паров в том же пространстве, мм рт. ст.; р Г—
парциальное давление газа в том же пространстве,
мм рт. ст.
Как видно из выражения (6-1), растворимость газа
в воде равна нулю, когда р п = р, что имеет место при
кипении воды. Численное значение давления в простран­
стве над водой практически не влияет на эффект д е а э р а ­
ции. Поэтому термическую д е а э р а ц и ю можно осущест­
вить при давлен ии как выше, так и ниже атмосферного,
если температура воды ра вн а температуре кипения при
данном давлении. Таким образом, казалось бы, д о с та ­
точно подогреть воду до температуры кипения при д а н ­
ном давлении, чтобы удалить из нее растворенные газы.
Однако доведение неподвижной воды до состояния ки­
пения еще не обеспечивает полного удаления из нее рас­
творенных газов д аж е в том случае, когда парциальное
давление их над водой равно нулю. Это объясняется
192
тем, что выражение (6-1) не учитывает кинетики про­
цесса деаэрации воды. П роцесс термической деаэрации
является сочетанием п а р а л л е л ьн о протекающих и сопря­
женных процессов н а гр е в а де а э р и р у е м о й воды до темпе­
ратуры кипения, диф ф узии растворенных в во д е га з о в
и десорбции их, причем*роль послед него процесса я в л я ­
ется при этом определяю щ ей.
В целях улучшения условий выделения газов из воды
необходимо максимально приблизить все частицы потока
деаэрируемой воды к поверхности раздела фаз, с тем
чтобы растворенные газы могли быстро переходить из в о ­
ды в паровую фазу. Чем больше поверхность раздела во­
да — пар, через которую происходит десорбция газов,
тем быстрее система приближается к равновесию, т. е.
тем полнее из воды удаляю тся растворенные газы. Это
достигается усилением турбулентности потока воды пу­
тем ее распыливания, разбры згивания или сливания че­
рез мелкие отверстия и перегородки для разделения ее
на мелкие капли, тонкие струйки или пленки, что з н а ­
чительно увеличивает поверхность воды и облегчает
удаление из нее газов. Увеличение поверхности сопри­
косновения воды с паром может быть достигнуто так ж е
путем барботирования через воду греющего пара, п о д а­
ваемого под давлением через сопло или другие устрой­
ства. С ростом скорости греющего пара увеличивается
динамическое воздействие паро;вого потока на д еаэ р и ­
руемую воду, что способствует повышению эффективно­
сти термической деаэрации. С увеличением средней тем ­
пературы деаэрируемой воды или температуры исходной
воды снижаю тся вязкость и поверхностное натяжение во­
ды и увеличивается коэффициент диффузии кислорода
в ней, вследствие чего повышается значение коэффици­
ента десорбции (массопередачи) и в конечном итоге
уменьшается остаточное содержание кислорода в д еаэри ­
рованной воде.
Количество удаляемого газа может быть определено
из уравнения
В = К иА рР ,
(6-2)
где б — количество удаляемого газа, кг/ч\ /См — коэффи­
циент массопередачи, к г/м 2 • ч • мм рт. ст.\ Др — л о гар и ф ­
мическая разность равновесного парциального давления
газа в деаэрируемой воде и парциального давления это­
го же газа в греющем паре, мм рт. ст.; Р — суммарная
поверхность раздела между водой и паром, м2.
7
Зак.
134
103
Если учитывать, что
В = 0 ( С н- С „ ) ,
(6-3)
где
В — расход деаэрируемой воды, м3/ч\
Св и Ск — начальная и конечная концентрации раство­
ренного в воде газа, к г/м 3,
Р —
0
К»
Д ( С , — Ск) ,
(Сн - С „ ) 1 п
рк
.ч
р1
( Рп - Р 2 ) - ( Р « - Р г )
•
’
где р н и р к — начальное и конечное равновесные п ар­
циальные давления газа в воде, кгс/см 2\ р 1 и рг — на­
чальное и конечное парциальные давления газа в паро­
газовой смеси, кгс/см 2.
Наиболее трудно удалить из воды аммиак, раство­
римость которого при температуре
100°С примерно
в 3 000 раз выше растворимости кислорода и в 150 раз
выше растворимости углекислоты. К ак показали испы­
тания, степень удаления из воды ам м иака путем термиче­
ской деаэрации не превышает 8— 10%• При совместном
присутствии в деаэрируемой воде углекислоты и ам м и а­
ка они образую т слаболетучий углекислый аммоний, что
еще более ухудшает эффективность термической д е а э ­
рации.
Эффективность удаления из воды свободной углекис­
лоты значительно ниже, чем эффективность удаления
кислорода, особенно при наличии свободной углекис­
лоты в греющем паре. Термическое разложение б икар­
боната натрия начинается лишь после того, как из воды
практически полностью удалена вся свободная углекис­
лота. Д л я того чтобы обеспечить нормальное протекание
процесса термического разлож ения бикарбоната натрия,
необходимо отводить из воды выделяющуюся при этом
углекислоту. Интенсивность удаления ее в свою очередь
зависит от скорости ее десорбции, которая в конечном
счете и определяет продолжительность процесса р а зл о ­
жения бикарбоната натрия.
Аппараты, предназначенные для термической д е а э р а ­
ции,
называются
термическими
деаэрато­
рами
194
б) Типы и конструкции термических деаэраторов
Термические деаэраторы питательной воды для паро­
генераторов электростанций в соответствии с ГОСТ
16860-71 условно делятвя на следующие типы:
а) в а к у у м н ы е — Д С В , работающие при давлении
до 0,3 к гс/см 2;
б) а т м о с ф е р н ы е — ДСА, работаю щ ие при д а в л е ­
нии 1,2 к гс/см 2;
в) п о в ы ш е н н о г о д а в л е н и я — Д С П , раб о таю ­
щие при давлении от 6 до 8 кгс/см 2.
Согласно указанному ГОСТ при изменении произво­
дительности от 30 до 120% номинальной все деаэраторы
должны обеспечить средний подогрев воды от 10 до 4 0 °С
и остаточное содержание кислорода: в д еаэраторах
Д СВ — 50 м кг/кг, в д еаэраторах ДСА и Д С П —
30 м к г/к г для парогенераторов с давлением до 40 к гс /см 2
и 20 м к г/к г для парогенераторов с давлением от 40 до
110 к гс/см 2, в деаэраторах Д С П — 10 м к г/к г для паро­
генераторов с давлением выше 110 кгс/см 2. Свободная
углекислота при этом долж на быть практически пол­
ностью удалена из воды.
Конструкции термических деаэраторов должны у д о в ­
летворять следую щ им требованиям: а) обеспечить на­
дежный н а гр е в воды до температуры кипения, соответ­
ствующей да в л е н и ю в деаэраторе; б) тонкое р а з б р ы з г и ­
вание воды с целью создания максимальной поверхности
для вы делен ия га зо в; в) достаточное врем я пребы вания
воды в деаэраторе, необходим ое д л я вы деления г а з о в и
разлож ения бикарбоната натрия; г ) хорош ее у д а л ен и е
из деаэратора вы д ели вш и х ся из воды газов; д ) точное
р е гу л и р о ва н и е п о дв о да гр е ю щ его пара для поддерж а­
ния температуры кипения воды и вентиляции д е а э р а ­
тора. На всем пути между паром и водой в деаэраторе
должны обеспечиваться четко выраженный противоток
и максимальная разность между равновесным давлением
газа в воде и его парциальным давлением над водой.
В деаэраторе не долж но быть застойных зон ни по воде,
ни по пару.
Вакуумные деаэраторы применяются для деаэрации
подпиточной воды тепловых сетей и сетей горячего во­
доснабжения, а так ж е питательной воды парогенерато­
ров низкого давления и малой мощности. В акуумная
д еаэрация питательной воды парогенераторов применя7*
195
ется в тех случаях, когда питательные насосы не могуг
работать на высокоподогретой воде, либо там, где для
деаэрации используется отбор пара из турбины при д а в ­
лении ниже атмосферного. Удаление неконденсирующихся газов из вакуумных деаэраторов осуществляется с по­
мощью паровых эжекторов. Необходимым условием глу­
бокой деаэрации в вакуумных деаэраторах является
Рис. 6-1. С т р у й н о -б а р б о т аж н а я в ак у у м н а я деаэ р ац и о н н ая
в ертикального типа.
колонка
/ — отвод д еаэри рован ной воды; 2 — бар б о таж н ы й л ист; 3 — водосливной порЪг; 4 — п одвод химически умягченной воды после о х л ад и тел я вы п ара; 5 —
отвод п аровоздуш н ой смеси; 5 — вер х н яя т а р е л к а ; 7 — кольцевой порог;
В — подвод химически умягченной воды ; 9 — водосливны й порог; 10 — подвод
к о н д ен сата; П — п ароперепускны е отверсти я;
12 — п ароперепускны е трубы ;
13 — п одвод п ар а; 14 — щ ели или о тверсти я на бар б о таж н о м листе; 15 — отверг
стие д л я п ерепуска воды ; 16 — в е р т и к ал ьн а я перегородка.
196
хорошая воздушная плотность их. Это достигается при
расположении деаэраторной колонки на высоте, обеспе­
чивающей поступление деаэрированной воды самотеком
к питательным насосам. В этом случае вся арм атура рас­
полагается ниже наинизшего уровня воды в баке-акку­
муляторе, который устанавливается отдельно от колонки.
Выше этого уровня все элементы установки изготовляют­
ся цельносварными.
Вакуумная
деаэрационная
к о л о н к а дл я произ­
водительности 300 т/ч (рис. 6-1)
имеет две ступени дегазации:
струйную и барботаж ну ю . Вода, н а п р а в л я е м а я на деаэ р ац и ю по
трубе 8, поступает на верхнюю тар е л ку 6. П о сл ед ня я сек циониро­
вана так, что при минимальной (30% ) нагрузке ра бота е т только
часть отверстий во внутреннем секторе. При увеличении нагрузки
вода перетекает через кольцевой порог 7 и д а л ее вытекает через
дополнительные ряды отверстий. Секционирование верхней тарелки
позволяет и з б е ж а т ь гидравлических перекосов по пару и воде при
к ол еб ани ях нагрузки и во всех случаях обеспечить обработку струй
паром. П рой дя струйную часть, вода поступает на перепускную т а ­
релку 9, предназначенную дл я сбора и перепуска воды через от ве р ­
стие 15 на определенный участок располож ен ного ниже б а р б о т а ж ного листа 2. Отверсти е 15 на перепускной т ар ел ке примыкает
к вертикальной сплошной перегородке 16, ид ущей вниз до основан ия
корпуса колонки. Б а р б о т а ж н ы й лист выполнен в виде кольца с р а ­
ди ал ьн о располож ен ны м и щелями 14, ориентированными перпенди­
кулярно потоку воды. В конце б а р б о т а ж н о г о листа имеется в о д о ­
сливный порог 3, который проходит до нижнего основан ия д е а э р а ­
тора. В о д а протекает по б а р б о т а ж н о м у листу, переливается через
порог и поступает в сектор, образуем ый порогом 3 и перегоро д­
кой 16, а затем сам отеком отводится в трубу 1. Весь пар в колонку
подводится под б а р б о т аж н ы й лист по трубе 13. П од листом о б р а ­
зуется п а ро в ая подушка, и пар, пройдя щели 14, барботирует через
воду.
'
- Т.
”
При увеличении нагрузки, а следовательно, и ра схо да пара
па р о в а я подуш ка увеличивается и избыточный пар переп ускается
в обвод б а р б о т аж н о г о листа
через отверстия
11 в т рубах
12. За те м пар проходит через кольцевое отверстие в перепускной
таре л ке и поступает в струйный отсек, где бол ь ш а я часть его к он­
денсируется. П а р о в о зд у ш н а я смесь отсасы вается по трубе 5. П о д вод
химически умягченной воды после ох л ад и т ел я вы п ар а ос ущ е ст в ля е т ­
ся через коллектор 4 на верхнюю тар е л ку 6. При необходимости
подачи в д е аэ р ат о р к онденсата его следует вводить через штуцер 10
на перепускную таре л ку 9.
При давлени и 0,3 кгс/см* остаточное с о д ер ж а н и е кислорода
в деаэрированной воде со ставл яет менее 30 м кг/кг, своб одная у гле­
кислота у д а л я ет ся полностью и имеет место незначительное (до
6,5%) р а зл о ж е н и е бикарбонатов.
Ц К Т И р а зр аб о та н ы вакуум ны е де аэ рат ор ы дл я подпиточной во­
ды тепловы х сетей производительностью 400, 800, 1 200, 1 600 и
2 000 т/ч. Д е а э р а т о р п р е д с та в л я ет собой цилиндр ди ам етром 3 м,
в котором разм ещ ены все д е аэрирую щ ие элемен ты и охладитель
вы пара смеш ивающ его типа. Химически ум ягченная вода поступает
в д е а э р а т о р (рис. 6-2) по трубе 1 и п о п адает в распределительный
197
кол лектор 16, откуда стекает на первую Тарелку 15, которая обеспе­
чивает минимальный р асход воды. С увеличением производительности
д е аэ р ат о р а выше минимальной вода с первой тарелки перепускается
ко робами 13 на третью таре л ку 12. Вода с первой тарелки поступает
па вторую таре л ку 2, рассчитанную па м инимальную нагрузку.
С третьей т ар ел ки вода поступает на четвертую перепускную т а ­
релку 11, ко торая служ ит дл я сбора и перепуска воды па р а сп о л о ­
женный ниже б а рбот аж н ь ш лист 7. После обработки на б а р б о т аж ном листе д е аэ р и р о в а н н а я вода отводится из д е а э р а т о р а по т р у ­
бе 9.
В д е аэ рат оре выделен отсек 5, куда по трубе 3 подается
д е а э р и р о в а н н а я в ода с тем пературой 70— 150 “С. При входе в отсек
эта вода вскипает, а ж а л ю зи 4 способствуют разделению воды и
Рис. 6-2. В акуумн ы й струйпо б а р б о т аж н ь ш д е а э р а ­
тор горизонтального типа.
пара. Вы деливш ий ся пар поступает под б а рбо т аж н ь ш лист 7, а вода
по к ан ал а м 6 и 8 вытесн яется на уровень барб о т аж н о г о листа и
вместе с деаэрированной исходной водой отводится из де аэ рат ор а .
П р о х о д я через щели б а р б о т а ж н о г о листа, пар подвергает воду
интенсивной обработке. П о д листом при этом образуется паров ая
под у ш ка. Когда высота ее превысит 200 мм, включаются в работу
короба 10, по которым пар переп ускается в струйный отсек межд>;
третьей и четвертой тар ел кам и. В этом отсеке происходит основной
подогрев воды до темпе ратуры, близкой к т ем пературе кипения. И з
третьего отсека пар поступает во второй отсек, где практически
полностью конденсируется. В первом отсеке прои сходит о х л аж д е н и е
п а р овоздуш ной смеси, и к э ж е к т о р у поступаю т о хл аж де н н ы е пеконденсирующ иеся газы по трубе 14. При использовании описанной
193
Рис. 6-3. П ри нцип иальная
схема двухступ енчатой
установки.
^еаэрац ионн ой
/ — стру й н ая колон ка; 2 — отвод вы п ар а; 3 — вы хлоп в атм осф еру; 4 —
регул ято р тем пературы ; 5 — о х л а д и те л ь вы пара; 6 — п одвод кон денсата п одо­
гревателей вы сокого д а вл е н и я ; 7 — п одвод б а р б о таж н о го п ара; 8 — огран и ч и ­
те л ь н а я д и аф р аг м а ; 9 — п одвод химически умягченной воды; 10 — регулятор
д а вл е н и я ; И — терм ом етр; 12 — м аном етр; 13 — п одвод грею щ его п ара; 14 —
бак-акку м у л я то р ; 15 — в ер ти к ал ьн ая п ер его р о дк а; 16 — р егу л ятор п ерелива и
си гн ал и зато р уровн я; 17 — за т о п л е н н а я в е р т и к ал ьн а я пер его родка; 18 — вен­
тиль с электром агни тны м приводом; 19 — отвод деаэр и р о ван ной воды; 20 —
п ар о в ая коробка; 21 — теплообм енник д л я о х л а ж д ен и я проб воды; 22 — барботаж н ы й ды р ч аты й л и ст; 23 — го р и зо н тал ьн ая п ер его р о дк а; 24 — в о д о у к а з а ­
тельны е стекл а; 25 — предохран ительны й к л ап ан ; 26 — ги дравли чески й затвор;
27 — п одвод основного ко н ден сата.
конструкции д л я деаэ рац и и питательной воды парогенераторо в ре­
комендуется в отсек 5 п о д ав а ть конденсат, в о зв р ащ аем ы й внешними
потребителями пара, а при его отсутствии — выпар д е аэ р ат о р о в по­
вышенного д а в л е н и я или пар с да в л ен и ем 1,2— 2,5 кгс/см 2 из р а с ­
чета 15— 20 кг на тонну д еаэр ир ов анно й воды.
Принципиальная схема двухступенчатой деаэрационной установки атмосферного и повышенного давлений
приведена па рис. 6-3. Она включает струйную колонку
1, расположенную у одного торца бака-аккумулятора 14,
и затопленное барботаж ное устройство 22, расположен­
ное у противоположного горца бака.
Конденсат и химически умягченная вода, поступаю­
щие на деаэрацию, подаются на верхнюю тарелку ко­
199
лонки, где смешиваются, а затем в струйном потоке
сливаются на вторую дырчатую тарелку и далее в бакаккумулятор. После выдержки в баке вода поступает
в барботаж ное устройство. П ар подводится по трубе 7
в паровую коробку 20 и через отверстия дырчатого л ис­
та 22 барботирует через слой воды, медленно дви ж ущ ий ­
ся над листом в сторону всасывающего патрубка пита­
тельного насоса. Листы 15 и 17 образуют подъемную
шахту, в которой происходит вскипание воды, выходящей
из барботажного устройства. Вскипание воды происходит
вследствие наличия некоторого перегрева ее относитель­
но температуры насыщения, соответствующей давлению
в паровом пространстве бака-аккум улятора. Величина
перегрева определяется высотой столба воды над барботаж иы м листом. П ар, прошедший через барботажное
устройство, попадает в паровое пространство бака, где
дви ж ется над поверхностью воды в сторону колонки.
П ри таком расположении барботажного устройства и
колонки обеспечиваются хорошая вентиляция парового
объема бака и удаление из него газов, выделившихся из
воды.
К двухступенчатому деаэратору предусматриваются
два подвода пара: в паровое пространство бака и на
б арботаж ное устройство. К затопленному барботажному
устройству необходимо подводить пар при давлении не
менее чем 0,4 кгс/см 2 выше рабочего давления в а п п ар а­
те. Величина уд е л ь н о го р а с х о д а па ра на барботаж для
деаэраторов атмосферного давлен и я составляет 20 кг на
1 т д е а э р и р у е м о й воды, а д л я деаэраторов повыш енного
д а в л е н и я — 12 кг/т.
При указанных удельных расходах пара на барботаж
двухступенчатые деаэраторы обеспечивают в широком
диапазоне изменения нагрузок и подогрева воды оста­
точное содержание кислорода после атмосферных д е а э ­
раторов 15 м к г/к г при норме 30 м к г/к г и после д е а э р а т о ­
ров повышенного давления 5 м к г/к г при норме 10 м к г /к г ;
при этих условиях они обеспечивают такж е полное уд а­
ление свободной углекислоты и определенное р а з л о ж е ­
ние бикарбонатов.
Областью применения двухступенчатых деаэраторов
являю тся теплоэлектроцентрали, работающие с больши­
ми потерями конденсата и значительными переменными
во времени добавками в цикл воды, умягченной по мето­
ду Н — К а-катионирования.
200
На блочных ТЭС с докритическим и сверхкритическим давлением пара и крупных промышленных ТЭЦ,
применяющих методы глубокого химического обессоливания добавочной питательной воды, отпадает вопрос
о разложении бикарбонатов и удалении «связанной»
углекислоты, а применение деаэрирующего конденсатосборника в турбоустановках мощностью 300, 500 и
800 Мет значительно уменьшает исходные концентрации
кислорода в воде, поступающей в термический д еаэра-
Рис. 6-4. Схем а деаэр ац ио нн ой колонки
струйного типа повышенного да в л ен и я
двухступенчатого деаэ рат ора .
1 — ф ланц евы й
р а зъ е м ; 2 — отвод вы пар а; 3 —
р ассекател и ; 4 — во д о сл и вн ая перегородка; 5 —
окна д л я вы хода воды из кам еры смеш ения;
6' — кам ера см еш ен и я; 7 — п ер в ая т а р ел к а ; 8 —
вторая тар ел ка; 5 — коллектор подвода п ара.
тор. В связи с этим для ТЭС, где парогенераторы пи­
таются химически обессоленной водой, разработаны более
простые одноступенчатые деаэраторы с давлением в ко­
лонке 7 кгс/см 2, в которых при начальном содержании
кислорода в деаэрируемой воде до 1 м г/к г в диапазоне
изменения производительности от 170 до 590 т/ч и н а­
греве воды от 11 до 25 °С удается получать остаточное
содержание кислорода в деаэрированной воде не выше
10 м кг/кг. Колонка ДСП -800 (рис. 6-4) для такого де­
аэратора представляет собой вертикальный цилиндричес­
кий корпус с фланцевым соединением верхней и нижней
201
частей. В верхней части колонки находится смеситель­
ное устройство 6, в которое введены штуцера для под­
вода конденсата и добавочной воды. В нижней части
колонки размещены две дырчатые тарелки 7 и 8, под
которыми установлены трубы для подвода греющего
пара.
в) Факторы, влияющие на повышение эффекта
термической деаэрации
Одним из способов повышения эффекта термической
деаэрации, ка к уже оказано выше, является применение
б ар б о таж а пара в баке-аккумуляторе через деаэр и ру е­
мую воду для поддержания ее в состоянии кипения. Барботаж па ра способствует достижению более полного у д а ­
ления из воды растворенных газо в, проскочивш их в с л е д ­
ствие р я д а причин из деаэраторной колонки в б а к - а к к у ­
мулятор. Д л я осуществления бар б отаж а появляется не­
обходимость в расходе пара повышенного давления, но
степень конденсации барботажного пара ничтожна, так
как вода уже нагрета в колонке до температуры насы ­
щения. Поэтому расход барботаж ного пара зависит от
того, какое количество его можно сконденсировать д е г а ­
зируемой водой, так как количество пара, удаляемого из
д еаэратора с выпаром, относительно невелико и ста­
бильно.
Опытным путем установлено, что: а) выделение газов
из воды в греющий пар происходит главным образом,
за счет десорбции; б) в той части деаэраторной колонки,
где температура воды достигает температуры кипения,
в водяных струях или пленках образуются мельчайшие
газовы е пузырьки, выделяющиеся в последующем в п а ­
ровую среду. Существенное влияние на эффективность
удаления мельчайших газовых пузырьков, находящихся
в нерастворенном состоянии, оказы вает продолжитель­
ность пребывания воды в баке-аккумуляторе; чем она
больше, тем меньше остаточное содерж ание кислорода
в воде на выходе из д еаэр атор а, главным образом за
счет продолжаю щ егося в баке-аккумуляторе выделения
газовых пузыроков; обычно емкость б ака-аккум улятора
принимается равной 20—30 -мин расходу питательной
воды.
Большое влияние на величину остаточного со д ер ж а­
ния кислорода в дегазированной воде оказы вает темпе*
802
ратурный режим деаэрато­
ра. Недогрев воды до темпе­
ратуры кипения при данном
давлении только на 1 °С„уже
приводит к недопустимому
повышению содерж ания кис­
лорода
в дегазированной
воде.
Д л я обеспечения эф ф е к ­
тивной работы деаэраторной
колонки требуется вентиля­
ция ее с целью полного отво­
д а из нее вы д еливш ихся из
воды га з о в и обеспечения
тем самым м иним ального
п а рц и а л ьн о го давлен и я этих
га з о в в паровом пространст­
ве верхней части колонки.
8ьу?ар, кг/т
Это достигается непрерыв­ Рис. 6-5. Зависи м о сть со­
ным отводом из колонки п а­ д е р ж а н и я кислорода в д е ­
аэр ированной воде от р а с ­
рогазовой смеси. Количество
хода вы пара (начальное со­
выпара оказы вает сущест­
д е р ж а н и е кислорода 3,4—
6,9 м г/к г).
венное влияние на эффект
деаэрации, как это можно
видеть из графика, приведенного на рис. 6-5, на котором
опытную кривую можно разделить на два участка. Первый
из них относится к удельному выпару меньше 1,5 кг на 1 г
деаэрируемой воды. На этом участке кривая протекает
довольно круто, вследствие чего с уменьшением выпара
ниже 1,5 кг/т концентрация кислорода в д еаэри рован ­
ной воде резко повышается. На втором участке кривой,
т. е. при удельном выпаре больше 1,5 кг/т, остаточное
содержание кислорода практически не зависит от коли­
чества выпара. Таким образом, устойчивость процесса
термической д еа эр ац и и питательной воды достигается
при ра с х о д е вы п а ра 1,5— 2 кг на 1 т. Если д е а э р и р у е м а я
в о д а содержит много углекислоты, то вы пар р е к о м е н д у ­
ется повысить до 2— 3 кг/т. Оптимальный размер выпа­
ра целесообразно устанавливать для каждого д еаэ р ато ­
ра опытным путем. Результаты испытаний ряда промыш­
ленных деаэраторов свидетельствуют о том, что при на­
личии бар б отаж а и исправной деаэраторной колонки
можно достичь высокой степени газоудаления при ко­
личестве выпара значительно ниже 1,5 кг/т.
203
К а к правило, г азо п ар о в а я смесь н аправ ляется в о хладитель
выпара, чтобы снизить потери пара и тепла до минимума, а кон­
денсат, с о д е р ж а щ и й газы, подвергается повторной деаэрации.
Если ох л ад и т ел ь вы пара поверхностный, то трубки его изго­
т овл яю т ся из не рж а в ею щ е й стали или м ышьяковистой бронзы,
а трубные доски — из м унц-м еталла либо из никелевой бронзы во
из б еж а н и е их коррозии.
О х л а ж д е н и е вы п ара атмосферн ы х д е аэ р ат о р о в м о ж е т быть осу^щ ествлено т а к ж е при помощи водоструйного э ж е к т о р а , рабочей
средой которого яв л яется часть основного турбинного конденсата,
под ав а ем ого конденсатным насосом. Л ини я вы пара от де аэ р ат о р о в
6 к гс/см 2 м о ж ет быть подключена через дроссельн ые ш айбы к т р у ­
боп р ово д у гр.еющего пара атм осферн ы х д е аэ р ат о р о в химически об ­
работанн о й добавочной пи тательной воды; при этом о т пад ае т необ­
ходимость в о х л ад и т ел я х выпара.
Д л я обеспечения длительной глубокой деаэрации во­
ды количество греющего пара, подаваемого в термиче­
ский деаэратор, долж но соответствовать непрерывному
поддерж анию деаэрированной воды в состоянии ки­
пения. Недостаточное количество греющего пара вызы­
вает падение давления и ухудшение эффекта д е а ­
эрации.
Н адеж ная эксплуатация
термического
деаэратора
возможна лиш ь при автоматическом поддержании в нем
постоянного давлен ия. Б л а го д а р я этому обеспечивается
незави си м о от его тепловой и ги д равл и ч еско й н а гр у зк и
постоянство температурного режима деаэрации, н еоб х о­
димое д л я н аиболее полного уда л ен и я г а з о в из пита­
тельной воды.
Р е г у л ят о р дав л ени я, п о д дер ж и в а ю щ и й соответствие м еж д у ко­
личеством поступающ его п а р а и потребностью в нем, определяемый
на грузкой д е аэ р ат о р а , д о л ж е н о б л а д а т ь высокой чувствительностью,
б л а г о д а р я которой он мог бы ре аги ров ат ь на м алейш ие отклонения
от заданного давлени я. Н а современных установ к ах используются,
к ак правило, наиболее
чувствительные электронные
ре гуляторы
дав л ени я. Р е г у ля т ор уровня необходим д л я при равнивания количе­
ства подводимой в д е аэ р ат о р ы воды количеству воды, забираемой
из б а к а -а к к у м у л я т о р а
питательными насосами. Эти регуляторы
обычно выполняются р а згр уж е нны м и поплавковыми. Поплавок, сле­
д у я за уровнем, изменяет степень откры тия к л ап ана, п одводящ его
пи тательную воду в де а э р а т о р . П рименяю тся т а к ж е эл е к тро м е хан и ­
ческие регуляторы уровня.
Д л я того чтобы п редохранить корпус д е а э р а т о р а от см ятия при
образовании в нем р а зр еж е н и я, а т а к ж е " на случай повышения
д а в л ен и я выше допустимого д е аэ р ат о р ы с н а б ж а ю т с я ги дра в ли че ­
скими затво рам и, обесп ечиваю щими сообщ ение внутренней полости
д е а э р а т о р а с атмосферой.
При наличии на эл ек тр останци ях нескольких п а р ал л е л ьн о р а б о ­
т аю щ их д е аэ р ат о р о в вполне достаточны м яв л я ется автоматическое
204
регулирование на общ их линиях подвода греющего пара и д о б а ­
вочной питательной воды при отсутствии индивидуального регули­
рования работы к а ж д о г о д е аэ р ат о р а . В этом случае исключается
перетекание воды из одн ого бак а в другой.
Испытания термических деаэраторов показали, что
остаточное со держ ан и е'кислорода в деа эр и р о ва н н о й воде
может быть д ов е де н о до 7— 10 мкг/кг. Удаление из воды
растворенной свободной углекислоты и степень термиче­
ского разложения бикарбоната натрия в значительной
мере зависят от величины бикарбонатной щелочности
деаэрируемой воды. При карбонатной щелочности д е­
аэрируемой воды выше 0,65 м г - э к в /к г и содержании сво­
бодной углекислоты в ней и греющем паре не более 3—
5 м г/к г с повышением давления в д еаэраторе облегчает­
ся удаление из воды свободной углекислоты. При низ­
ких значениях бикарбонатной щелочности деаэрируемой
воды (меньше 0,65 м г -эк в /к г ) и начальном содержании
свободной углекислоты в ней и греющем паре больше
3—5 м г/к г скорость десорбции СОг заметно снижается.
В этих случаях применение барб отаж а в б аке-аккум уля­
торе способствует перемешиванию воды и увеличению
скорости десорбции СОг, что обеспечивает более глубо­
кое разложение ЫаНСОз. Влияние оптимального расхо­
да пара на б арботаж зависит от содерж ания углекисло­
ты в паре, типа барботажного устройства и возникаю­
щих при этом энергетических потерь. Рекомендуется по­
д авать на барб о таж 20— 30% всего пара, подаваемого
в деаэратор, но не меньше 15— 20 кг на 1 т деаэр и ру е­
мой воды. На промышленных Т Э Ц с высоким размером
непрерывной продувки целесообразно весь пар от расш и ­
рителей непрерывной продувки подавать в деаэраторы
через барботаж ны е устройства.
Существенное значение для надежной деаэрации
имеет гидравлический режим работы деаэратора. При
увеличении гидравлической нагрузки д еаэратора сверх
ее расчетной величины возможны переполнение тарелок
в колонке и переливание воды через борта толстыми
струями, которые, не успев прогреться до нужной темпе­
ратуры и освободиться полностью от кислорода и угле­
кислоты, попадают в бак-аккумулятор и снижают
эффект деаэрации. Кроме того, в этом случае наруш ает­
ся равномерное распределение пара и увеличивается
паровое сопротивление колонки, что такж е может вы­
звать недогрев воды и неполное освобождение ее от
газов.
205
6-2. Д Е А Э Р А Ц И Я
В КОНДЕНСАТОРАХ
ПАРОВЫХ ТУРБИ Н
Конденсаторы паровых турбин, в которых поддерж и­
вается глубокий вакуум (до 9 7 % ), являются мощными
вакуумными деаэраторами. Поэтому они иногда исполь­
зуются для деаэрации всей питательной воды паровых
котлов. На рис. 6-6 изображена схема деаэрации до­
бавочной химически обработанной воды в конденсаторе
турбины 3 с последующей деаэрацией всей питательной
воды в деаэраторе 7 повышенного давления после пред­
варительного подогрева в регенеративных подогревате­
лях 5.
Правильно сконструированный конденсатор паровой
турбины при отсутствии присосов воздуха в коиденсатосборник или через сальники конденсатных насосов обес-
Рис. 6-6. Схема деаэ р ац и и добавочной воды в конденсаторе турби­
ны и последующей деаэ р ац и и всей питательной воды в деаэ р ат о р е
повышенного давлени я.
1 — пароген ератор; 2 — турби на;
3 — кон денсатор;
4 — конденсатны й
насос;
5 — регенеративн ы й п одогреватель; 6 — насос; / — терм ический д е а эр а т о р при
р = 6 к г с /с м 2, 8 — п итательны й насос; 9 — р егенеративн ы е п одогреватели вы ­
сокого д а в л е н и я ; Ю — расш ир и тел ь непрерывной продувки п ароген ератора;
И — теплообм енник; 12 — вод оподготовительн ая устан овка.
печивает глубокую деаэрацию конденсата. Больш ая по­
верхность соприкосновения деаэрируемой воды с паром,
а так ж е достаточно низкое парциальное давление у д а­
ляемых газов над поверхностью жидкости на большей
части пути создают условия, благоприятствующие д е­
сорбции из воды растворенных газов. Н агрузка турбины
206
и, следовательно, паровая
нагрузка конденсатора в пре­
делах 60— 100% м акси м ал ь­
ной оказываю т незначитель­
ное влияние на остатбчное
содержание кислорода в кон­
денсате (рис. 6-7).
О
20 ЬО 60 80 100
Д л я улучшения эффекта
Н агрузка турбины, %
деаэрации добавочной воды
ввод ее иногда осущ ествля­ Рис. 6-7. Влияние нагрузки т у р ­
ется непосредственно в паро­ бины на остаточное с о д е р ж а ­
ние кислорода в конденсате.
вое пространство через р а с ­
пылители.
Эффективность
деаэрации в конденсаторе можно улучшить, если место
отсоса воздуха расположить по возможности дальш е о г
пути стока струй и пленок основного конденсата. Ц е ле­
сообразно конденсат воздухоохладителя как наиболее
загрязненный газами подвергать специальной обработке
паром для деаэрации его до смешения с основным кон­
денсатом.
При осуществлении деаэрации в конденсаторах от
эксплуатационного персонала требуется поддержание
в условиях длительной эксплуатации достаточно высо­
кой воздушной плотности вакуумной системы, включая
конденсатор турбины, регенеративные подогреватели и
узел конденсатных насосов, работающих под р а зр е ж е ­
нием. Д а ж е небольшие присосы воздуха в вакуумную
часть конденсационной установки, в частности через
краны водоуказательных стекол и сальники конденсат­
ных насосов, резко ухудшают эффективность деаэрации.
6-3. ХИМИЧЕСКОЕ О Б Е С К И С Л О Р О Ж И В А Н И Е
В целях ликвидации проскоков кислорода в термиче­
ски деаэрированную питательную воду парогенераторов
в. д., с. в. д. и с. к. д. применяется обработка ее гидра­
зин-гидратом
Ы2Н 4 • Н 20
либо
гидразин-сульфатом
ЫгШ-НгЗСН, обладающими сильными восстановительны­
ми свойствами.
Г идра зин -гид р ат пре дс та в л яет собой бесцветную ж и д к о с ть со
слабощ елочными свойствами, кипящ ую при 118,5 0С, с точкой п л а в ­
ления 2 °С. П а р ы г идр а зин-гид р ат а вредно действуют на слизистые
оболочки и ды х ател ьны е пути человека; растворы гидразин-гидрат*
вы зы ваю т ож оги к о ж н ой ткани и дерм атозы . Г идр азин -сул ьф ат
207
я в л яет ся твердым веществом с кислыми свойствами; он менее я д о ­
вит, чем гидразин-гидрат. Г и дразин -гид рат д о с та в л яет ся и хранится
в герметизированной таре, а гидразин-сульф ат в деревянной.
Р еакция между гидразин-гидратом и кислородом про­
текает по уравнению
Ы г Н 4 • Н 2О + О 2— ^ Ы г + З Н г О .
(6 -6 )
Основными факторами, определяющими скорость
этой реакции, являются избыток гидразина, начальная
концентрация растворенного кислорода, температура,
значение рН среды, присутствие и концентрация ка тал и ­
заторов. Р еак ци я практически не протекает в кислой сре­
де и катионированном конденсате при температуре 25 °С,
Присутствие меди резко увеличивает скорость процесса.
Д а ж е при содержании меди в количестве всего 0,01 м г/к г
в слабощелочной среде при 2 0 °С скорость взаимодейст­
вия резко увеличивается. В условиях парогенераторов,
т. е. при температуре 200—300 °С, величине рН = 9-г-10;
в присутствии различных катализаторов, в том числе
меди, процесс взаимодействия гидразин-гидрата с кисло­
родом протекает практически мгновенно.
В результате протекания реакции между гидразингидратом и кислородом солесодержание обработанной
воды не повышается, так как конечными ее продуктами
являю тся вода и азот.
Гидразин в пароводяном цикле электростанции спо­
собен вступать во взаимодействие такж е с окислами
ж елеза и меди. Восстановление окислов металлов обу­
словливает в начальной стадии обработки питательной
воды гидразином увеличение его расхода, который нор­
мализуется после заверш ения восстановительных процес­
сов в пароводяном тракте электростанции. Поэтому до
введения гидразинной обработки воды внутренние по­
верхности котлов, коллекторов, экономайзеров, баковаккумуляторов, деаэраторов и других емкостей должны
быть очищены механическим или химическим способом
от скопления окислов ж елеза и меди.
О бработка воды гидразином заклю чается в непрерыв­
ном дозировании в питательную воду таких количеств
раствора гидразина, которые обеспечивали бы полное
обескислороживание и создание некоторого избытка
ЫгН4. Хороший результат по обескислороживанию пита­
тельной воды обеспечивается при дозировании гидразина
в 2— 3-кратном количестве по отношению к остаточному
208
кислороду, содерж ащ емуся в воде после деаэраторов.
Избыток гидразина целесообразно поддерж ивать на
уровне 0,02— 0,03 м г/к г (но не больше 0,1 м г/к г)
Раствор гидразин-гидрата вводится непрерывно в баки-аккумуляторы деаэраторов или в питательную маги­
страль непосредственно за баками-аккумуляторами.
При одновременном осуществлении гидразинной и
аммиачной обработки питательной воды суммарное со­
держ ани е в паре ам миака долж но составлять величину,
принятую по условиям нейтрализации всей свободной
углекислоты. Д озирование гидразина и ам м иака можно
производить с помощью одного и того же дозирующего
приспособления в виде смеси растворов.
В целях предотвращения коррозии тракта питатель­
ной воды вплоть до деаэрато ра на ряде тепловых э лек­
тростанций успешно применяется химическое обескисло­
роживание обессоленной воды и конденсатов, осущ е­
ствляемое
с помощью
сильноосновных
анионитов
в 5 0 32~-форме. Д л я этого сильноосновной анионит (см.
гл. 9) гененерируется 2—4% -ным раствором Ма25 0 3,
вследствие чего функциональные группы переводятся
в 5 0 з 2--форму. Этот ионитовый способ химического обе­
скислороживания является эффективным и достаточно
экономичным.
6-4. УДА ЛЕ Н ИЕ С ВОБ ОД НОЙ УГ ЛЕ КИСЛОТ Ы
Д л я удаления свободной углекислоты из о б р аб аты ­
ваемой воды на водоподготовительных установках оте­
чественных электростанций применяются пленочные декарбонизаторы с деревянной
хордовой насадкой или
с насадкой из колец Раш ига. Д екарбонизаторы работают
на принципе десорбции в условиях противотока воды и
воздуха, подаваемого снизу специальным вентилятором.
Д екарбон и затор с деревянной хордовой насадкой пред­
ставляет собой деревянную башню (рис. 6-8), которая
заполняется на некоторую высоту щитами, состоящими
из досок, уложенных плашмя в шахматном порядке с з а ­
зорами между ними. Д екарбоиизируем ая вода входит
сверху через центральный патрубок 1 и равномерно рас­
пределяется специальным распределительным щитом на
поверхности насадки. Д а л е е вода тонкой пленкой стекает
по доскам щитов, омывая их. Через нижний боковой п а­
трубок вентилятором 5 подается воздух, который подни­
209
мается вверх навстречу воде. Так как в обрабатываемой
воде парциальное давление углекислоты значительно
больше, чем в воздухе, то при их соприкосновении угле­
кислота переходит из воды в воздух и вместе с ним про­
ходит через патрубки распределительного щита и через
большой патрубок ^6 отводится в атмосферу. Вода, про-
Рис. 6-8. Д е к ар б о п и за т о р пленочного типа с деревянной насадкой.
/ — подвод воды; 2 — выход воды; 3 — расп р едели тел ьн ы е сопла; 4 — д е р е в я н ­
ная н ас а д к а ; 5 — вен ти лятор; 6 — выход во зду х а,
шедш ая декарбонизатор, через водяной затвор сливается
в бак декарбонизированной воды, который часто распо­
лагается прямо под днищем декарбонизатора.
На основании исследований, проведенных на промыш­
ленных декарбонизаторах с деревянной хордовой н аса д ­
кой и модели, установлено, что: а удельный расход
210
воздуха, обеспечивающий достаточно глубокое удаление
свободной углекислоты, составляет в среднем 20 м3 на
1 м3 воды; б) оптимальная плотность орошения деревян­
ной хордовой насадки составляет 40—45 м3/м 2; в) ско­
рость движения воздуха -через декарбоннзатор следует
принимать не меньше 0,085— 0,1 м/сек, считая по н еза­
полненному насадкой сечению аппарата. При п равиль­
ном выборе величины поверхности контакта дегази р уе­
мой воды с воздухом и поддержании указанного выше
расхода воздуха декарбонизатор пленочного типа спосо
бен обеспечить остаточное содержание свободной угле­
кислоты в воде при температуре ее до 30 °С в количестве
3— 7 мг/кг.
К недостаткам декарбонизатора с деревянной хордо­
вой насадкой относятся: а) сравнительно малая удель­
ная поверхность (поверхность единицы объема) деревян ­
ной насадки, требующая увеличенной высоты декарбопизагора; б) недолговечность деревянного корпуса и н а­
садки декарбонизатора, подверженных делигнификации
и гниению; в) трудность герметизации корпуса декарбонизаторов. Этих недостатков лишен декарбонизатор, з а ­
полненный керамическими кольцами Раш ита (2 5 Х 2 5 Х
Х З мм ), корпус которого выполнен из металла. О б р а ­
б аты ваем ая вода подается в верхнюю часть его (плот­
ность орошения составляет около 60 м3/м 2) и стекает
через загрузку из колец Р аш и га; навстречу ей вентиля­
тором подается воздух с удельным расходом примерно
15 м3/м 3.
Д л я защиты декарбонизаторов от коррозии и предот­
вращения загрязнения воды продуктами коррозии ме­
талла внутренняя поверхность ап п арата покрывается перхлорвиниловым лаком, эпоксидной смолой, резиной или
другими противокоррозионными веществами. Н а верх­
ней крышке ап п арата установлен брызгоуловитель для
предотвращения чрезмерного уноса влаги воздухом и
обледенения воздухопровода за пределами здания. Д л я
предотвращения утечек воздуха сливной штуцер внизу
декарбонизатора снабжен гидравлическим затвором. Д л я
загрузки и выгрузки колец Р аш и га предусмотрены два
л аза. При использовании в качестве насадки колец Р а ­
шига удается уменьшить площадь и высоту декарбони­
затора с одновременным уменьшением эксплуатацион­
ных расходов и получением более глубокого эффекта д е ­
карбонизации.
III
ГЛАВА
СЕДЬМАЯ
УДАЛЕНИЕ ГРУБОДИСПЕРСНЫХ
И КОЛЛ ОИ Д НЫХ ПРИМЕСЕЙ
ИЗ П Р И Р О Д Н Ы Х ВОД И К О Н Д Е Н С А Т О В
7-1. О С Н О В Н Ы Е П О Л О Ж Е Н И Я
О бработка поверхностных природных вод для вос­
полнения потерь пара и конденсата на тепловых элек­
тростанциях начинается с очистки их от грубодиоперсных и коллоидных примесей, которые могут явиться при­
чиной образования вторичной накипи на поверхностях
нагрева, ухудшения качества пара и загрязнения ионитовых материалов (см. гл. 9).
Удаление из воды грубодиоперсных примесей дости­
гается о с в е т л е н и е м ее путем о т с т а и в а н и я и
фильтрования.
О тстаивание воды является естественным процессом,
при котором взвешенные в воде грубодисперсные части­
цы с плотностью, превышающей плотность воды, о с а ж ­
даются под действием силы тяжести. Осветление воды
отстаиванием осуществляется в осветлителях. Осветление
воды путем фильтрования заключается в пропускании ее
через осветлительные фильтры, загруж енны е зернистым
фильтрующим материалом, задерж иваю щ им грубодис­
персные примеси воды. Осветление воды без введения
в нее реагентов применяется в тех случаях, когда она
загрязнена только грубодисперсными веществами. Обыч­
но же поверхностные воды содерж ат значительное коли­
чество коллоиднодиоперсных веществ с диаметром частиц
менее 100 мкм, которые не осаждаю тся в осветлителях
и не задерж иваю тся осветлительными фильтрами.
Д л я полного осветления воды, содерж ащ ей к о л л о и д ­
нодисперсны е вещества, необходим о у кру п н е н и е их ча­
стиц, которое достигается их коагулирован и ем .
К оа гул и р о ва н и е м называется технологический п р о ­
цесс обработки воды реагентами, который завершается
ко агуля цией ее кол лоидн ы х примесей. К о а г у л я ц и я я в л я ­
ется физико-химическим процессом слипания коллоидны х
частиц и о б р а зо ва н и я гр у б о д и сп ер с н ы х хлопьев, вы п а­
даю щ их в о са до к и у д а л я е м ы х из воды осаждением их
в осветлителях или фильтрованием в осветлительных
фильтрах. Реагенты, прим еняемы е для к оагули р ован и я,
называют коагулянтами, а химические агенты, вы зы в а ю -
212
щие ко а гу л я ц и ю коллоидн ы х примесей воды, — к о а г у л я ­
торами.
Эфф&кт осветления коагулированной воды в осветли­
телях ниже, чем в осветлительных фильтрах. С другой
стороны, целесообразнее применение осветлительных
фильтров возможно только при незначительном содер­
жании в воде грубодисперсных примесей. Поэтому обыч­
но применяется д в у х с т у п е н ч а т о е о с в е т л е н и е
воды: а) коагулирование и зад ер ж ан и е взвеси в освет­
лителе со снижением ее содержания до 8— 12 мг/кг;
б) последующее глубокое осветление фильтрованием ко­
агулированной
воды,
содерж ащей
тонкодисперсную
взвесь, не успевшую осесть в осветлителях.
В результате процессов коагулирования и осветления
увеличивается прозрачность воды, снижается ее окисляемость и происходит ее обесцвечивание. При правильно
налаженных режимах коагуляции воды удаляется при­
мерно 60—80% органических веществ. В тех случаях,
когда требуется более глубокое удаление из воды орга­
нических веществ, например в установках химического
обессоливания воды, коагулированная вода после освет­
ления ее в осветлителях и в осветлительных фильтрах
пропускается через фильтры, загруж енны е' активи рован ­
ным углем либо макросетчатыми ионитовыми смолами,
почти полностью извлекающими из нее органические ве­
щества.
7-2. Ф И З И К О - Х И М И Ч Е С К И Е О С Н О В Ы П Р О Ц Е С С А
КОАГУЛЯЦИИ
Д л я того чтобы понять сущность процесса коагуля­
ции, рассмотрим сначала причины устойчивости коллоид­
ных растворов, т. е. причины того, почему коллоидные
частицы неопределенно долгое время находятся во в зве­
шенном состоянии и не осаждаю тся.
Коллоидные частицы, содержащиеся в воде, находят­
ся в непрерывном и беспорядочном броуновском д ви ж е­
нии. М еж ду ними действуют силы взаимного притяжения
и отталкивания. Силы взаимного отталкивания объясня­
ются тем, что однородные коллоидные частицы имеют
электрические заряды одного знака. Наличие электриче­
ских зарядов объясняется следующими причинами. К а ж ­
дая коллоидная частица обладает весьма значительной
адсорбционной способностью, благодаря чему она адсор­
213
бирует из раствора ионы электролитов одного знака,
которые распределяются равномерно по ее поверхности,
образуя а д с о р б ц и о н н ы й с л о й . Коллоидная части­
ца вместе с адсорбционным слоем называется г р а н у ­
л о й . Ввиду наличия у гранулы электрического заряда
вокруг нее концентрируются ионы с зарядам и противо­
положного знака (п р о т и в о и о н ы ) . Противоионы не
связаны прочно с гранулой; они сохраняют способность
к диффузии в окруж аю щ ую жидкость, образуя вокруг
Рио. 7-1. Схема строения коллоидной мицеллы.
/ — ядро коллоидной частицы ; 2 — адсорбционны й слой; 3 — поверхность сколь­
ж ени я; '/ — двойной электрический слой толщ иной /1; 5 — ди ф ф узион ны й слой
толщ иной Б \ 6 — адсорбирован ны е ионы; 7 — противоионы ; а — состояние ми­
ц еллы , при котором ко л л о и д н ая частиц а имеет отр иц ател ьн ы й за р я д ; б — со­
стояние м и целлы , при котором
ко л л о ид ная частица не имеет за р я д а ;
в — состояние м и целлы , при котором зн ак з а р я д а коллоидной частицы п ере­
м енился с о тр иц ательн ого на п олож ительны й.
гранулы диффузный слой, в котором концентрация противоионов уменьшается по мере удаления от гранулы.
Г ранула вместе с диффузным слоем называется м и ц е л ­
л о й ; схема строения последней показана на рис. 7-1.
При броуновском движении вместе с коллоидной ча­
стицей движется д в о й н о й э л е к т р и ч е с к и й е л о й,
состоящий из ионов адсорбционного слоя и части противоинов диффузного слоя, содержащихся в оболочке воды,
окруж аю щей частицу. Остальные противоионы, располо214
женные вокруг двойного электрического слоя, отры ваю т­
ся от движущей частицы. Благод аря этому последняя,
потеряв часть противоионов, приобретает некоторый з а ­
ряд, одинаковый по знаку с зарядом гранулы, но мень­
ший по сравнению с ним по величине. Граница между
двойным слоем и остальной частью диффузного слоя н а­
зы вается поверхностью скольжения коллоидной частицы
в растворе.
Так как все однородные частицы имеют на поверхно­
сти скольжения заряды одного знака, то между ними
Рис. 7-2. Зависим ость в заим одействия сил о т т а л ­
кивания и п ри тяж ен ия от расстояния м еж д у к о л ­
лоидны ми частицами.
О Л — расстояни е м еж ду коллоидны м и частиц ам и; А М —
кр и вая о ттал ки ван и я; Л/У — кр и вая п р и тяж ен и я; А Б В Г —
р езу л ьти р у ю щ ая кр и вая взаи м о дей стви я коллоидны х ч а ­
стиц; Б Д — «силовой б а р ь е р » ,
действуют силы взаимного отталкивания, которые, так
же как и сипы взаимного притяжения, уменьшаются
с увеличением расстояния между частицами. З а ви си ­
мость взаимодействия сил притяжения и отталкивания
графически изображена на рис. 7-2. При уменьшении
расстояния между частицами сначала действует резуль­
тирующая сила взаимного отталкивания, возрастаю щ ая
до своей максимальной величины в точке Б, после кото­
218
рой она уменьшается до нуля в точке В, а затем резуль­
тирующая сила взаимного притяжения, возрастаю щ ая
до своей наибольшей величины в точке Г при расстоянии
между частицами, равном нулю.
Д л я того чтобы произошла коагуляция, т. е. взаим­
ное притяжение и слипание движущ ихся частиц, послед­
ние должны преодолеть максимальную результирующую
силу отталкивания — «силовой барьер» Б Д . Чем выше
« с и л о в о й б а р ь е р » , тем труднее его преодолеть и вы­
зв ать коагуляцию. Чем меньше величина электрических
зарядов, тем меньше сила взаимного отталкивания, тем
ниже «силовой барьер». Снижение величины зарядов ча­
стиц может быть достигнуто увеличением концентрации
противоионов в растворе путем добавления к последнему
соответствующих электролитов. При повышении концен­
трации противоионов в растворе требуется меньший объ­
ем диффузного слоя для нейтрализации ионов адсорбци­
онного слоя, т. е. происходит как бы сжатие его. Это
сж атие может произойти до такого объема, при котором
диффузный слой не будет выходить за пределы поверх­
ности скольжения, т. е. он будет находиться в пределах
двойного электрического слоя и противоионы будут пол­
ностью уравновешены (рис. 7-1,6) и частицы лишаются
электрических зарядов, а следовательно, и сил взаимного
отталкивания. В результате между частицами будут дей­
ствовать только силы взаимного притяжения, благодаря
которым они начнут слипаться, укрупняться и далее вы­
п адать из коагулированной воды. При дальнейшем уве­
личении концентрации противоионов диффузный слой мо­
жет оказаться по объему меньше объема, ограниченного
поверхностью скольжения. В этом случае произойдет
перемена знака зар я д а частиц на поверхности скольж е­
ния (рис. 7-1,в), и м е ж д у частицами вновь начнут дей­
ствовать силы взаимного отталкивания.
С одержащ иеся в поверхностных природных водах
коллоидные частицы соединений алюминия, железа,
кремния и гумусовых веществ, которые подчиняются из­
ложенным закономерностям, являются а м ф о л и т а м и ,
т. е. веществами, обладающими амфотерными свойства­
ми. Их молекулы, находящиеся на поверхности частиц,
соприкасающейся с водой, способны в определенных
условиях в зависимости от рН диссоциировать в воде
как кислоты или щелочи. В результате этого вокруг
каждой из коллоидных частиц образуется д в о й н о й
216
э л е к т р и ч е с к и й с л о й , причем величина за р я д а ча­
стицы зависит от степени диссоциации, а зн ак зар я д а —
от того, как диссоциируют молекулы амфолита: как кис­
лота или щелочь. Степень и х арактер диссоциации за в и ­
сят от концентрации водородных ионов, т. е. от п оказа­
теля рН. Д л я каждого ам*фолита существует такое значе­
ние рН среды, при котором его молекула не диссоциирует
на ионы и за р я д его частиц равен нулю. Такое состояние
коллоидной системы называется и з о э л е к т р и ч е с к и м ,
а соответствующее ему значение рН среды — рН изоэлектрической точки коллоидной системы. Если рН среды
больше рН изоэлектрической точки амфолита, молекулы
последнего диссоциируют как кислоты, и частицы его
имеют отрицательные заряды . Если рН среды меньше рН
изоэлектрической точки амфолита, молекулы последнего
диссоциируют, как щелочь, и частицы его имеют поло­
жительные заряды. Чем больше разность между рН сре­
ды и рН изоэлектрической точки амфолита, тем больше
величина зарядов его частиц, тем устойчивее коллоидная
система.
Изоэлек'трическая точка глины достигается при рН =
= 5, гуминовых веществ — при рН = 4. Поверхностные
воды обычно имеют рН в пределах 6—8. Следовательно,
эти вещества, находясь в поверхностной воде, диссоции­
руют как кислоты: на поверхности их частиц распол ага­
ются анионы, а в диффузном слое концентрируются к а ­
тионы. Благо д аря этому частицы приобретают отрица­
тельные заряды, и их система отличается относительно
высокой степенью устойчивости.
П ониж ая рН путем подкисления воды до рН изоэлектричеокой точки амфолитов, т. е. увеличивая концентра­
цию водородных ионов, являющихся в данном случае
противоионами, можно нейтрализовать отрицательные з а ­
ряды частиц. В результате этого устойчивость коллоид­
ной системы уменьшается и становится возможным сли­
пание однородных частиц. Однако силы прилипания, д ей ­
ствующие между взвешенными частицами, имеющими
заряды различных знаков, недостаточно велики, что пре­
пятствует образованию прочных и крупных агрегатов.
Кроме того, этим процессом трудно управлять. Более э ф ­
фективным способом коагуляции является процесс взаи ­
модействия различных по своей природе веществ, за г р я з­
няющих поверхностные воды, и реагентов, добавляемых
в осветляемую воду при ее коагуляции. Сущность такой
217
коагуляции, получившей широкое практическое примене­
ние, базируется на слипании разнородных частиц в рас­
творах электролитов. В смеси различных коллоидных и
грубодисперсных веществ достаточно, чтобы частицы
одного какого-либо вещества оказались неустойчивыми,
чтобы вся система начала коагулировать. В воде при ее
химической обработке таким неустойчивым компонентом
является гидроокись алюминия или ж елеза, о б разу ю щ а я­
ся в результате гидролиза коагулянтов (см. ниже). Взве-
Рис. 7-3. С т ру кт у ра хлопьев, образую щ ихся
коагуляции.
при
/ — частиц ы взвеси; 2 — частиц ы гидроокиси алю м и ни я;
3 — гум иновы е вещ ества; -/ — «клеевы е м остики»; 5 —
« зах вач ен н ая » вода.
шенные частицы соединяются не непосредственно, а с по­
мощью гидроокиси алюминия или железа, находящейся
в изоэлектрическом состоянии. Частицы гидроокиси сор­
бируются на поверхностях взвеш ен н ы х частиц и о д н о в р е ­
менно образуют как бы «кл еевы е мостики», с в я з ы в а ю ­
щие вз в е с ь в достаточно крупн ы е и тяжелые агрегаты,
осаж дающ иеся с приемлемой скоростью (рис. 7-3).
Д л я осуществления технологического процесса коагу­
лирования содержащихся в воде коллоидных примесей
и качестве коагулянтов применяются сернокислый алю218
миний А12( 8 О 0 з - 18Н20 , сернокислое
Р е 3 0 4 • 7П 20 и хлорное ж елезо РеСЬ.
В результате реакций гидролиза
закйсное
железо
А12( 5 0 4) з + 6Н 20 — > 2 А 1 ( 0 Н ) з + ЗН 25 0 4;
(7-1)
Р еС 1 з+ ЗН 20 - ! г > Р е ( 0 Н ) з + ЗНС1;
(7-2)
Р е 3 0 4 + 2 Н 20 — *Р е (О Н ) 2 + Н 25 0 4
(7-3)
и последующего окисления гидрата закиси ж елеза рас­
творенным в воде кислородом
4 Р е ( 0 Н ) 2 + 0 2+ 2Н 20 — И Р е ( О Н ) 3
(7-4)
образуются почти нерастворимые в воде гидраты окисей
алюминия и железа, которые являются неустойчивыми
компонентами коллоидной системы.
Приведенные реакции гидролиза могут протекать
лишь при условии, если образую щ аяся при этом серная
или соляная кислота будет частично нейтрализована со­
держащ имися в воде бикарбонатами кальция и магния,
а при их отсутствии или недостатке — добавляемыми
в воду щелочными реагентами: известью С а ( О Н ) 2, содой
№ 2С 0 3 или едким натром ЫаОН с доведением рН до
оптимальной величины. Например:
Н 25 0 4+ Са (НСОз) 2— *Са 8 0 4+ 2Н 20 + 2 С 0 2;
(7-5)
Н 28 0 4+ 2 Ы а 0 Н ^ Ы а 25 0 4+ 2Н20 .
(7-6)
Гидраты окисей алюминия и железа обладаю т амфотерными свойствами. Например, гидрат окиси алюминия
при р Н < 6 , 5 , т. е. в кислой среде, диссоциирует, как щ е­
лочь:
А1 (ОН), ^ А1 (ОН)2+ + О Н - ;
(7-7)
А1 (ОН)
А1 ( О Н ) 2+ + 2 0 Н - ;
А 1 ( О Н ) з ^ А 1 3+ + З О Н - .
(7-8)
(7-9)
Б лагодаря выходу из твердой фазы аномально по­
движных ионов О Н - частицы гидрата окиси алюминия
приобретают положительные заряды , а отрицательные
противоионы О Н - образуют атмосферу диффузного слоя.
В' щелочной среде при р Н > 7 , 5 гидрат окиси алюминия
диссоциирует как кислота:
А1 (ОН), 2 Н+ 4 - Н аА10“
(7-10)
5)9
Б л аго д ар я выходу из твердой фазы аномально по­
движных ионов Н+ частицы гидрата окиси алюминия
приобретают отрицательные заряды , а положительные
противоионы Н+ образуют атмосферу диффузного слоя.
При значениях р Н > 8 гидрат окиси алюминия диссоции­
рует практически полностью. А так как диссоциируют
только молекулы электролитов, растворенных в воде, то
можно считать, что при указанных значениях рН все
молекулы гидрата окиси алюминия, диссоциирован­
ные на ионы, полностью растворены в воде при пол­
ном отсутствии в последней нерастворимых хлопьев
А 1(О Н )3.
При значениях рН в пределах 6,5— 7,5 степень диссо­
циации гидрата окиси алюминия минимальна; он нахо­
дится в изоэлектрическом состоянии и коллоидные ча­
стицы его или заряж ен ы незначительно, или вовсе не име­
ют за р я д а и поэтому
быстро коагулируют, слипаясь
в хлопья. Одновременно с автокоагуляцией коллоидных
частиц гидрата окиси алюминия происходит слипание их
с частицами коллоидных примесей воды. Двойной элек­
трический слой защ ищ ает частицы взвеси только от сли­
пания между собой, но не препятствует слипанию их
с частицами гидрата окиси алюминия, с помощью кото­
рого только и происходит соединение разнородных ча­
стиц в хлопья. Поэтому, для того чтобы процесс к о а г у л я ­
ции шел достаточно быстро, необходим о вести его близко
к изоэлектрической точке ги дроокиси алюминия. В ди­
стиллированной воде изоэлектрическая точка коагуляции
коллоида А 1(О Н )3, образующегося в результате гидро­
лиза А12( 5 0 4)з, близка к рН = 7,2. Наличие в воде, по­
мимо А12( 3 0 4)з, других электролитов смещает изоэлектрическую точку коагуляции коллоида А 1(О Н )3.
Приведенная выше реакция окисления гидрата зак и ­
си ж елеза в гидрат окиси железа в кислой и нейтраль­
ной средах протекает медленно, и процесс коагуляции
не заверш ается в очистных сооружениях. Так как при
р Н > ' 8 скорость этого процесса повышается, необходимо
одновременно с введением в воду сернокислого железа
добавлять щелочь, сочетая коагуляцию, например, с из­
весткованием воды. В этом случае реакция образования
гидрата окиси ж елеза может быть изображена следую
щим образом:
4 Р е 5 0 4 + 4 С а ( 0 Н ) 2+ 0 2+ 2Н 20 — >-4Ре (ОН) з + 4 С а 5 0 4
(7-11)
220
Независимо от применяемого коагулянта процесс ко­
агуляции протекает не мгновенно, а требует для своего
завершения некоторого промежутка времени. Установле­
но, что в процессе укрупнения коллоидные частицы про­
ходят стадии « с к р ы т о й » , а затем « я в н о й » коагуля­
ции, сопровождаемые образованием хлопьев и о саж д е­
нием их в осадок. Хлопья, образующиеся непосредствен­
но после присадки коагулянта и не видимые простым
глазом, постепенно соединяются в крупные комплексы,
происходит помутнение воды, которое с течением време­
ни усиливается, после чего образуются еще более круп­
ные рыхлые хлопья, осаж даю щ иеся на дно и увлекающие
с собой все грубодисперсные загрязнения. Постепенное
осаждение хлопьев сопровождается повышением про­
зрачности воды.
Д л я ускорен ия процесса ко агу л я ц и и применяются по­
д о г р е в к о а гу л и р у е м о й в о д ы до 30— 40 °С и п ер ем еш и ва­
ние ее, б л а г о д а р я чему кол лоидн ы е частицы загрязн ен ий
и коагулянта испытывают б ол е е частые и сильные столк­
новения, приводя щ ие к их слипанию. Однако перемеши­
вание не долж но производиться слишком энергично, что­
бы не раздробить образовавш ихся хлопьев. Повышение
температуры сверх 40 °С ухудшает эффект осветления
вследствие более быстрого броуновского движения кол­
лоидных частиц и торможения адсорбции их хлопьями.
Процесс коагуляции в некоторых случаях может быть
ускорен такж е при применении смеси коагулянтов РеСЦ
и А12( 5 0 4)з. Д л я ускорения процесса коагуляции в по­
следнее время все более широкое применение получает
п о л и а к р и л а м и д . Д обавление полиакриламида в ко­
агулируемую воду после образования хлопьев коагулян­
та д а ж е в очень малых дозах (0,5— 2,0 м г/к г) значи­
тельно укрупняет и утяж еляет хлопья коагулянта, что
приводит к ускорению их осаждения и дает возможность
повысить скорость подъема воды в осветлителях и их
производительность. П ол и акри л ам и д выпускается в виде
студнеподобной массы и применяется в виде раствора
0,1— 0 ,2 % -ной концентрации.
Сернокислое железо как коагулянт имеет следующие
преимущества по сравнению с сернокислым алюминием:
а) процесс коагуляции сернокислым железом не зависит
от температуры воды и поэтому не требует ее подогре­
ва; б) скорость осаждения гидрата окиси ж е л е за выше,
чем гидрата окиси алюминия, так как плотность гидрата
221
окиси ж елеза в 1,5 раз больше плотности гидрата окиси
алюминия, что позволяет уменьшить продолжительность
отстаивания и размеры осветлителей. Несмотря на эти
преимущества сернокислого ж елеза, в прямоточных ко­
агуляционных установках целесообразнее применять
в качестве коагулянта сернокислый алюминий, не требу­
ющий, как правило, подщелачивания воды при наличии
достаточной для создания оптимального рН естествен­
ной щелочности (карбонатной жесткости).
Выбор вида и эксплуатационной
дозы коагулянта,
а такж е дозы щелочного реагента и оптимальной вели­
чины рН производится на основе результатов пробной
коагуляции воды различными реагентами, проводимой
в лабораторны х условиях в характерные для источника
водоснабжения периоды года.
7-3. К О А Г У Л Я Ц И Я В О Д Ы В О С В Е Т Л И Т Е Л Е
Н а рис. 7-4 приведена принципиальная схема коагу­
ляционной установки с осветлителем. Исходная вода по­
сле подогрева ее до температуры 25—30° поступает
в осветлитель вместе или раздельно с раствором коагу­
лянта. В трубопровод исходной воды перед осветлителем
вводится раствор кислоты или щелочи для создания
оптимального значения рН, а в случае применения в к а ­
честве коагулянта сернокислого закисного ж елеза вво­
дится раствор хлора для окисления двухвалентного ж е ­
леза в трехвалентное.
В осветлителе происходит хлопьеобразование и освет­
ление воды. Осветленная вода поступает в промежуточный
бак, из которого насосами подается на осветлительные
фильтры для окончательного освобождения от тончайшей
взвеси, не задерж анной в осветлителе. Из фильтров
взвесь удаляется взрыхляющей промывкой обратным то­
ком воды. Промывочные воды собираются в специаль­
ном отстойнике, из которого равномерно перекачиваются
насосом в линию исходной воды. Кроме экономии воды,
тепла и реагентов, это мероприятие позволяет интенси­
фицировать образование хлопьев вследствие благоприят­
ного влияния взвеси, содерж ащ ейся в промывочной воде.
Д л я более глубокого удаления органических веществ из
коагулированной воды последнюю после осветлительных
фильтров пропускают через сорбционные фильтры, з а ­
груженные активированным углем.
9.22
Рис. 7-4. Принципиальная схема коагуляционной установки с осве­
тлителем.
/ — и сходная вода; 2 — греющий пар; 3 — кон денсат; 4 — осветли тель; 5 — б ак
коагули рованн ой воды; 6' — насос коагули рованн ой воды; 7 — насос д л я про­
мывки ф и льтров; 8 — осветлительны й ф и льтр; 9 — адсорбционны й ф и л ьтр; 10 —
осветлен н ая во д а; / / — сброс промывочной воды ; 12 — сброс первого ф и л ьтр а ­
та; 13 — бак дл я сбора промывочных вод; 14 — насос д л я п ерекачки промы воч­
ных вод в осветли тель; 15 — д р е н а ж ; 16 — тех н и ческ ая вода; 17 — горячая вода
или пар д л я растворен ия к о агу л я н та; 18 — сж аты й воздух д л я перем еш и вани я;
19 — бачок постоянного уровня; 20 — ячейка мокрого хранен ия ко агу л я н та;
21 — п ерекачиваю щ ий насос к о а гу л я н т а ; 22 — расходны й б а к к о агул ян та; 23 —
н асосы -дозаторы раствора к о а гу л я н т а ; 24 — воздуш ны й колп ак; 25 — ввод хло­
ра; 2 6 — ввод кислоты или щ елочи д л я с о зд ан и я н уж ного зн ачен и я рН .
На рис. 7-5 изображена схема осветлителя ЦНИ И-2,
предназначенного для удаления из воды грубодисперс­
ных и коллоидных примесей с применением коагуляции
сернокислым алюминием. Корпус осветлителя состоит из
двух цилиндров разного диаметра, соединенных перехо­
дом, имеющим форму усеченного конуса. Д нищ е освет­
лителя имеет кольцевую коническую форму. В централь­
ной части осветлителя расположен цилиндрический шламоотделитель с коническим днищем и шламоотводными
трубами. Исходная вода 1 подается по трубопроводу
в воздухоотделитель 2, предназначенный для удаления
из воды воздуха, который может вызвать в осветлителе
взмучивание и вынос шлама. Д ал ее по центральной и
распределительным грубам 3, которые заканчиваю тся
223
тангенциально расположенными соплами, вода поступает
в нижнюю смесительную часть осветлителя. Сюда же
вводится раствор коагулянта 7. Иногда раствор коагу­
лянта вводится в трубопровод исходной воды. Сопла,
расположенные горизонтально, приводят воду во в р а щ а ­
тельное движение в нижней части осветлителя, имеющей
кольцевую форму. Такое движение воды способствует
перемешиванию ее с реагентами, усиливает контакт вы­
деляемых из воды примесей с частицами ш лам а и улуч­
шает условия протекания процессов коагуляции, кри­
сталлизации, сорбции и адгезии. Вращ ательное движение
воды д ал ее гасится смесительными перегородками 13 и
переходит в восходящее поступательное движение снизу
вверх. Продукты коагуляции, выделяющиеся в виде хло­
пьев, поддерживаются водой во взвешенном состоянии
и образую т зону взвешенного шлама, т. е. контактную
224
среду, способствующую ускорению и углублению процес­
са очистки воды. У верхней границы зоны взвешенного
шлама вода освобождается от взвешенных хлопьев, про­
ходит через зону осветления и распределительную решет­
ку 10. З атем осветленная вода собирается в желобе 11
и через приямок распределительного устройства 8 отво­
дится по патрубку 12 в промежуточные баки, откуда н а­
сосами перекачивается на осветлительные фильтры.
Избыток осадка из зоны взвешенного шлама непре­
рывно отводится с некоторым количеством воды через
шламоотводные трубы 4 в шламоотделитель 5. Ш ламоотделитель 5, действующий как вертикальный отстойник,
отделяет часть поступающей в него воды и подает ее по
трубе через задвиж ку 9 в распределительное устройст­
во 8. Расход этой воды и количество осадка, отводимого
из осветлителя, регулируются с помощью задвиж ки 9 на
отводящей трубе и измеряются по величине напора воды
над калиброванными отверстиями 14 в перегородке рас­
пределительного устройства. О стальная часть воды с по­
вышенной концентрацией ш лам а непрерывно удаляется
в канализацию по трубе 6. Д л я опорожнения шламоотделителя служит труба 16, а всего осветлителя — тру­
ба 15.
Н а рис. 7-6 приведена схема осветлителя производи­
тельностью 350 м31ч, предназначенного для коагуляции
воды на мощных блочных ГРЭС. Конструкция аппарата
и расчетные показатели отличаются рядом особенностей
и элементов новизны в сравнении с осветлителями типа
Ц Н И И -2 (больш ая высота зон взвешенного ш лам а и
осветленной воды, меньшая восходящая скорость д в и ж е ­
ния воды в осветлителе и нисходящего движения в возду­
хоотделителе, улучшенные условия отвода воды из шламоотделителя и др.).
В коагуляционных установках с осветлителем раство­
ры реагентов вводятся в обрабаты ваемую воду с помо­
щью дозаторов, предназначенных для подачи заданного
количества реагентов. На водоподготовительных установ­
ках постоянной производительности применяются д о за ­
торы постоянного расхода, подающие в единицу времени
одно и то же количество раствора коагулянта. На уста­
новках с меняющимся часовым расходом воды применя­
ются пропорциональные дозаторы, изменяющие количе­
ство подаваемого в воду раствора коагулянта пропор­
ционально изменению расхода осветляемой воды.
8
Зак.
134
225
<м5/5йв
Рис. 7-6. О светлитель дл я коагуляции воды расчетной производитель­
ности 350 м !ч.
I и 2 — ввод и вы вод воды
300 м м ; 3 — возду х о о тдели тел ь; 4 — р а сп р е д е ­
ли тельн ы е трубы в воздухоотдели теле, 6 шт.; й у -1 5 0 м м ; 5 — расп р ед ели тел ь­
ные трубы о светли теля, 12 шт.; с/у —150 м м ; 6 — д р оссельн ы е засл он ки , уста­
н авл и ваю тся иа шести тр у б ах (через о дн у т р у б у ); 7 — водян ы е сопла; Я —
ввод р аствора к о а гу л я н та , <*у - 20 м м ; 9 — ввод р аство р а п оли акри л ам и да,
й у =»25 м м ; 10 — линия непрерывной продувки и оп орож н ени я ш лам оуплотните«я- / / — коллектор периодической продувки осветли теля; 12 — в к а н а л и за ц и ю ;
13 — ш лам оп рием н ы е трубы , 8 ш т., й у - 1 100 м м ; 14 — ш лам оотводящ и е трубы ,
й у -3 6 0 м м ; /5 — ш лам оп рием н ы е о кн а, 8 шт. в к аж д о й трубе; 16 — ш лам ауплотнитель; 17 и /8 — сборны й коллектор и т р у б а, о т в о д я щ а я осветленную
воду из ш л ам оуп лотн ителя с дроссельной заслонкой на ней; /9 — р а сп р е д е л и ­
тельное устройсчзо; 20 — и зм ерительн ы е о твер сти я; 21 — вер ти к ал ьн ы е см еси ­
тельны е перегородки, 8 шт.; 22 — вер х н яя р а сп р е д е л и тел ь н а я р еш етка; 23 —
кольцевой ж елоб д л я сбора осветленной воды; 24 — устройство дл я у п рав л е­
ния засл о н кам и 6; 25 — вода на промывку коллектора 17,
226
В качестве дозаторов растворов' коагулянта и щ елоч­
ных реагентов раньш е применялись сифонные дозаторы,
дозаторы с подвижной и п лаваю щ ей трубкой, дозаторывытеснители и д р у г и е конструкции дозаторов открытого
типа. Общим недостаткам дозаторов открытого типа яв­
ляется то, что они требуют высотную компоновку водо­
подготовительной установки, так как должны устанавли­
ваться над осветлителем, в который дозируют раствор
реагента, и иметь над собой водораспределитель. Этого
недостатка не имеет п л у н ж е р н ы й н а с о с - д о з а ­
т о р , что упрощает компоновку осветлителя.
На рис. 7-7 изображен горизонтальный одноплунжер­
ный насос-дозатор для раствора коагулянта и известко-
Рис. 7-7. Насо с-до затор плунж ерного типа с резиновой диафрагмой.
вого молока с давлением 6 кгс/см 2 производительностью
120, 400, 800 и 1 200 л/ч. Резиновая д и аф рагм а /, з а ж а ­
тая между корпусом и крышкой, отделяет рабочую к а ­
меру 2 от водяной камеры 3. П лунж ер 4 приводится
в движение от эксцентрика с переменным эксцентриси­
тетом для изменения длины хода плунжера при регули­
ровании дозировки от максимального значения до нуля.
8*
227
На каж ды й осветлитель устанавливаются по два насоса-дозатора (рабочий и резервный).
Схема дозирования раствора коагулянта с помощью
насоса-дозатора приведена на рис. 7-8. Концентрирован­
ный раствор коагулянта, приготовленный в мешалке 3,
разбавляется водой до рабочей концентрации и п ерека­
чивается с помощью гидроэлеватора 4 в расходные баки
6\ из последних через трубопровод 7 и фильтр-сетку 8
Рис. 7-8. Схем а дозиров ан ия ра ст в о ра к о агу л янта с помощ ью насо­
сов-дозаторов.
он забирается насосами-дозаторами 5 и подается в освет­
лители через коллекторы 1 по трубопроводам 2.
Р е гу ли рова ни е производительности пл унж ерного н а с о с а -д о за т о ­
ра м ож ет осущ ествляться при применении эл ек тро д ви гател я пере­
менного тока изменением средней скорости в ращ ен ия путем перио­
дического включения и отключен ия его. Д о з ы к оагул янта зав исят
от количества с о д е р ж а щ и х с я в воде примесей, их химического с о ­
с тава, окисляемости и тем пературы воды. При таком многообразии
ф а кторов, определ я ю щ их д о з у коагул янта, она м ож ет быть под о­
бр ана только опытным путем.
Р азм еры продувки долж ны составлять минимум, при
котором в шламоотделителе не происходит прогрессиру­
ющего образования остаточных отложений взвеси. Верх
шламового фильтра долж ен располагаться в нижней ч а ­
сти выходной зоны осветлителя.
Н аличие контактной среды в осветлителе улучшает
у с л о в и я ко агуля ции и оказывает существенное влияние
на характер этого процесса. Практика показала, что
эффективная работа ш лам ового фильтра в осветлителе
позволяет сократить р а с х о д реагентов на 25 — 5 0 % .
Д л я достижения эффективной и экономичной работы
осветлителя необходимо избегать резких колебаний его
нагрузки, производить правильное регулирование высоты
228
шламового фильтра, непрерывную продувку шламоотделителя и бесперебойное правильное дозирование реаген­
тов. Необходимым условием хорошей работы осветлителя
является поддержание стабильной температуры о б р а б а ­
тываемой воды, колебания которой не должны превы­
шать ± ( 0 , 5 — 1,0) °С в течение часа при постепенном из­
менении температуры.
7-4. К О А Г У Л Я Ц И Я И О С В Е Т Л Е Н И Е В О Д Ы
ФИЛЬТРОВАНИЕМ
а ) Физико-химические основы фильтрования
Д л я глубокого удаления из воды грубодисперсных ча­
стиц, хлопьев коагулянта и скоагулированных коллоид­
ных частиц применяется фильтрование, т. е. пропуск воды
через слой зернистого или пористого м атериала, з а г р у ­
женного в осветлительные фильтры. При фильтровании
воды твердые частицы задерж иваю тся на поверхности
или в толще фильтрующего материала. В результате
фильтрования происходит осветление воды. При отсутст­
вии предварительной коагуляции в осветлителях вода,
содерж ащ ая грубодисперсную взвесь, образует фильтру­
ющую пленку на поверхности фильтрующего материала.
Если же применяется предварительная коагуляция
в осветлителе, в котором задерж ивается основная масса
взвеси, и на фильтры поступает вода, сод ерж ащ ая мель­
чайшие взвешенные частицы, фильтрование идет не на
поверхности, а в толще фильтрующего слоя. При таком
процессе полнее используется вся толща зернистой з а ­
грузки фильтра и обеспечивается высокая степень освет­
ления.
Н а основании результатов глубокого изучения физи­
ческой природы, механизма и закономерностей процесса
осветления воды при движении ее через зернистые з а ­
грузки осветлительных фильтров установлено, что про­
цесс фильтрования имеет физико-химическую природу,
а эффект осветления воды при фильтровании о б ъясн я­
ется прилипанием взвешенных частиц к зернам фильтру­
ющего слоя и ранее прилипшим частицам под действием
молекулярных сил притяжения. По своей физической
сущности процесс взаимодействия и слипания разнород'
ных частиц, значительно различающихся своими р азм е­
229
рами, является коагуляционным, причем устойчивость и
прилипание мелких частиц к крупным значительно вы­
ше, чем интенсивность взаимного слипания мелких ча­
стиц, так как вероятность попадания мелкой частицы
в сферу притяжения
крупной частицы значительно
больше, чем вероятность столкновения мелких частиц.
Явление прилипания мельчайших
частиц, со д ерж а­
щихся в воде, к поверхности зерен фильтрующего м а­
териала получило название к о н т а к т н о й к о а г у ­
ляции.
Сооружения, специально предназначенные для очист­
ки воды с использованием явлений контактной коагуля­
ции, называю тся к о н т а к т н ы м и о с в е т л и т е л я м и ;
в них вода сразу после смешивания с коагулянтом про­
ходит через слой песка. З а короткий промежуток време­
ни от момента поступления воды в фильтрующий слой
в воде успевают образоваться лишь микроэлементы слип­
шихся частиц, которые прилипают к поверхности зерен
песка.
Такой ж е процесс имеет место при фильтровании во­
ды через фильтры после коагулирования и предваритель­
ного осветления. Вместе с водой в фильтры поступают
мелкие хлопья, не успевшие осесть в отстойниках или
осветлителях. При фильтровании эти хлопья прилипают
к зернам фильтрующего материала и осветляют воду.
Основным фактором, определяющим эффект осветления
воды фильтрами, является не соотношение размеров ча­
стиц, поступающих на фильтр, и пор в фильтрующем
слое, как это предполагалось раньше, а способность ча­
стиц прилипать к поверхности зерен загрузки фильтров,
которая является результатом химической обработки во­
ды коагулянтом. Опыт показывает, что при фильтровании
устойчивой суспензии, не обработанной коагулянтом, д а ­
же довольно крупные частицы свободно проходят через
весь фильтрующий слой. Наоборот, при фильтровании
коагулированной воды в фильтрующем слое з а д е р ж и в а ­
ются частицы любых размеров вплоть до мельчайших,
чем достигается высокий эффект осветления воды при
сравнительно высоких скоростях фильтрования. Таким
образом,
принцип
скорой фильтрации заключается
в фильтровании неустойчивой к о а гу л и р у ю щ е й суспензии.
Это же явление лежит в основе рассмотренного выше
технологического процесса осветлителей со взвешенным
осадком.
230
На рис. 7-9 дано графическое изображение характера
протекания процесса осветления воды по высоте фильтру­
ющего слоя в зависимости от времени после начала
фильтрования. К ривая 1 характерна для начала процесса
1и когда осветление воды происходит на участке тол­
щиной х0. На остальной части фильтрующего слоя тол­
щиной {1— х 0) концентрация взвеси изменяется незначи­
тельно, так как после извлечения из воды всех способ­
ных к прилипанию частиц в ней остаются устойчивые
частицы, которые плохо з а д е р ­
живаются фильтрами. С течени­
ем времени по мере накопления
осадка в фильтрующем слое роль
его верхних слоев, как п оказы ва­
ют кривые 2, 3 и 4, уменьшается,
и после предельного насыщения
их осадком они перестают освет­
лять воду.
С уменьшением роли верхних
слоев возрастает роль слоев з а ­
грузки,
расположенных ниже,
Рис. 7-9. Ход процесса
а толщина загрузки, участвую­ осветления воды при
фильтровании.
щая в осветлении воды, увеличи­
вается. Когда вся толщина з а ­
грузки окажется недостаточной
для обеспечения требуемой полноты осветления воды, кон­
центрация взвеси в фильтрате будет быстро возрастать.
Толщина слоя загрузки, которая к моменту времени и
находится в состоянии предельного насыщения, обозна­
чена через х\,ас- Интенсивность задерж ания взвеси к а ж ­
дым элементарным слоем загрузки с течением времени
уменьшается; это влияние объясняется тем, что отлож е­
ния на поверхности зерен загрузки образуют х ара ктер­
ную для геля рыхлую сетчатую структуру, которая яв ­
ляется весьма непрочной. В результате действия гидро­
динамических сил, возникающих при движении воды,
структура отложений разруш ается, и некоторая часть р а­
нее прилипших частиц отрывается от зерен в виде мел­
ких хлопьев и проносится в следующие слои загрузки,
где вновь задерж ивается. Таким образом, эффект освет­
ления воды каждым элементарным слоем фильтрующего
материала является суммарным результатом двух про­
тивоположных процессов: прилипания извлеченных из
воды частиц к поверхности зерен загрузки и отрыва под
231
действием гидродинамических сил потока прилипших
ранее частиц, обратно поступающих в воду. Эти два
процесса обусловливают кинетику фильтрования воды,
загрязненной взвешенными частицами: изменение концен­
трации взвеси в воде и количества отложений в толще
фильтрующего слоя с течением времени. Осветление и
накопление осадка в каждом элементарном слое фильтра
происходит до тех пор, пока прилипание частиц идет бы­
стрее, чем их отрыв. С накоплением осадка отрыв частиц
увеличивается, и, когда насыщение элементарного слоя
приблизится к предельному, слой перестанет осветлять
воду.
В верхних слоях загрузки фильтра задерж ивается
наибольшее количество взвеси, и эти слои раньше других
могут оказаться в состоянии предельного насыщения.
Постепенно область предельного насыщения распростра­
няется в глубь загрузки. Одновременно в глубь загрузки
перемещается и область интенсивного изменения кон­
центрации взвеси в воде.
Интенсивность работы осветлительных фильтров х а­
рактеризуется скоростью ' фильтрования, выраженной
в м/ч и численно равной часовой производительности
1 м2 сечения фильтра [м3/ ( м 2 • ч)]. Скорость ф ильтрова­
ния можно вычислить по формуле
УУ= С}/Р, м/ч,
где С} — часовое количество фильтруемой воды, м3/ч\
Р — площадь фильтрования, м 2.
Фильтрование воды происходит за счет разности д а в ­
ления над к' и под к" фильтрующим слоем: ДН= Н’— к".
Величина Дк называется перепадом давлений или п о ­
т е р е й н а п о р а в фильтре Потеря напора в фильтрую­
щем слое или сопротивление этого слоя тем больше, чем
б ольш е скорость фильтрования, высота фильтрующего
слоя и степень засорен ия по след него загрязн ен иям и, у д а ­
ляемыми из воды, и чем меньше р а зм ер ы зерен ф и л ь­
трующего материала и температура фильтруемой воды.
Процесс осветления воды фильтрованием сопровождает­
ся увеличением гидравлического сопротивления фильтра
вследствие накопления в нем задерж анной взвеси и
уменьшения свободного объема пор между зернами
фильтрующего материала. Потеря напора при этом по­
вышается от некоторой наименьшей величины, соответ232
Ствующей чистому слою и равной 0,4 м вод. ст., до м а ­
ксимально допустимой, составляющей 3 м вод. ст. для
безнапорных и 10 ж вод. ст. для напорных осветлитель­
ных фильтров.
По мере увеличения*.' сопротивления фильтра умень­
шаются скорость фильтрования и производительность
фильтра. Поэтому для обеспечения необходимой произ­
водительности фильтра приходится периодически увели­
чивать перепад давлений в нем путем увеличения степени
открытия задвиж ки на трубопроводе подвода воды
к фильтру. При достижении максимально допусти­
мого загрязнения, характеризуемого предельно допу­
стимой потерей напора, фильтр выключается из р аб о ­
ты на в з р ы х л я ю щ у ю п р о м ы в к у , которая со­
стоит в пропуске через него осветленной воды снизу
вверх. Период работы фильтра от начала одной п ромы в’
ки до начала следующей называется ф и л ь т р о ц и к л о м . Продолжительность фильтроцикла Т + 1 ск л а д ы в а­
ется из полезной работы фильтра между промывками Т
и продолжительности выключения фильтра на промыв­
ку I. Величина Т + 1 зависит от у д е л ь н о й г р я з е е м к о с т и ф и л ь т р а (т. е. от количества килограммов з а ­
грязнений, задерж анны х фильтром за цикл, отнесенного
к 1 м 3 фильтрующей загрузки), основных размеров ф и л ь­
тра (площади фильтрования и высоты фильтрующей з а ­
грузки), концентрации взвешенных вещестЕ в фильтруе­
мой воде и часовой производительности фильтра.
б ) Осветлительные фильтры
Осветлительные фильтры, применяемые на водопод­
готовительных установках тепловых электростанций, схе­
мы которых приведены на рис. 7-10, классифицируются
по следующим признакам: 1) по типу — на вертикаль­
ные (а — к) и горизонтальные (л, м ) ; 2) по давлению
воды над фильтрующим слоем — на самотечные или от­
крытые (а ), работаю щ ие под напором, создаваемым р а з ­
ностью уровней воды в фильтре и сборном баке освет­
ленной воды, и напорные или закрыты е (б— м ), р аб о­
тающ ие под напором, создаваемым насосом или высоко
расположенным баком; 3) по количеству последователь­
но работающих фильтрующих слоев — на однослойные
(а, б, в, е, к, л, м) и двухслойные (г, 5 ); 4) по числу
параллельно работаю щ их камер — на однокамерные (а,
233
б, в, д, л, и ) , двухэтаж ны е
( е ), двухкамерные (г, ж),
трехкамерные (з) и батарейные (и, к); 5) по способ/
фильтрования — на однопоточные (а, б, г, д, л) и двух­
поточные (в, м ).
Наиболее широкое применение на тепловых электро­
станциях получили вертикальные напорные однопоточ­
ные фильтры диаметром до 3 400 мм, определяемым га­
баритами транспортабельности, с предельной производи-
г)
д)
е)
мс)
з)
Рис. 7-10. П ринципиальны е схемы осветлительных фильтров.
тельностью до 90 м31ч. На рис. 7-11 показана конструк­
ция однопоточного вертикального осветлительного ф иль­
тра. Корпус такого фильтра представляет собой стальной
цилиндр со штампованными сферическими днищами,
рассчитанный на давлению 6 кгс/см 2. В верхнюю часть
фильтра введены труба 1 с воронкой 8 для подвода и
234
распределения по площади фильтра фильтруемой воды и
труба 9 для отвода воздуха. В цилиндрической части
корпуса имеются люки 10 я 11 для осмотра и ремонта
фильтра и для выгрузки фильтрующего материала. Н и ж ­
нее днище заполнено бетоном 4 для создания горизон­
тальной плоскости, на кЬторой располагается дренажное
устройство 5, предназначенное для равномерного распре­
деления воды по площади фильтра, отвода 2 осветленной
воды из-под фильтрующего слоя и предотвращения вы ­
носа из фильтра вместе с осветленной водой зерен ф иль­
трующего материала 7. Н а д дренажны м устройством
Рис. 7-11. Н апорны й осветлительный фильтр.
установлено аналогичное распределительное устройство
6 для сжатого воздуха. Через задвиж ку 3 подается вода
для взрыхляющей промывки фильтрующего слоя.
Д рен аж н ое устройство является весьм а важным э л е ­
ментом осветлительного фильтра. Наиболее широкое рас­
пространение получили колпачковые дренажны е устрой­
ства, в которых на ниппели стальных распределительных
труб навинчиваются щелевые дренажны е колпачки, име­
ющие различные конструкции. Н а рис. 7-12 показан
фарфоровый дренажный колпачок, который достаточно
стоек против истирания крупным песком при промывке
фильтра. В последнее время все более широкое распро­
странение приобретает бесколпачковое трубчато-щелевое
дренаж ное устройство, которое является наиболее про­
235
стым и прочным и представля­
ет собой коллектор с боковыми
распределительными трубками
из винипласта,
полиэтилена
или нержавеющей стали с про­
резанными в них вертикально
или наклонно щелями шириной
0,5 мм. Во избежание н еж ела­
тельного уноса в д р ен аж ф и л ь­
трующего
м атериала
при
взрыхляю щей промывке ф иль­
тра на сливной линии устанав­
ливаются специальные огр а­
ничители взрыхления (регуля­
торы скорости промывки), ко­
торые выполняются или в виде
вращ аю щ ейся в трубе заслон ­
ки, степень открытия которой
регулируется поплавком, или
в виде дроссельной шайбы.
Р азраб отан н ы е в послед­
ние
годы д в у х - и т р е х к а ­
Рис. 7-12. Д р е н а ж н ы й щ е л е ­
м
е
р
н
ые
фильтры
(рис.
вой ф а рф оро в ы й колпачок.
7-13) разделены на две или
1 — р е зьб а ; 2 — щ ель.
три камеры плоскими про­
межуточными днищами, рассчитанными из условия возможного перепада давлений
в соседних камерах, равного 1 к гс /см 2. Плоские днища
имеют анкерные трубы для обеспечения необходимой ж е ­
сткости. В этих трубах в верхних зонах камер имеются
щели для выравнивания давления в камерах фильтров.
Н а верхнем сферическом днище установлен вантуз для
автоматического удаления воздуха из фильтра.
Преимуществом двух- и трехкамерных фильтров по
сравнению с однокамерными является то, что они при
одном и том ж е диаметре имеют вдвое и втрое большую
производительность, что создает возможность лучшего
использования площади пола и кубатуры помещения во­
доподготовительной установки. Кроме того, благодаря
меньшему количеству сферических днищ камерные ф иль­
тры получаются легче, чем два-три однопоточных филь­
тра той же суммарной производительности: дву хк ам ер­
ный фильтр типа ж (рис. 7-11) легче, чем двухэтажный
фильтр типа е той же производительности.
2^6
Еще более компактными осветлительными фильтрами
являются четырехкамерный (рис. 7-10,и) и ш естикамер­
ный (рис. 7-10, к) батарейные фильтры большой произ­
водительности (364 и 546 м3/ч ), созданные путем объеди­
нения двух и трех двухкамерных фильтров диаметром
3 400 мм, установленных
впритык и имеющих общий
Рис. 7-13. Д в у х к а м ер н ы й осветлительный фильтр.
237
фронт трубопроводов и арматуры. При этом все камеры
работают параллельно, но предусмотрена возможность
раздельного отключения каждого из фильтров для про­
мывки фильтрующей загрузки. При такой конструкции
уменьшаются количество установленных фильтров, удель­
ная кубатура здания водоподготовительной установки,
количество потребной арматуры и средств дистанцион­
ного управления фильтрами.
Н а водоподготовительных установках в последние
годы начали широко применяться двухслойные осветлительные фильтры большой грязеемкости (рис. 7-10,5).
После загрузки этих фильтров кварцевым песком и
взрыхляющей промывки последнего из них удаляется
верхний слой высотой 200— 300 мм наиболее мелкого пе­
ска, оставляя нижний слой загрузки с размером зерен
0,65—0,75 мм, на который загр уж ается слой дробленого
антрацита высотой 500 мм с размером зерен 1,0— 1,25 мм.
В результате такой замены фильтрую щ ая пленка на по­
верхности антрацита образовываться не будет, а содер­
жащ иеся в воде взвешенные вещества будут проникать
в поры слоя дробленого антрацита и задерж иваться на
поверхности его частиц и л еж ащ ем ниже слое кварцевого
песка. Так как плотность антрацита почти в 1,5 раза
меньше плотности кварцевого песка, слой дробленого
антрацита может состоять из более крупных зерен, чем
зерна леж ащ его ниже кварцевого песка, без опасности
перемешивания их во время взрыхляющей промывки.
Такие фильтры могут применяться только в тех случаях,
когда допустимо использование кварцевого песка в каче­
стве фильтрующего материала.
в) Фильтрующие материалы
М атериал, загруж аем ы й в осветлительные фильтры,
должен хорошо зад ер ж и в ать содерж ащиеся в осветляе­
мой воде грубодисперсные вещества, легко отмываться
от задерж анной взвеси, не измельчаться и не истираться
при промывке, быть стойким против химического воздей­
ствия на него фильтруемой воды и не загрязнять ф иль­
труемую воду какими-либо веществами, входящими в со­
став самого материала. В качестве материалов, отвечаю­
щих этим требованиям, н аи б о лее широкое применение
получили к в ар ц евы й песок и д р об лен ы й антрацит. К в а р ­
цевый песок обычно применяется
233
на
коагуляционных
установках, предназначенных для подготовки добавочной
питательной воды парогенераторов низкого и среднего
давлений при температуре не выше 6 0 °С и значении рН
не выше 9. Применять кварцевый песок в осветлительных фильтрах для подготовки добавочной питательной
воды парогенераторов «высокого давления нецелесооб­
разно ввиду опасности загрязнения фильтрата крем­
ниевой кислотой. Поэтому на водоподготовительных уста­
новках тепловых электростанций с давлением 100 к гс /см 1
и выше в качестве фильтрующего м атериала применяет­
ся малозольный термостойкий дробленый антрацит при
температуре до 100 °С и значении рН в пределах от 4
до 10.
Крупность и степень неоднородности фильтрующ его м атериала,
высушенного при 105 °С, определяю тся ситовым а нализом на р яде
кал и бр ован ны х сит. Д л я загрузки фильтров реком ендуется средне­
зернистый песок с разм ер ам и зерен 0,35— 1,5 мм и крупнозернистый
песок с ра зм ера м и зерен 0,4— 2,0 мм. В частности, в фильтрах, п р е д ­
назначенных д л я осветления некоагулированной воды или ж е воды,
обработанной коагу л янтом в осветлителе, принимается слой ф ил ьт­
рующей загрузки высотой 0,9— 1,2 м с зе рнам и д и ам етр ом 0,5—
1,0 мм. При подаче на фильтры к о агулированной воды без ее пр е д ­
варительного о т стаи вания высота слоя фильтрую щ ей загрузки при­
нимается в предел ах 1,2— 2,0 м с ра зм ера м и зерен 1,0— 1,5 мм.
Важным показателем качества фильтрующего мате­
риала является его механическая прочность. При недо­
статочной механической прочности при взрыхляющей
промывке происходит истирание и измельчение зерен,
в результате чего повышается гидравлическое сопротив­
ление фильтрующей загрузки, происходят вынос измель­
ченных зерен при промывке и безвозвратная потеря ф иль­
трующего материала.
г) Эксплуатация осветлительных фильтров
Работа осветлительных фильтров состоит из трех пе­
риодов: полезной работы фильтра по осветлению воды,
взры хл я ю щ е й промы вки фильтра и спуска пер во го ф иль­
трата в дренаж. Эксплуатация фильтра в межпромывоч-
ный период состоит в наблюдении за прозрачностью во­
ды после пропуска ее через фильтр, производительностью
фильтра и изменением его гидравлического сопротивле­
ния (величиной потери напора). Д л я этого на линиях
осветляемой и осветленной воды установлены пробоот­
борные краны и манометры, а на линиях промывочной и
осветленной воды — расходомеры.
239
При снижении прозрачности осветленной воды, а так­
же при достижении максимально допустимой потери на­
пора фильтр выводится из работы на промывку. Промыв­
ка фильтра заключается в пропуске через него осветлен­
ной воды снизу вверх. Для этого сначала фильтр выклю­
чается из работы, а затем подается вода из промывоч­
ного бака. Интенсивный поток промывочной воды, под­
нимаясь, разрыхляет и взвешивает весь фильтрующий
слой, расширяющийся при этом на 40—50%, что дает
возможность зернам загруженного фильтрующего мате­
риала свободно двигаться в потоке воды и при столкно­
вениях счищать прилипшие к ним частицы шлама и
слизи.
Скорость воды при взрыхляющей промывке характе­
ризуется и н т е н с и в н о с т ь ю п р о м ы в к и , под которой
подразумевается секундный расход воды в литрах через
1 м2 сечения фильтра [л/(м 2 • сек)]. Промывка фильтра
должна проводиться с такой интенсивностью, которая,
обеспечивая вымывание осадков, не приводит к выносу
зерен фильтрующего материала. Величина интенсивности
промывки зависит от рода материала, размера его зерен,
температуры промывочной воды и обычно составляет
15— 18 л /(м 2-сек) для кварцевого песка и 10—
12 л /(м 2-сек) для дробленого антрацита. Контроль за
интенсивностью промывки осуществляется по расходу
промывочной воды, измеряемому расходомером. Продол­
жительность промывки составляет 6 мин. По окончании
взрыхляющей промывки первый, мутный фильтрат спу­
скается в канализацию со скоростью 5 м/ч в течение 5—
10 мин, после чего фильтр включается в нормальную ра­
боту. Во время работы фильтра постепенно заполняется
осветленной водой промывочный бак. Продолжительность
остановки фильтра на промывку и спуск первого филь­
трата со всеми переключениями задвижек составляет
около 20 мин.
Скорость фильтрования воды в напорных осветлительных фильтрах, загруженных кварцевым песком или дроб­
леным антрацитом, при предварительной обработке во­
ды в осветлителях составляет 5—6,5 м/ч, а без предва­
рительной обработки ее 4—5 м/ч.
Удельная грязеемкость фильтрующих материалов
в однопоточных фильтрах без предварительной обработ­
ки воды перед фильтрами составляет для кварцевого пе­
ска 0,75 кг/м3, для дробленого антрацита 1,0 кг/ж3; при
240
предварительной обработке воды в осветлителе удельная
грязеемкость соответственно 1,25 и 1,5 кг/м3. С точки
зрения экономичности работы установки и удобства об­
служивания фильтров продолжительность фильтроцикла
должна быть не менее 8, ч, а количество установленных
фильтров не меньше трех.
Для уменьшения расхода воды на собственные нужды
и повышения эффективности промывки иногда применя­
ются устройства для верхней промывки фильтров, кото­
рые представляют собой систему дырчатых труб, уло­
женных на 50—75 мм выше поверхности фильтрующего
слоя. Подводимая в устройство промывочная вода, про­
ходя через отверстия, размывает пленку задержанной
взвеси.
Эксплуатация осветлительных фильтров значительно
облегчается применением автоматической системы управ­
ления их работой.
7-5. О Б Е З М А С Л И В А Н И Е ОТРАБОТАВШЕГО ПАРА
И П Р О И З В О Д С Т В Е Н Н Ы Х КОНДЕНСАТОВ
НА П Р О М Ы Ш Л Е Н Н Ы Х ТЭЦ
Очистка загрязненного маслом отработавшего пара
производится путем пропуска его через маслоотделитель­
ные аппараты различных конструкций. Общим для всех
конструкций механических маслоотделителей является
использование их развитой поверхности для осаждения
капелек масла, поступающих вместе с паром. Для повы­
шения эффекта обезмасливания пара механические ма­
слоотделители дополняются паропромывочными устрой­
ствами.
На рис. 7-14 изображена принципиальная схема ком­
бинированной установки для обезмасливания пара. З а ­
грязненный пар 1 подается со скоростью 5 м/сек в набивкоуловитель 2, где происходит удаление из пара во­
локон сальниковой набивки, а также крупных капель
масла и влаги. Очистка пара от волокон набивки не­
обходима во избежание попадания их в механические
маслоотделители, откуда их трудно извлечь. После набивкоуловителя пар проходит через механический масло­
отделитель 3, в котором маслосодержание пара снижа­
ется до 5— 10 мг/кг. Для достижения более высокого
эффекта обезмасливания пар в специальном паропромывателе 4 пропускается через слой конденсата с хлопьями
241
гидрата окиси алюминия, обладающими способностью
адсорбировать вносимое с паром масло, в результате
чего содержание его в паре снижается до 2—3 мг/кг.
Для удаления из паропромывателя хлопьев гидрата оки­
си алюминия, насыщенных маслом и потерявших свою
активность, часть конденсата откачивается насосом 5 из
паропромывателя, фильтруется через осветлительный
фильтр 6 и после осветления возвращается в паропромыватель. Гидрат окиси алюминия готовится в смесителе,
куда одновременно вводятся растворы сернокислого алю­
миния и едкого натра. Расход сернокислого алюминия
составляет 300 г/т пара.
Сбор конденсата и предварительная очистка его о г
масла осуществляются потребителями пара в сборном
баке-отстойнике и осветлительных фильтрах. Окончатель­
ное обезмасливание завершается на ТЭЦ в сорбционных
фильтрах первой и второй ступеней (рис. 7-15). В бакиотстойники 4 конденсат подводится по трубе 1 через ре­
гулирующие задвижки 2, 3 снизу во избежание сопри­
косновения его с воздухом. Для защиты конденсата от
воздуха бак снабжен поплавком 5, свободно плавающим
на поверхности конденсата и отстоящим от стенок не
более чем на 10— 15 мм. В баке-отстойнике крупные
капли масла всплывают на поверхность, что позволяет
производить последующее глубокое обезмасливание кон­
денсата.
242
Отсепарированное масло периодически отводится
с поверхности конденсата с помощью переливных лотков
и воронок, помещенных в верхней части отстойника, а за­
тем после обезвоживания центрифугированием оно можег
быть вновь использовано по своему назначению. Осевшие
хлопья сальниковой набивки с адсорбированным маслом
и шлам отводятся из нижней конической части отстой­
ника. Частично обезмасленный в отстойнике конденсат
пропускается насосом 6 через осветлительные фильтры 7
Р и с. 7-15. П ринципиальная схем а установки для глу­
б ок ого обезм а сл и в ан и я п р ои зв од ст в ен н ого к он ден сата.
для удаления взвешенных в нем капелек масла. В каче­
стве фильтрующего материала применяются дробленый
кокс (нефтяной или каменноугольный), антрацит или
термоантрацит с диаметром зерен 1—2 мм при высоте
фильтрующего слоя 1,2— 1,5 м.
Д л я повышения эф ф ек та обезм асл и в ан и я в ф ильтрую щ ий слой
вносится гидроокись алю миния, приготовленн ая в отдельн ом баке
путем см еш ивания р аствор ов А 1 2 ( 5 0 4) 3 и Ш О Н с п оследую щ ей
отмы вкой гидроокиси обезм аслен н ы м к он ден сатом от Ы а г 5 0 4. Такой
сп о со б прим енения коагулянта не приводит к повы ш ению сол есод ер ж а н и я о б езм а сл и в а ем о г о к о н д ен сат а. Как и при обезм асли в ан н и
пара в п ар опр ом ы вател е, роль гидроокиси алю м иния, внесенной
в ф ильтрую щ ий сл ой, состои т в адсор бц и и капелек м асла из к он ­
д ен са т а . З а р я д к а фильтра св еж ей гидроок исью алю миния п р о и зв о ­
д ится не чащ е 1 р а за в сутки.
При фильтровании через осветлительные фильтры
содержание масла в конденсате снижается до 2—3 мг/кг.
Остальное количество масла в конденсате
находится
в форме тонкодисперсной эмульсии, способной проходить
через осветлительный фильтр.
От потребителей пара конденсат поступает на ТЭЦ
в сборные баки 8, из которых он забирается насосом 6
и подается на сорбционные фильтры 9 и 10 для оконча­
тельного более глубокого обезмасливания. Сорбционные
243
обезмасливающие фильтры загружаются активирован­
ным углем. Диаметр зерен его составляет 1,0—3,5 мм,
влажность — не более 10%, высота слоя угля 2 000 мм.
Конструкция сорбционных угольных фильтров отличается
от конструкции осветлительных фильтров отсутствием
распределительного устройства для подачи сжатого воз­
духа. Кроме того, в отличие от осветлительных фильтров
конструкция верхнего распределительного
устройства
угольных фильтров выполнена в виде звезды из труб со
щелевыми фарфоровыми колпачками, предотвращающи­
ми потерю рабочих фракций активированного угля, лег­
ко всплывающих при взрыхляющей промывке фильтра
вследствие малой плотности зерен угля.
В целях обеспечения более глубокого обезмасливания конденсата и лучшего использования активированно­
го угля целесообразно устанавливать последовательно
два сорбционных фильтра, осуществляя двухступенчатую
схему сорбционного обезмасливания конденсата. При со­
держании масла перед сорбционными фильтрами не вы­
ше 5 мг/кг и скорости фильтрования в пределах 3— 5 м/ч
содержание масла в фильтрате после первой ступени сни­
жается до 1—2 мг/кг, а после второй ступени до 0,5—
1,0 мг/кг. Маслоемкость активированного угля при тем­
пературе фильтруемого конденсата 90— 100°С равна 25—
35%, а при 50—6 0 °С 15—2 5% веса сухой загрузки
При фильтровании через активированный уголь обезмасливаемого конденсата жесткость последнего возраста­
ет до 0,05—0,2 мг-экв/кг в зависимости от зольности ак­
тивированного угля и температуры конденсата. В связи
с этим на электростанциях высокого давления возникает
необходимость подвергать умягчению конденсат, обезмасленный активированным углем.
Для обезмасливания и осветления конденсата иногда
применяются аппараты с фильтрующими намывными эле­
ментами, представляющие собой специальные каркасы,
на поверхности которых перед началом фильтроцикла
наносится слой фильтрующего порошка путем пропуска
через фильтр его суспензии в обрабатываемом конденса­
те. В качестве фильтрующих элементов применяются ци­
линдры из пористой керамики (рис. 7-16) или металли­
ческие каркасы, обтянутые стальной сеткой, на которой
крепится фильтрующая ткань. Для намыва применяются
порошкообразный диатомит и активированный уголь. По­
рошок, образующий фильтрующую пленку, вводится в об­
244
рабатываемый конденсат в течение всего фильтроцикла.
В начальный период доза порошка бывает большей, чем
в течение всего остального времени работы фильтра. По
мере увеличения толщины фильтрующей пленки растет
сопротивление фильтра. По достижении предельной по­
тери напора, равной 2—3 кгс/см2, фильтр промывается
конденсатом в направлении, обратном движению его при
осветлении, а затем в фильтр вводится суспензия для
образования на фильтрующей поверхности свежего слоя
сорбента. Скорость фильтрования в диатомитовых филь­
трах находится в пределах 2—5 м/ч.
Р и с. 7-16. С хем а ди ат ом и т ов ого ф ильтра с трубчаты м и
фильтрую щ им и эл ем ентам и .
1 — подвод
зам асл ен но го ко н ден сата; 2
кам ера осветляем ого
ко н ден сата. 3 — ф ильтрую щ ие нам ы вны е элем енты ; -( — р а з д е ­
л и те л ьн ая н ли тз; 5 — ф и л ьтр ат; в - кам ер а осветленного кон­
д е н с а т а.
При содержании масла в поступающем на фильтр
конденсате, не превышающем 10— 15 мг/кг, содержание
масла в конденсате на выходе из диатомитового филь­
тра составляет 0,05—0,1 мг/кг.
Продолжительность фильтроцикла в среднем состав­
ляет 2 недели. Недостатком диатомитовых фильтров
является обогащение фильтрата кремниевой кислотой (до
0,2 мг/кг ЗЮз2-). Это приводит к необходимости подвер­
гать обезмасленный конденсат обескремниванию.
7-6. ГЛУБОКАЯ ОЧИСТКА КОНДЕНСАТОВ
ОТ М Е Л К О Д И С П Е Р С Н Ы Х П РОДУКТОВ К О Р Р О З И И
КОНСТР УКЦИОННЫХ МАТ ЕР ИАЛОВ НА ТЭС
СВ ЕР ХКР ИТИЧЕСКОГО Д А В Л Е Н И Я
Как турбинный, так и производственный конденсаты
обычно бывают загрязнены окислами железа и меди, ко­
торые попадают в них в результате коррозии трубопро­
водов, баков и конденсаторов. Окислы железа Ре30 ^
Ре20 3 и гидроокиси Ре ( О Н ) 2 и Р е ( О Н ) 3 находятся в кон­
денсате в грубодисперсном и коллоиднодисперсном со­
стоянии. Наряду с ними в конденсате содержатся также
соединения железа, находящиеся в растворенном
со­
стоянии.
Образовавшиеся при монтаже и предпусковой стоянке
парогенератора окислы железа переходят при эксплуата­
ции в мелкокристаллический магнитный шлам РеО • Ре20з,
который преобладает в продуктах коррозии. В его кри­
сталлическую решетку внедряются или адсорбируются
окислы немагнитных металлов: меди, никеля, хрома, цин­
ка, марганца и др. Концентрация продуктов коррозии
в турбинном конденсате при первоначальных пусках но­
вых блоков даже после предпусковых промывок состав­
ляет 1,5—3,0 мг/кг Ре и 0,02—0,1 мг/кг Си, в конденсатах
внешних потребителей пара 0,1— 0,5 мг/кг Ре, в конден­
сатах регенеративных подогревателей низкого давления
0,05—5,0 мг/кг Ре и 0,05— 1,5 мг/кг Си.
В целях предотвращения образования отложений
окислов железа и меди в парогенераторах и в проточной
части турбин на ТЭС с. к. д. применяются обезжелезивание конденсатов и очистка их от окислов меди.
Фильтрование конденсата через дробленый антрацит
и другие зернистые материалы позволяет удалить из не246
го лишь грубодисперсные частицы окислов железа и
может применяться только как первая ступень обезжелезивания конденсата.
Более глубокое обезжелезивание конденсатов произ­
водится путем фильтрования их через слой целлюлозы,
обработанной разбавленной соляной кислотой. Для этой
намывные
целлюлозные
цели применяются
фильтры.
На рис. 7-17 показан намывной целлюлозный фильтр
производительностью 300 м 3/н на рабочее давление
А-А
5 -Б
Р и с. 7-17. Н ам ы вной целлю лозны й ф ильтр.
1 — н иж н яя ч асть ф и л ьтр а; 2 — вер х н яя часть ф и льтра;
3 _ т р у б н ая д о с к а ; 4 — ф и льтрую щ и е нам ы вны е эл ем ен ­
ты; 5 — р асп р ед ел и тел ь н ая систем а д л я н ам ы ва ц еллю ­
л о зы
и
подачи
ко н д ен сата;
6 — расп р едели тел ьное
устройство д л я сбора ко н ден сата; 7 — подвод кон денсата
и целлю лозной пульпы ; 8 — вы ход ко н д ен сата и ф и л ьт р а ­
т а при нам ы ве целлю лозы .
6 кгс/см2 для очистки турбинного конденсата от продук­
тов коррозии. Фильтр состоит из цилиндрического кор­
пуса с эллиптическими днищами и трубной доски, з а ж а ­
той между фланцами, в которую вставлены фильтрую­
щие элементы, каждый из которых состоит из четырех
патронов и стакана, скрепленных стяжным болтом. П а ­
трон представляет собой каркас, на который навита спи247
раль из проволоки диаметром 0,8 мм с зазором между
витками 0,2 мм. Эта спираль образует фильтрующую
поверхность патрона. Весь элемент изготовляется из не­
ржавеющей стали.
Цикл работы намывного целлюлозного фильтра вклю­
чает следующие операции: 1) приготовление целлюлоз­
ной пульпы и ее намыв на проволочные элементы;
2) фильтрация исходного конденсата; 3) удаление отра­
ботанной целлюлозы с помощью промывочной воды и
сжатого воздуха. Намыв целлюлозы производится по
замкнутому контуру: гидромешалка— насос — фильтр—
гидромешалка. При намыве целлюлозная пульпа посту­
пает в специальную распределительную систему, распо­
ложенную в нижней камере фильтра. Эта система состоит
из четырех горизонтальных труб диаметром 159 мм и
пяти вертикальных труб диаметром 133 мм с отверстия­
ми диаметром 15 мм. Высокие скорости выхода пульпы
из отверстий горизонтальных труб гасятся нижним дни­
щем, а из отверстий вертикальных труб — специальными
дырчатыми кожухами. Через эту же распределительную
систему осуществляется подвод обрабатываемого конден­
сата. В верхней камере фильтра имеется распределитель­
ное устройство типа «звезда» из шести труб диаметром
133 мм с отверстиями диаметром 15 мм для отвода об­
работанного конденсата из фильтра. Это распределитель­
ное устройство служит также для подачи промывочной
воды и сжатого воздуха при удалении отработавшей цел­
люлозы из фильтра.
Правильно и равномерно намытый целлюлозный
фильтр обеспечивает практически полное удаление
окислов железа и меди, находящихся во взвешенной
форме.
Для удаления из конденсата продуктов коррозии мо­
гут также быть использованы м а г н и т н ы е ф и л ь т р ы ,
установленные перед катионитными фильтрами. Магнит­
ные фильтры улавливают грубодисперсные магнитные
частицы. Частицы же окислов железа в коллоиднодисперной форме, прошедшие магнитное поле, намагничива­
ются и слипаются в процессе магнитной коагуляции, где
движущими силами в отличие от процесса химической
коагуляции являются не электростатические силы, а маг­
нитные. Намагниченные коагулированные частицы, про­
шедшие магнитный фильтр, задерживаются в фильтрую­
щем слое катионитного фильтра и притягивают другие
248
вновь поступающие магнитные частицы. Важно отметить,
что магнитный шлам наряду с включенными в него окис­
лами немагнитных металлов содержит масло, лопавшее
в цикл при монтаже, эксплуа­
тации и ремонте оборудова­
ния.
На рис. 7-18 показан элек­
тромагнитный фильтр произво­
дительностью 1 ООО т/ч, запол­
ненный шариками диаметром
6 мм, изготовленными из мяг­
кой стали типа армко или из
специальной магнитной стали,
содержащей никель и алюми­
ний. Высота слоя 1 ООО мм.
Цилиндрический корпус с эл­
липтическими днищами изго­
товлен из аустенитной (немаг­
нитной) стали. Корпус филь­
тра заключен в электромагнит­
ную катушку, за счет которой
в шариках создается магнит­
ное поле. Фильтрование кон­
денсата производится снизу
вверх со скоростью 1 ООО м/ч. Р и с. 7-18. С хем а эл ек т р о­
При начальном содержании
м агнитного ф ильтра, за п о л ­
окислов железа в конденсате
ненного стальны ми
ш ар и ­
ками.
порядка 15—20 м кг/кг эффект
ко н д ен сата; 2 — вы ход
обезжелезивания
достигает /к о—н двход
ен сата; 3 — сл ив кон ден са­
в дренаж
при
отм ы вке
90°/о- Вместе с ферромагнит­ та
ф и льтра от за д е р ж ан н ы х про­
ными грубодисперсными за­ ду кто в коррозии; 4 — стал ьн ы е
ам агн и чи ваю щ и еся
ш арики;
грязнениями частично осажда­ 5н—
эл ек тр и ческая катуш ка д л я
ются и немагнитные соедине­ с о зд а н и я магнитного п оля; 5 —
корпус ф и л ьтр а, и зготовленного
ния.
из нем агнитной стали .
Железоемкость фильтра со­
ставляет 2 г/кг шариковой за ­
грузки, что позволяет производить удаление задержан­
ных фильтром продуктов коррозии не чаще 1 раза в не­
делю. Этот процесс осуществляется путем снятия с филь­
тра магнитного поля выключением электрического тока
в обмотке и проведения
кратковременной промывки
фильтра, общая продолжительность которой не превыша­
ет 20 сек, что дает возможность обходиться без резерв­
ных фильтров.
249
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
С Н И Ж Е Н И Е Щ Е Л О ЧН О СТ И, УМЯГ ЧЕНИЕ
И ОБЕСКРЕМНИВАНИЕ ПРИРОДНЫ Х ВОД
М Е ТО Д ОМ О С А Ж Д Е Н И Я
8-1. ОСНОВНЫЕ П ОЛ О ЖЕ Н И Я
Умягчение воды методом осаждения накипеобразователей заключается в обработке исходной воды такими
реагентами, как С а ( О Н ) 2, Ыа2С 0 3, ЫаОН, Ыа3Р 0 4, анио­
ны которых образуют с катионами С а ^ и М§2+ трудно
растворимые соединения: карбонат кальция С а С 0 3, гид­
рат окиси магния М д (О Н ) 2, фосфат кальция и магния
Са3( Р 0 4)2 и М§3( Р 0 4) 2, которые отделяются от умягчен­
ной воды сначала в виде осадка в осветлителях, а затем
в осветлительных фильтрах.
При обработке воды содой, известью, гидроокисью на­
трия и тринатрийфосфатом протекают следующие про­
цессы:
Са2+ + СО*- — СаС03;
М ^ + + 2 0 Н- — >-М§ (ОН) 2;
(8- 1)
( 8 -2 )
ЗСа2+ + 2Р043- - * С а 3(Р04)2;
(8-3)
ЗМ^2+
(8-4)
2Р04~ — М&з (Р04)2.
Методом осаждения не удается получить достаточно
полного умягчения природной воды. Поэтому на ТЭС
обычно применяются комбинированные схемы, в которых
предварительная обработка воды (предочистка) осущест­
вляется методом осаждения, а окончательная — методом
ионного обмена. В этих схемах предочистка использует­
ся главным образом для снижения щелочности воды
в целях уменьшения непрерывной продувки парогенера­
торов, для чего применяется обработка воды известью,
сочетаемая в необходимых случаях с коагуляцией.
Эффективность обработки воды методами осаждения
определяется скоростью процесса выделения растворен­
ных в воде веществ в твердую фазу, что связано с про­
цессами кристаллизации. В зависимости от ряда условий
процессы кристаллизации могут протекать с различной
скоростью. Основным приемом интенсификации процесса
кристаллизации является использование выпавших ра­
нее твердых частиц в качестве центров кристаллизации,
250
Благодаря своей большой поверхности эти частиЦы спо­
собствуют более быстрому росту кристаллов и их даль­
нейшему укрупнению, что облегчает процесс отстаивания.
Процесс кристаллизации еще более интенсифицируется
с повышением температуры и при перемешивании вводи­
мых раздельно воды и реагентов в присутствии ранее
выпавшего осадка. Эти особенности процесса
учтены
в конструкциях осветлителей.
Использование осадка в качестве контактной среды
при обработке методами осаждения позволяет сократить
продолжительность обработки воды, повысить скорости
движения ее в аппаратах, уменьшить расход реагентов
и улучшить качество обработанной воды.
8-2. ФИЗ ИК О - ХИ МИ ЧЕСК И Е ОСНОВЫ
ОБРАБОТКИ ВОДЫ МЕТОДОМ О С А Ж Д Е Н И Я
а) Снижение щелочности и умягчение воды
известкованием
Гашеная известь в виде раствора или в виде суспен­
зии (молока) вводится в заранее подогретую обрабаты­
ваемую воду. Растворяясь, известь обогащает воду иона­
ми ОН- и Са2+:
С а ( 0 Н ) 2= С а 2+ + 2 0 Н (8-5)
Обогащение воды ионами ОН- приводит:
а) к переводу бикарбонатных ионов в карбонатные:
НС07 + ОН* - СО*- + Н20 ;
(8-6)
б) к связыванию растворенной в воде свободной угле­
кислоты с образованием карбонатных ионов:
С 0 2 + 20Н- — СО*" + Н20.
(8-7)
Повышение концентрации ионов С 0 32_ в обрабаты­
ваемой воде и наличие в ней ионов Са2+, как содержа­
щихся в исходной воде, так и введенных с известью, при­
водят к превышению произведения растворимости
ССа!+Сс(1_ = /7РСаСО
(8-8)
и выделению в осадок почти нерастворимого в воде кар­
боната кальция
С а2+ + СО 3- — С аС О ,.
(8-9)
251
При дозировке извести в количестве, большем, чем
это необходимо для осаждения ионов кальция и связы­
вания свободной углекислоты, в воде появляется избы­
точная концентрация ионов, в результате чего достигает­
ся произведение растворимости и для гидроокиси магния
и выпадение последней в осадок:
М^2+ + 2 0 Н - —^ М ^ ( О Н ) 2.
(8-10)
Приведенные уравнения предполагают, что все ионы
кальция выделяются в виде С а С 0 3, а все ионы магния —
в виде М § ( О Н ) 2.
С целью углубления процесса снижения щелочности
и процесса удаления из воды грубодисперсных и колло­
идных примесей одновременно с известкованием приме­
няется коагуляция этих примесей. Для коагуляции при
известковании обычно используется в качестве коагулян­
та сернокислое закисное железо Р е 5 0 4-7Н20. В зависи­
мости от состава исходной воды и условий обработки
щелочность обрабатываемой воды снижается при этом
до 0,5—0,75 мг-экв/кг. Одновременно со снижением ще­
лочности происходит уменьшение сухого остатка и жест­
кости обработанной воды. Известкование пригодно толь­
ко для обработки вод, не обладающих высокой избыточ­
ной щелочностью, т. е. при Щ0< Ж 0■ При известковании
вод, у которых Щ0> Ж 0 и разность Щ0—Ж 0 равна кон­
центрации бикарбоната натрия, последний, реагируя
с анионами С 0 32~ и ОН- , переходит в соду или едкий
натр:
ЫаНС03 ? N3+ + НСО^;
(8-11)
НС03~ + ОН - — Н20 + СОз~ ;
(8-12)
2Ыа+ + С О 3- 2 Ыа2С 0 3;
(8-13)
Ыа+ + О Н - ^ Ы а О Н .
(8-14)
Следовательно, известкованием нельзя в необходимых
размерах снизить избыточную щелочность подобной ис­
ходной воды.
При о б р а б о т к е в о д с больш ой н екар бон атн ой ж ест к ост ь ю в о т ­
дельны х сл уч аях ц ел ес о о б р а зн о
прим енять м е т о д о са ж д е н и я не
только д л я сн и ж ен и я щ елочности , но и дл я б о л ее гл убок ого умягче252
ния воды , чем только при од н ом известкован ии . Э то м ож ет быть
до ст и гн у то дополнительны м
введен и ем
соды .
При
дози р ован и и
МагСОз в в о д е в о зр а ст ает концентрация к ар бонатн ы х ионов, что
п озв оля ет снизить не только к ар бон атн ую ж естк ость, как при и з­
вестковании, но и н ек ар бон атную ; при этом с о д а д о зи р у ет ся без
избы тка. При тем п ер атур е окоЛЪ 40 °С остаточная ж ест к ост ь ум я г­
ченной воды со ст а в л я ет 2— 3 мг-экв/кг-, ок ончател ьное ум ягчение
воды п р оизводи тся м етодам и кати он ного о бм ен а.
б) Обескремнивание воды магнезиальными
реагентами
Д л я частичного обеск р ем н и ван н я воды
в качестве реагента
обы чно прим еняется каустический м агн ези т М § 0 , являю щ ийся п р о­
дук том о б ж и га м агнезита М § С 0 3 при тем п ер атур е 750— 800 °С.
К аустический м агнезит м о ж ет д ози р ов ат ь ся в виде порош ка
(су х а я д о зи р о в к а ), которы й затем с пом ощ ью в одя н ого эж ек т ор а
н апр авляется в осветлитель. П рим ен яется для дози р овк и т ак ж е
м агн ези ал ьн ое м олоко, к отор ое м о ж ет готовиться от д ел ь н о л и бо
сов м естн о с известью . О д н ов р ем ен н о с магнезиальны м обеск рем н и ванием воды п р ои зв оди тся и и зв естков ан ие ее с целью сн иж ен ия
щ елочности ум ягченной воды и со зд а н и я оптимальной величины рН,
о п р едел я ю щ ей активную к онцентрацию в в о д е гидроксильны х ионов,
н ео б х о д и м у ю для о сущ еств л ени я п р оцесса обеск р ем н и ван и я. Окись
м агния, в веден н ая в о бр аб а т ы в а ем у ю в оду в виде к аустическ ого
м агн ези та, частично или полностью п одв ер гается гидратаци и , о б ­
р а зу я ассоц и ац и ю сл ож н ы х м олекул типа (М д О ) р [М {*(О Н )2]д. М о­
лекулы М е ( О Н ) 2 частично п одв ер гаю тся диссоци ац ии , и часть г и д ­
роксильны х ионов п ер ех од и т в раствор. П ри этом о б р а зу ет ся с л о ж ­
ная п о л ож и тел ь н о за р я ж е н н а я м ицелла, ок р уж ен н ая ионами О Н - .
С тепень д и ссоци ац ии М § ( О Н ) 2 и прочность связи ионов с п о л о ж и ­
тельн о зар я ж ен н ы м и м ицеллам и оп р едел я ю т ся зн ачен ием рН ср еды .
Б исиликатны е ионы Н 5 Ю 3~ вступаю т в анионный обм ен с г и д ­
роксильными ионам и, отщ епляю щ им ися от сл ож н ой молекулы обеск рем н иваю щ его реагента:
/?"+ | « О Н - -(- п (Н 5>0^“) -* /?"+ | п ( Н 5 Ю ; р + я О Н - .
(8-15)
При этом о б р а зу ет ся хи м ическое соед и н ен и е, м енее р аствор и м ое
в в оде, чем и сходны е силикаты , в сл едств и е чего п осл ед н и е выво­
д я тся из р аствор а. Ч астичн ое у д а л ен и е из р аствор а кремниевой
кислоты при известковании и вы делении СаСОз м ож н о п редставить
как я вление со о са ж д ен и я :
/лС а (Н С О з) 2 + л Н 25Ю з + ( т + л ) Са (О Н ) г — *----*-Сагт + п (С О з) 2т (8Ю з) п + 2 (т + п) Н 20 .
(8-16)
Э ф ф екти вность м агн ези альн ого обеск р ем н и ван и я воды зависит
от качества о беск р ем н и ваю щ его р еагента и его удел ьны х д о з ( м г)
на 1 мг 5 Ю з2_, п р о дол ж и тел ьн ости контакта обр абаты в аем ой воды
со взвеш енны м о са д к о м , состав а и свойств п осл ед н его, тем п ер а­
туры о б р а б а т ы в а ем о й воды и р еж и м а известкования и коагуляции.
М агнезиальное обескремнивание рекомендуется проводить при
следую щ их услови ях: д оза М § 0 , входя щ его в м агнезиальный р е а ­
253
гент, долж на быть равна от 5 до 20 м г на 1 мг удал ен н ого 5Ю з4 - ;
температура воды 40—45 °С при колебаниях не более ± 1 °С; про­
должительность пребывания в зоне заш лам ления 1 ч; доза к о а гу ­
лянта 0,25 — 0,5, ин огда 1,0 м г-экв/кг; дозирован ие извести для под­
держ ания в обработанной воде значения рН в пределах 10,1 — 10,3.
П ри со б л ю ден и и эти х условий остаточ н ое со д е р ж а н и е кремйгкислых соеди н ен и й в ср ед н ем за сутки сост ав л я ет не б о л ее 1 м г/кг
5 Ю з 2- и м ак си м ально в отдельны е часы не бол ее 1,25 м г/кг 5 Ю з2~П овы ш ение тем п ературы воды д о 130 °С увеличивает эф ф ек т обескрем нивания д о о ст а точ н ого к р ем н есо д ер ж а н и я 0,2^—0,3 м г/кг 5 Ю з2_
и т р еб у ет о д н о в р ем ен н о ап п ар атур ы , р абот аю щ ей п о д д ав л ен и ем , и
тем п ер а т у р о сто й к и х катионитов.
8-3. С Х Е М Ы И А П П А Р А Т У Р А У С Т А Н О В О К
Д Л Я УМ ЯГЧЕНИЯ И О БЕ С К РЕМ Н И В А Н И Я ВО ДЫ
М ЕТОДОМ О С А Ж ДЕН И Я
Принципиальная схема водоподготовительной уста­
новки для известкования, коагуляции и обескремнивания
воды каустическим магнезитом приведена на рис. 8-1.
Особенностями этой схемы являются пневматическая раз­
грузка каустического магнезита через заборное сопло 35,
сухое хранение его в бункере 39 и дозировка сухого кау­
стического магнезита с помощью шнекового дозатора 40.
Известь применяется, как правило, в виде суспензии
или известкового молока с концентрацией 10—20%Д л я д о зи р о в а н и я и зв естк ов ого молока и спол ьзую тся б езн а п о р ­
ные д о за т о р ы различны х конструкций и п лун ж ерн ы е н а с о с ы -д о за т о ­
ры. Н а рис. 8-2 п р иведен а схем а б езн ап ор н ого ш ай бового д о за т о р а .
П о д л е ж а щ а я о б р а б о т к е и сх о д н а я в ода п остук ает по т р у б о п р о в о д у 1
в п р ом еж уточ н ы й бак 2 и ч ер ез ограничительную ш ай бу 3 на д н е
его и о т в о д 4 н апр авляется в осветли тель. У ровень и сход н ой воды
в бак е тем выше, чем бол ьш е ее р а сх о д . И зв ест к ов ое м олоко из
гидравлической меш алки по т р у б е 6 п о д а е т с я в бачок 7. В п о с л е д ­
нем вертикально п одв еш ен а тр уба 9 с калиброванны м отверсти ем 10
в верхней ее части, через которы е и зв ест к ов ое м ол ок о стек ает
в ниж ний левы й бак и д ал ьш е по т р у б е 4 — в осветли тель. П о д в и ж ­
ная тр у б а 9 с п ом ощ ью тр оса св я зан а с п оплавком 5. При ув ел и ­
чении п р ои зв оди тел ьн ости устан овк и увели чи вается приток воды
в п р ом еж уточ н ы й бак 2, что п р иводит к повы ш ению ур овн я /г4
в нем, п одн я тию поплавка 5, увеличению п огр уж ен и я трубы 9
(у р о в ен ь Н2) и дозы и зв естк ов ого м олока, н ап р ав л я ем ого в осв ет ­
литель. П ри уменьш ении р а сх о д а воды и зм енения и дут в обр атн ом
п ор ядк е. Т р у б а 9 п р о ходи т с в о б о д н о через д н о бачка 7. Н ебол ьш ое
к оличество и зв ест к о в о го м олок а, п р отек аю щ ее через к ольц евую щ ель
вокруг трубы 9, со б и р а ет ся противнем 11 и в м есте с перели вом 8
избы тка его в озвр ащ ается в ги др ав ли ч еск ую м еш алк у ч ер ез в ор он ­
ку 12.
В б о л ее совер ш ен ной конструкции ш ай бового д о за т о р а т р у ­
б а 9 за к р еп л ен а н еп о д в и ж н о на д ост а то ч н о й глуби не, а к тр осу,
кинематически св я за н н ом у с п оплавком 5, п одв еш ен а к али бр ован -
254
Р ис. 8-1. С хем а установки для и звесткован ия, коагуляци и и м агне­
зи ал ь н ого обеск р ем н и ван и я воды .
I — исходн ая вода; 2 — грею щ ий пар; 3 — поверхностны й п одогреватель; 4 ■
—
кон денсат; 5 — воздухоотдели тели ; 6 — о светли тель; 7 — ш л ам о отдели тель; 8 —
грязевик; 9 — н епреры вная продувка ш л ам о о тдели теля; 10 — периодическая
п родувка ш л ам о о тдели теля; 11 — и д р е н а ж ; 12 — пром еж уточны й бак; 13 —
промеж уточны й насос; 14 — осветлительны й ф и льтр; 15 — промывочный бак;
16 — промывочный насос; 17 — вы ход обработан н ой воды; 18 — известковая
ц иркул яц и о н н ая м еш алка; 19 — и звестковы е циркуляц ион ны е насосы; 20 —
п лун ж ерны й н асос-дозатор известкового м олока; 21 — вода от линии собствен­
ных н уж д ; 22 — ш нековый питатель; 23 — ш нек; 24 — бункер дроби лки н ега­
шеной извести; 25 — ковш овый эл евато р ; 26 — б у н кер-храни лищ е; 27 — а п п а р ат
М ИК д л я гаш ения извести; 28 — вода; 29 — ги дроэлеватор; 3 0 — на ги дрозол о­
удален и е; 31 — ячейка мокрого хранен ия ко агу л я н та; 32 — кислотоупорны й на
сос; 33 — расходны й бак раствора к о а гу л я н т а ; 34 — кислотоупорны й п лун ж ер­
ный н асос-до зато р раствора ко агу л я н та; 35 — забо р н о е сопло д л я п невм отранс­
порта каусти ческого м агн езита; 36 — циклон; 37 — пром еж уточны е бун кера;
38 — заслонки с автом атич ески м уп равлен ием ; 39 — б у н кер-храни лищ е к а у с ти ­
ческого м агн ези та; 40 — ш н ек-дозатор каусти ческого м агн езита; 41 — смывное
устройство; ^ — приемный бачок; 43 — бачо к с постоянным .уровнем; 44 — с ж а ­
тый воздух; 45 — воздуш ны й эж екто р ; 46 — мокрый скруббер; 47 — в атм осф е­
р у . 48 — в циркуляционную м еш алку известкового молока; 49 — мембранны й
д озатор; 50 — отстойник для повторного исп ользован и я отмывочной воды освет­
лительн ы х ф и льтров; 51 — оборотный насос.
ная игла, п одъ ем и оп уск ан и е которой и зм еняю т величину ж и в ого
сечения отверсти я в н еп од в и ж н ой т р убе. В этом вари ан те устранены
за т р у д н ен и я , связанн ы е с заклиниванием трубы 9.
Дозирование известкового молока можно осуществить
также с помощью насоса-дозатора, изображенного на
рис. 7-7.
Рабочие растворы легкорастворимых реагентов на не­
больших установках приготовляются в расходном баке.
255
Реагент загружается в сетчатую корзину, через которую
бак заполняется водой. Перемешивание раствора произ­
водится воздухом или паром. Для приготовления и пере­
качивания легкорастворимых реагентов на установках
средней производительности применяются гидравличе­
ские мешалки. На каждый реагент устанавливается по
одной мешалке с емкостью, обеспечивающей возмож­
ность зарядки двух расход­
ных баков рабочего раство­
ра реагента, имеющего кон­
центрацию 5— 10%. После
загрузки суточного или 8-ч
расхода реагента в гидроме­
шалку, заполненную на 2/з
водой, производится пере­
мешивание раствора. После
отстаивания раствор перека­
чивается насосом в распре­
делительный бак, из которо­
го производится заполнение
дозаторов.
На установках большой
Р и с. 8-2. С хем а ш ай бового д о ­
производительности приме­
за т о р а и зв естк ов ого молока.
няется «мокрое хранение»
реагентов. Реагенты, расход
которых рассчитан на 1— 1,5 месяцев, загружаются в спе­
циальные железобетонные ячейки реагентного склада,
расположенные на уровне пола, и заливаются водой. Об­
разовавшийся в них насыщенный раствор разбавляется
до требуемой концентрации в трубопроводах, эжекторах
или распределительных баках. Растворы легкораствори­
мых реагентов непрерывно дозируются в осветлитель
с помощью сифонных дозаторов, насосов-дозаторов и до­
заторов других конструкций. Многолетний опыт эксплуа­
тации показал, что наиболее рациональным способом до­
зирования реагентов в осветлители являются сниженное
расположение дозатора и открытый и удобный для кон­
троля поток реагента с подачей отдозированного раство­
ра через воздухоотделитель при помощи гидроэлеватора
или специального насоса (рис. 8-3).
На рис. 8-4 изображен шнековый дозатор каустиче­
ского магнезита. Изменение максимальной производи­
тельности дозатора достигается сменой шнеков, разли­
чающихся диаметром вала (при неизменном наружном
256
Рис. 8-3 . С хем а сн и ж ен н ого д о за т о р а п остоянной д о з ы известкового
молока и дел ител я сусп ен зи и по осветлителям ,
/ — расх о д н ая м еш ал ка; 2 — п лаваю щ ий рукав; 3 — центробеж ны й насос; 4 —
линия возврата известкового молока в м еш алку; 5 — лин и я подачи известково­
го молока в д о зато р ; 6 — д о за т о р ; 7 — п о д ви ж н ая воронка; 8 — маховик д л я
подъема и спуска воронки; 9 — н ас а д к а с калиброванн ы м отверстием ; 1 0 —
у к а за т ел ь величины Н р , оттари рован ны й при н ал а д к е в л/ч; / / — п ром еж у­
точный бачок отдози рован ного известкового м олока; 12 — ги дроэлеватор; 13 —
подача воды в ги дроэлеватор; /■/ — линия подачи и звесткового молока в д е л и ­
тель суспензии 15 (при о б служ иван ии одним д о зато р о м нескольких осветли те­
лей); 16 — линия во звр ата части ж идкости из трубоп ровода 14 в бачок I I че­
рез поплавковы й р егулятор уровня; /7 — до зи р у ю щ ая н а с а д к а ; 18 — кон иче­
ская пробка д л я отклю чения насадки при вы воде о светли теля в резерв; 19 —
воронка; 20 и 20а — воздухоотдели тели суспензии, н ап равляем ой в осветли те­
л и ; 21 и 21а — линии подачи и звесткового м олока в соответствую щ ие осветли ­
т е л и ; 22 — лин и я аварий ного п ер ел ива; 2 3 — д р е н а ж н а я з а д в и ж к а ; 24 — м ан о­
метр.
Р ис. 8-4. Ш нековый д о за т о р с у х о г о каустического м агнезита.
/ — течка из бун кера-хран или щ а каустического магнезита; 2 — поворотная з а ­
слонка; 3 - ш нек-дозатор; 4 — редуктор; 5 — электродвигатель; 6 — смывной
бачок; 7 — смесительный бачок; 8 — эж екти р у ю щ ая вода; 9 — манометр; 10 —
пробковы й кран; / / — ги дроэлеватор; 12 — обратны й клапан ; 13 ■— пробковый
кран; 14 — суспензия каусти ческого м агн езита, н ап р авл яем ая в осветлитель;
15 — бачок постоянного уровня; 16 — холодн ая вода.
диаметре 40 мм) и шагом винтовой поверхности, а также
сменой червяков редуктора. Для обслуживания каждого
осветлителя устанавливается один шнековый дозатор.
Кроме того, на всю установку устанавливается резерв­
ный дозатор.
Д л я умягчения и магнезиального обескремнивания во­
ды методом осаждения наиболее широкое распростране­
ние на отечественных промышленных ТЭЦ получил ос­
ветлитель типа ЦНИИ-1, схема которого приведена на
рис. 8-1.
В осветлителе предусмотрены раздельный ввод реа­
гентов и воды, принудительный отвод шлама в шламоогделитель и регулирование размеров этого отвода, а так253
же непрерывная продувка через шламоотделитель и пе­
риодическая через грязевик 8. Вода и реагенты по са­
мостоятельным
трубопроводам поступают в нижнюю
часть осветлителя. Интенсивное перемешивание жидко­
стей достигается благодаря тангенциальному подводу во­
ды. придающему ей вращательное движение, которое га­
сится смесительными перегородками. Выделяющийся
шлам, поддерживаемый водой во взвешенном состоянии,
образует контактную среду, располагающуюся на 1—'2м
ниже верхней распределительной
решетки. Большая
часть обрабатываемой воды, пройдя слой взвешенного
шлама, зону осветления и отверстия верхней распредели­
тельной решетки, поступает в сборный желоб для отвода
из осветлителя. Меньшая часть воды вместе с содержа­
щимся в ней взвешенным шламом поступает в шламоот­
делитель 7 через шламоприемные окна. В шламоотделителе вода освобождается от взвешенного осадка и отво>
дится из осветлителя вместе с остальным количеством
обрабатываемой воды. Размер отсечки воды на шламоот­
делитель регулируется задвижкой на трубе, отводящей
воду от шламоотделителя.
Рекомендуемые расчетные скорости подъемного дви­
жения воды в осветлителе при магнезиальном обескремнивании ее при 40 °С составляют при выходной зоне (осветвления) 3,6—3,8 м/ч, в центральной зоне (зашламления) 7,2 м/ч. Продолжительность пребывания воды в зо­
не взвешенного шлама не меньше 1 ч. При использова­
нии осветлителей только для известкования без магне­
зиального обескремнивания производительность осветли­
теля может быть принята примерно в 1,5 раза больше
расчетной.
При нормальной эксплуатации осветлитель может
значительно повышать прозрачность воды, но при коле­
баниях температуры больше ± 1 °С-и быстрых изменени­
ях производительности установки качество осветления
заметно ухудшается.
8-4. Э К С П Л У А Т А Ц И Я У С Т А Н О В О К Д Л Я У М Я Г Ч Е Н И Я
И О БЕ С КРЕМ Н И В А Н И Я ВОДЬ! М ЕТОДОМ О С А Ж ДЕН И Я
Задачей правильной эксплуатации водоподготовитель­
ных установок для умягчения и обескремнивания воды
методом осаждения является получение прозрачной,
умягченной и обескремненной воды, соответствующей по
9*
259
ее показателям установленным нормам, при максималь­
ной проектной производительности установки, экономич­
ном расходе реагентов и минимальных потерях воды на
собственные нужды водоподготовительной установки.
Количество добавляемых в воду реагентов должно строго
соответствовать потребной их дозе, а поступление реа­
гентов должно быть бесперебойным. Важно также стро­
гое поддержание температурного режима.
Кроме непрерывной продувки осветлителя, требуется
практиковать редкие (с интервалами от 2 до 20 суток)
периодические продувки осветлителя и шламоотделителя.
Такая продувка осветлителя вызывается постепенным
накоплением в конической части его крупных частиц
шлама. Периодические продувки шламоотделителя про­
изводятся для удаления возможных отложений с дренаж­
ной решетки.
При нормальных условиях и правильном режиме экс­
плуатации осветлителя качество обработанной воды
должно иметь следующие показатели: жесткость воды
при температуре до 20 °С должна составлять не более
1,8 мг-экв/кг; прозрачность
150— 250 см по «кресту»;
умягченная вода должна быть стабильной.
ГЛЛВЛ
ДЕВЯТАЯ
О Б Р А Б О Т К А П Р И Р О Д Н Ы Х ВОД
И КОНДЕНСАТОВ МЕТОДОМ ИОННОГО ОБМЕНА
9-1. О С Н О В Н Ы Е П О Л О Ж Е Н И Я
Обработка воды методом ионного обмена основана на
способности некоторых практически нерастворимых в во­
де веществ, называемых ионообменными материалами,
или ионитами, изменять в желаемом направлении ионный
состав воды. Д л я этого обрабатываемая вода пропуска­
ется через фильтры, загруженные ионитами. Просачи­
ваясь между зернами ионита, обрабатываемая вода об­
менивает часть ионов растворенных в ней электролитов
на эквивалентное количество ионов ионита, в результа­
те чего изменяется ионный состав как фильтруемой воды,
так и самого ионита.
Если в результате обработки воды методом ионного
обмена происходит обмен катионов, то такой процесс
называется к а т и о н и р о в а н и е м ; если же при этом
260
происходит обмен анионов, то такой процесс называется
а н и о и и р о в а н и е м. Как катионирование, так и анионирование получили широкое применение на ТЭС для
умягчения, обессоливания и обескремнивания добавочной
питательной воды парогенераторов, загрязненных кон­
денсатов и подпиточной*’ воды тепловых сетей.
Обработка воды методом ионного обмена принципи­
ально отличается от обработки воды методами осажде­
ния тем, что удаляемые из нее примеси не образуют
осадка, и тем, что такая обработка не требует непрерыв­
ного дозирования реагентов. В связи с этим эксплуатация
водоподготовительных установок, работающих по методу
ионного обмена, значительно проще, габариты аппаратов
меньше, а эффект обработки выше, чем установок, рабо­
тающих по методу осаждения.
Продолжительность рабочего цикла ионитных филь­
тров определяется о б м е н н о й е м к о с т ь ю и о н и т а ,
т. е. способностью его к ионному обмену. После исполь­
зования до заданного предела обменной емкости ионита
необходимо восстановление о б м е н н о й с п о с о б н о с т и
и о н и т а путем удаления задержанных им из обрабаты­
ваемой воды ионов и введения взамен их ионов, которые
он отдавал воде в период рабочего цикла. Таким обра­
зом, восстановление истощенного ионита является про­
цессом ионного обмена, проводимого в обратном порядке.
В качестве ионитов в СССР используются с у л ь ф о у г о л ь и с и н т е т и ч е с к и е с м о л ы , относящиеся
к разряду пластических масс (полимеров). Отличитель­
ной особенностью синтетических смол являются размеры
и структура их молекул, состоящих из тысяч, а иногда
десятков тысяч прочно связанных атомов. Вещества, со­
стоящие из таких молекул-гигантов, получили название
высокомолекулярных веществ. Иониты, относящиеся
к высокомолекулярным веществам, характеризуются сле­
дующими специфическими свойствами: набухаемостью,
нерастворимостью в воде и способностью к реакциям
ионного обмена.
При погружении в воду все иониты в большей или
меньшей степени разбухают с одновременным увеличе­
нием их объема.
Отношение объемов одной и той же массы ионита
в набухшем и воздушно-сухом состояниях называется
коэффициентом набухания, который равен отношению
насыпной плотности воздушно-сухого ионита к насыпной
261
плотности набухшего ионита (без учета веса поглощен­
ной воды), т. е. к массе 1 м3 набухшего ионита после
высушивания его до воздушно-сухого состояния:
к =
^ ,
(9-1)
Рн
где рс и рн-— насыпные плотности ионита в воздушно­
сухом и набухшем состояниях, т. е. выраженные в кило­
граммах сухого ионита массы 1 м3 воздушно-сухого и
набухшего ионитов, кг/ж3.
Способность ионитов к ионному обмену объясняется
их специфической структурой, состоящей из твердой не­
растворимой в воде молекулярной сетки, к отдельным
местам которой на поверхности и внутри ее массы при­
соединены химически активные функциональные группы
атомов ионита. С электрохимической точки зрения ка ж­
дая молекула является своеобразным твердым электро­
литом. В результате электролитической
диссоциации
ионита вокруг нерастворимого в воде ядра образуется
ионная атмосфера, представляющая собой ограниченное
вокруг молекулы ионита пространство, в котором нахо­
дятся подвижные и способные к обмену ионы.
На рис. 9-1 в упрощенном виде изображена схема
структуры молекулы ионита. В зависимости от характера
активных функциональных групп ионита его подвижные,
способные к обмену ионы, могут иметь или положитель­
ные заряды (рис. 9-1,о), и тогда такой ионит называют
к а т и о н и т о м , или отрицательные заряды (рис. 9-1,6),
и тогда такой ионит называют а н и о н и т о м .
Схематически диссоциацию ионитов в воде можно
представить в следующем виде:
К+К- ? К + Н?-;
(9 2)
К+ А ~ ^
IА',
(9-3)
где К+К~— катионит, в котором подвижным обменным
катионом является К+, а неподвижным анионом — высо­
комолекулярная часть
К+А~ — анионит, в котором
подвижным обменным анионом является А~, а неподвиж­
ным катионом — высокомолекулярная часть К+; | —
условный знак, указывающий на способность твердого
электролита к диссоциации в воде без видимого раст­
ворения самого электролита.
Характеристикой ионообменной способности ионита
является величина его р а б о ч е й о б м е н н о й е м к о 262
с т и , которая характеризуется количеством ионов, по­
глощенных ионитом, при пропускании раствора солей
или кислот определенной концентрации через лаборатор­
ный или промышленный фильтр, загруженный испытуе­
мым иоиигом, до начала, «проскока» в фильтрат погло-
Р ис.
9-1.
С хем а
структуры
ионита.
молекулы
/ — тверды й многоатомный к а р к а с ионита; 2 —
связан ны е с кар касо м н еподвиж ны е ионы а к т и в ­
ных групп; 3 — о гр ан и ч ен н о ' п одвиж ны е ионы
активны х групп, способны е к обмену.
щаемых ионов. Рабочая обменная емкость ионита выра­
жается в грамм-эквивалентах ионов, поглощенных
1 м3 набухшего ионита (г-экв/м3).
9-2. Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А И С В О Й С Т В А И О Н И Т О В Ы Х
М АТЕРИАЛОВ
а) Катиониты и их свойства
Катиониты содержат следующие функциональные
химически активные группы, водород которых способен
замещаться
другими катионами: сульфогруппу 5 0 3Н,
одновалентную карбоксильную группу СООН и однова­
лентную фенольную группу ОН. Из них группа 5 0 3Н об­
ладает сильнокислотными, а группы СООН и ОН — сла­
бокислотными свойствами. В зависимости от химического
состава к а т и о н и т ы делятся на с и л ь н о к и с л о т н ы е ,
содержащие активные сульфогруппы, и с л а б о к и с л о т ­
н ые , содержащие в основном карбоксильные группы.
Первые способны к обмену катионов в щелочной, ней­
тральной и к и с л о й средах, вторые — только в щелочной
среде.
263
Свойства применяемых в технике катионитов таковы,
что в их состав могут быть введены разные обменные
катионы, однако для практики водоподготовки на ТЭС
важными являются только два катиона: натрий (Ыа+) и
водород (Н+). В зависимости от того, какой катион
в данном катионите является обменным, различают на­
трий-катионит (^а-катионит, Ыа+К~) и водород-катио­
нит (Н-катионит, Н+К~), где символом К" обозначен
нерастворимый в воде сложный радикал катионита,
играющий условно роль одновалентного аниона. Процес­
сы обработки воды перечисленными катионитами соот­
ветственно называются Ыа-катионированием и Н-катионированием.
Показателями качества катионитов являются физиче­
ские свойства, химическая и термическая стойкость, ра­
бочая обменная емкость и др. Показателями физических
свойств катионитов являются фракционный состав и ме­
ханическая прочность катионита, а также рассмотренная
выше насыпная плотность в воздушно-сухом и влажном
состояниях, характеризующие на б у х а ем о с т ь катио­
нита.
Фракционный состав катионитов, определяемый обыч­
ным ситовым анализом, позволяет установить количест­
венное соотношение отдельных зерновых фракций, сред­
ний размер зерен, степень однородности последних и ко­
личество пылевидных частиц, непригодных к использо­
ванию в фильтре. При прочих одинаковых условиях мел­
козернистый катионит имеет более высокую емкость, чем
крупнозернистый, так как он обладает относительно бо­
лее развитой поверхностью, с которой соприкасается об­
рабатываемая вода. С другой стороны, чем мельче зерна
катионита, тем больше его гидравлическое сопротивление
и расход электроэнергии на фильтрование воды. Учиты­
вая достигаемые при обычных скоростях фильтрования
величины потерь напора в слое ионита и рабочие обмен­
ные емкости, оптимальные размеры зерен катионита при­
нимают в пределах 0,3— 1,5 мм.
Кроме размера зерна, имеет значение однородность
зернового состава катионита, т. е. соотношение его мел­
ких и крупных фракций. Для удобства эксплуатации катионитных установок рекомендуется применять катионит
с коэффициентом неоднородности ка = с18о/с1м не выше 2,
где с1&о и с1ю — размеры сит, через которые могло бы прой­
ти 80 или 10% общей навески.
264
Большое значение для эксплуатации имеют механиче­
ская прочность катионита, а также его химическая и тер­
мическая стойкость. Эти показатели необходимы для
установления износа катионитов в процессе их эксплуа­
тации и выбора марки катионита применительно к задан­
ной температуре обрабатываемой воды и ее активной ре­
акции. Невыполнение этих требований приводит к тому,
что в процессе эксплуатации катионит частично измель­
чается при фильтровании, а также вследствие трения его
зерен друг о друга при взрыхлении; кроме того, при вы­
соких температурах обрабатываемой воды и повышенных
значениях ее кислотности или щелочности он частично
п е п т и з и р у е т , т. е. переходит из нерастворимого со­
стояния в состояние коллоидного раствора. И то, и дру­
гое приводит к постепенному вымыванию образовавшей­
ся пылевидной мелочи или коллоидных частиц в процессе
взрыхления ионита и в конечном счете к безвозвратной
потере некоторого количества его. При практическом ис­
пользовании отечественных катионитов годовые потери
за счет механического износа и пептизации составляют
для сульфоугля 5—7%, а для смолы КУ-2 15—20%.
Рабочая обменная емкость является основной техно­
логической характеристикой ионита, так как от нее за ­
висит объем ионита, необходимый для загрузки филь­
тров при заданных условиях их эксплуатации. В отличие
от рабочей обменной емкости п о л н а я о б м е н н а я е м ­
к о с т ь ионита характеризуется количеством ионов, ко­
торое может быть поглощено ионитом при полной замене
всех обменных ионов. Определение ее основано на пол­
ной нейтрализации кислотного катионита раствором
ЫаОН, а щелочного анионита — раствором НС1. Величи­
на полной обменной емкости данного ионита постоянна
и выражается, как и рабочая обменная емкость, в граммэквивалентах ионов, поглощенных 1 м3 набухшего ио­
нита.
Рабочая обменная емкость катионита зависит от вида
улавливаем ы х из воды катионов, соотношения солевых
компонентов в обрабатываемой воде, значения рН воды,
высоты слоя катионита, скорости фильтрования, режима
эксплуатации катионитных фильтров и удельного расхо­
да регенерирующего реагента.
При больших скоростях фильтрования рабочая
обменная емкость катионита снижается вследствие умень­
шения продолжительности контакта между водой и ка­
205
тионитом. Однако в катионитных фильтрах первой ступе­
ни, где скорость фильтрования обычно не превышает 15—
20 м/ч, а высота загрузки 2,0—2,8 м, влияние скорости
на рабочую обменную емкость незначительно. В катио­
нитных фильтрах второй ступени скорость фильтрования
достигает 30—50 м/ч при высоте слоя катионита 1,5 м;
поэтому для них фактор влияния скорости является ощу­
тимым и должен учитываться при расчете этих фильтров
(см. § 9-3,а).
В табл. 9-1 приведены основные показатели качества
отечественных и некоторых зарубежных катионитов, ко­
торые применяются в катионитных фильтрах на тепло­
вых электростанциях СССР.
Из перечисленных в табл. 9-1 катионитов наиболее
широко применяются на отечественных электростанциях
Т аблица
9-1
П о к а з а т е л и к а ч е с т в а ка т и о нит о в
Наименование шрки катио­
нита
С ульф оуголь СМ-1
Сульф оугопь СК-1
Катионит КУ-1
Катионит КУ-2
В оф атит Р
В оф атит С
А м берлайт 1Г?-100
Ц еокарб
Страна
Функциональная
группа
изготови­
тель
СССР
СССР
СССР
СССР
ГДР
ГДР
США
СШ А
Лия метр
зерна, мм
5 0 ,Н , О Н , СООН
То ж е
3 0 ,н
7 о же
8 0 ,1 1 , ОН
То же
я
я
я
я
0 ,3 0 - 0 ,8 0
0 ,5 0 — 1 , 10
0 ,3 0 — 1 ,5 0
0 ,3 0 — 1 .00
0 ,3 0 — 0 ,7 5
0 ,3 0 — 1 50
0 . 3 0 - 1 00
0 ,3 0 — 1 ,5 0
плотность
266
0 ,6 5
0 ,6 5
0 ,6 3
0 ,7 1
0 ,6 2
0 ,7 3
0 ,6 4
0 ,5 5
0 ,5 5
0 ,4 5
0 ,5 0
0 ,5 0
0 ,5 5
0 ,4 4
1 ,2 0
1 ,2 0
1 ,4 0
1 ,4 2
1 ,2 4
1 ,3 3
1 ,4 5
250
200
300
800
300
150
—
400,
350
300
800.
300
400 V
300
0,56
0 ,5 3
1,06
—
300
при Н-катионировании
Коэффициент
бухания
С ульф оуголь С М -1
С ульф оуголь СК-1
К атионит КУ-1
К атионит К У -2
Воф атит Р
Воф атит С
А м бер л ай т 1Р-100
Ц еок ар б
влаж ного
Н аименование марки к а т и о ­
нита
9-1
О бъемная ем
кость, г-ькн/м*
воздушно­
сухого
т/м9
на­
П родол ж сн и с та б л
11.-1Сыпняя
А| 5
г I г
Допусти
мая тем
пература,
•с
с ” 8.
60
60
—
120
100
100
120
100
сульфоуголь, получаемый путем обработки коксующегося
каменного угля дымящейся серной кислотой, а также вы­
пускаемый отечественной промышленностью катионит
марки КУ-2, являющийся синтетической смолой и обла­
дающий более высокой*'обменной емкостью, чем суль­
фоуголь, а также более высокой химической стойкостью
к кислотам, щелочам, органическим растворителям и не­
которым окислителям даже при температуре до 120°С.
б) Аниониты и их свойства
Аниониты содержат следующие химически активные
функциональные группы: первичные (—МНг), вторичные
( = ЫН), третичные ( = 1М) аминогруппы и четвертичные
аммониевые группы (—М+К3). Введение перечисленных
активных групп в синтетические смолы сообщает послед­
ним характер оснований. Первичные, вторичные и тре­
тичные аминогруппы обладают слабоосновными, а чет­
веричные аммониевые группы — сильноосновными свой­
ствами. В зависимости от химического состава аниониты
делятся на: а) с л а б о о с н о в н ы е , содержащие вторич­
ные и третичные аминогруппы; б) с и л ь н о о с н о в н ы е ,
содержащие четверичные аммониевые группы. Первые
способны к обмену анионов только в кислой среде, вто­
рые — в кислой, нейтральной и щелочной средах.
В состав анионитов могут быть введены различные об.
менные анионы. В практике водоподготовки на электро­
станциях такими обменными анионами являются ОН_>
СОд~, НСС)^. В зависимости от того, какой анион в дан­
ном анионите является обменным, различают следующие
виды анионитов: К+ОН~, К2+СО|_ , К+НСО^\ где симво­
лом К+ обозначен нерастворимый в воде сложный ради­
кал, включающий функциональную группу и играющий
условно роль одновалентного катиона. При погружении
анионита в воду происходит диссоциация его с образо­
ванием вокруг нерастворимого в воде ядра ионной атмос­
феры, состоящей из подвижных анионов О Н ', С 0 3~ или
НСО“ , способных обмениваться на другие анионы
(рис. 9-1,6).
В табл. 9-2 приведены основные показатели качества
отечественных и некоторых зарубежных анионитов, при­
меняемых в анионитных фильтрах обессоливающих уста­
новок на отечественных электростанциях. Качество анио207
СО
к е°
нй
з>Й
-•
у
с ^
О
1
1
1
ю
Г
4»
со
ю
о
о
00
ь-
о
00
т}*
400
1
420
з^О
30
О2§ Й
гч
я
к
о
о
со
о
о
<м
1
1
1
1
1
1
1
1
о
о
00
о
ю
о
00
СО
ю
со
—
ю
со
о
о
_н
г-
ю
о
о
о *
аз «у
а
о
Г
}*
о
00
00
о
со
СТ>
СО
ю
СО
о
со
о
о
00
<М
Г}*
со
__
<У>
о
со
ю
о
о
о
о
о
о
со
о
00
со
о
Ою
о
ю
жл
К
*"то
со?
2о Я'нс
*Я2С
к» о
качества
ь—
—•
ь~
— — —
Гр
СО
со
о
о
О)
СП
со
о
о
тГ*
СО
о
о
п*
'ф
1,0 м г - э к в /к г .
00
О
СО
СО
о"
о"
I
со
о*
ГО
СО
о’
о"
г
с,
0кк >
я *о.1"
г
растворе
анионитов
нинвхЛдвн
хнэиКиффео'н
Показатели
—
~н
с* Ссг сх
+ + +
2: г
©'5
а
рН-ио н
О
о
и
а
а
о
и
о
<
3
о
0ч
Ри и
^ и
и и
Си
и §
и 3
и и
I
<
(X
К
268
X
<
ЭРЗ
о
о
га
ч*
г
с
^
<
3
и
н С
к о
н
сз Л
•0*
о
СР СП
са
<3
<
К
а)
ю
<
ЕС
О
в
литов определяется теми же показателями, что и катио­
нитов. Из них основным показателем является рабочая
обменная емкость. В противоположность катионитам, ра­
бочая обменная емкость которых повышается с увеличе­
нием рН фильтруемой «воды, рабочая обменная емкость
анионитов тем больше, чем ниже величина рН, т. е. чем
выше кислотность фильтруемой воды.
Так как сильноосновные аниониты в схемах полного
химического обессоливания предназначены для обескрем­
нивания, их обменная способность характеризуется ра­
бочей кремнеемкостью, выраженной количеством граммэквивалентов Н5Ю 3- , которое может извлечь из воды
1 м3 набухшего анионита в результате обменной реак­
ции. Рабочая кремнеемкость сильноосновных анионитов
зависит от величины рН воды, поступающей на анионитный фильтр, концентрации кремниевой кислоты в этой
воде, удельного расхода щелочи на регенерацию, кон­
центрации регенерирующего раствора, момента отключе­
ния фильтра на регенерацию, скорости фильтрования
воды, природы обменного иона (ОН- , Н С 0 3~, С 0 32~),
температуры исходной воды и других факторов.
Из слабоосновных анионитов, выпускаемых отече­
ственной промышленностью, наиболее пригоден для
обессоливания воды анионит марки АН-18. Из новых
сильноосновных анионитов наибольшее распространение
получил анионит марки АВ-17. От слабоосновных анио­
нитов он отличается тем, что содержит исключительно
сильно диссоциированные активные аминогруппы четве­
ртичного аммониевого основания. Анионит АВ-17 хорошо
сорбирует слабые кислоты, в том числе кремниевую.
Анионит АВ-17 механически прочен и химически стоек
к кислотам и щелочам. Он применяется в основном для
удаления из воды кремниевой кислоты в схемах полного
химического обессоливания.
В табл. 9-1 и 9-2 приведены обменные емкости иони­
тов, которые определены при одинаковых лабораторных
условиях. Они служат только для сравнения их между
собой, но не могут быть использованы для технологиче­
ских расчетов.
При проектировании водоподготовительных устано­
вок выбор расчетной обменной емкости следует произво­
дить по графикам, приведенным в гл. 13, учитывающим
влияние различных факторов на величину обменной ем­
кости.
269
9-3. Ф И З И К О -Х И М И Ч Е С К И Е О С Н О В Ы П Р О Ц Е С С О В
ИОННОГО ОБМ ЕНА
а) Натрий-катионирование
Умягчение воды путем натрий-катионирования за­
ключается в фильтровании ее через слой катионита, со­
держащего в качестве обменных ионов катионы натрия.
При Ыа-катионировании жесткой воды происходит
следующий катионный обмен:
Са2+ + 2Ыа | К ' — Са2+~[ К ~ + 2 № + ;
(9-4)
М§2+ + 2Ыа у К ' —М§2+ у Р ~ + 2 № +.
(9-5)
В результате приведенных реакций происходит более
или менее полная замена катионов Са2+ и М§2+ в воде
катионами натрия, вследствие чего остаточная жесткость
натрий-катионированной воды снижается до 10 мкг-экв/кг
и ниже, щелочность и анионный состав не изменяются,
а солесодержание ее несколько возрастает. Последнее
объясняется тем, что, как видно из приведенных выше
реакций, два катиона N8+ заменяют в воде один катион
Са2+ или один катион М§2+, т. е. 23 весовые части натрия
заменяют 20 весовых частей кальция или 12,16 весовой
части магния, где 23; 20 и 12,16 — эквивалентные веса
соответственно натрия, кальция и магния.
Не все катионы извлекаются из растворов катионита­
ми с одинаковой интенсивностью. Для катионитов спра­
ведливым является следующий ряд катионов: Са2+ >
> М § 2+ > К +> М Н 4+ > № +, в котором каждый предыду­
щий катион извлекается из воды катионитом в резуль­
тате обменной реакции с катионом катионита более
интенсивно и в большем количестве, чем последующий.
С другой стороны, каждый последующий катион приве­
денного выше ряда вытесняется из катионита предыду­
щим катионом, если они находятся в растворе в сопо­
ставимых концентрациях. Отсюда следует, что при катионировании растворов, содержащих разноимённые
катионы в концентрациях, соответствующих природным
пресным водам, наблюдаются неодновременность про­
скока в фильтрат катионов разной природы и способ­
ность одних катионов вытеснять другие, поглощенные
ранее катионитом.
270
Основным недостатком натрий-катионирования я в ­
ляется превращение карбонатной жесткости воды в би­
карбонат натрия, обусловливающ ий высокую натриевую
щелочность котловой воды, так как в парогенераторе
бикарбонат натрия превращается в карбонат и гидро­
окись натрия:
Са (НС08)2 + 2Ыа+~| К' — Са2+ Т К Г + 2МаНС03;
(9-6)
2 № Н С 0 3— >Ыа2С 0 з + |С 0 2+ Н20 ;
(9-7)
Ыа2С 0 , + Н20 — »-2Ыа0Н-|-|С02.
(9-8)
Процесс умягчения воды методом катионного обмена
изображен графически на рис. 9-2. Линия Г Д соответ­
ствует величине жесткости исходной воды. Кривая А Б Д
показывает зависимость остаточной жесткости умягчен­
ной воды от количества ее, пропущенного через фильтр.
При фильтровании воды через катионит от плоскости аб
(рис. 9-2,а) до некоторой плоскости а0б0 происходит ее
умягчение. Слой катионита аб'биа0а, в котором происхо­
дит умягчение, называется работающим слоем или з о ­
н о й у м я г ч е н и я . По мере истощения верхние слои
катионита перестают умягчать воду. Вместо них всту­
пают в работу свежие слои катионита, расположенные
под работающим слоем, и зона умягчения постепенно
опускается. Через некоторое время после начала рабо­
ты фильтра в слое катионита образуются три зоны:исто­
щенного 1, работающего 2 и свежего 3 катионита
(рис. 9-2,6).
В начале работы фильтра остаточная жесткость умяг­
ченной воды будет весьма малой и постоянной (линия
Р и с. 9-2. График умягчения воды в катионитном фильтре.
/ — истощ енный катионит; 2 — зона у м ягчен и я; 3 — свеж ий катионит.
271
А Б на рис. 9-2,в) до момента совмещения нижних гра­
ниц зоны умягчения а2б2 и слоя катионита а3б3. С м мен­
та совмещения этих плоскостей начинается «проскок»
катионов Са2+ и М§2+ и увеличение остаточной жестко­
сти фильтрата (кривая Б Д ) до жесткости исходной воды
в точке Д при полном истощении катионита.
Площадь АБВГ, эквивалентная количеству катионов
Са2+ и Мд2+, поглощенных катионитом за рабочий
цикл, и равная ( Ж 0 —Ж ум) <72, является р а б о ч е й е м ­
к о с т ь ю ф и л ь т р а Е р, т. е. всего объема катионита,
загруженного в фильтр, где Ж о — жесткость исходной
воды, г-экв/м*\ Ж Уы — жесткость умягченной воды,
г-ж е/м3; с\ч — количество умягченной воды, пропущенной
через фильтр за рабочий цикл, ж3. Так как Ж ум гораздо
меньше, чем Жо, то ею можно пренебречь. Тогда Е р=
— ЖоЦг, г-же. Если величину Е р разделить на объем за­
груженного в фильтр катионита в набухшем состоянии,
равный ь — \Н, получим формулу для определения рабо­
чей обменной емкости катионита ер:
ер =
, г-ж е/м3,
(9-9)
где / — площадь поперечного сечения фильтра, ж2; Н —
высота загрузки катионита, м.
Площадь А Б Д Г (рис. 9-2,в) эквивалентна полной
обменной емкости катионитного фильтра. Площадь Б ВД
характеризует обменную емкость зоны умягчения, остав­
шуюся неиспользованной, которая называется о с т а ­
т о ч н о й . Она минимальна в том случае, когда ограни­
чивающие зону умягчения плоскости
и а2б2 горизон­
тальны. В действительности, как показывает опыт экс­
плуатации промышленных катионитных фильтров, зона
умягчения ограничивается искривленными поверхностя­
ми, при которых проскок катионов Са2+ и М§2+ начи­
нается преждевременно
вследствие гидравлического
перекоса. На кривой истощения катионита (рис. 9-2,в)
этому моменту соответствует точка Б'. В результате это­
го величина используемой емкости поглощения (пло­
щадь А Б 'В Т ) будет меньше, а остаточная емкость (пло­
щадь Б 'В 'Д ) будет больше, чем площадки А Б В Г и БВД.
После того как рабочая обменная емкость ер полностью
исчерпана и значительная часть обменных катионов за­
менена катионами кальция и магния, катионит исто­
щается и теряет способность умягчать воду.
27 2
Для восстановления рабочей обменной емкости ка­
тионита необходимо извлечь из него задержанные катио­
ны, заменив их обменными катионами. Процесс восста­
новления обменной емкости истощенного катионита на­
зывается его регенерацией. Р е г е н е р а ц и я истощенно­
го Ыа-катионита достигается фильтрованием через его
слой раствора поваренной соли (ЫаС1). Вследствие
относительно большой концентрации катионов натрия
в регенерационном растворе происходит замена ими по­
глощенных ранее катионов кальция и магния. Протекаю­
щие при этом реакции могут быть выражены следующи­
ми уравнениями:
Са-+ у Р~ + 2МаС1—2Ыа+ ~| Р ' + С а С 1 2;
(9_Ю)
М§2+ у Р7+2ЫаС1 - 2 Ы а + у К" + М§С12.
(9-11)
Поваренная соль применяется для регенерации
в основном вследствие ее доступности, а также вслед­
ствие того, что получающиеся при этом хорошо раство­
римые СаС12 и М^С12 легко удаляются с регенерационным
раствором и отмывочной водой. В процессе регенерации
при фильтровании раствора ЫаС1 сверху вниз через исто­
щенный катионит наиболее полный обмен катиона натрия
на содержащиеся в катионите катионы кальция и маг­
ния происходит в верхних слоях загрузки фильтра. При
пропускании через фильтр раствора ЫаС1 в последнем
возрастает концентрация вытесняемых из катионита ка­
тионов Са2+ и М§2+ и снижается концентрация катио­
нов Ыа+.
Увеличение концентрации противоионов (в данном
случае Са2+ и М^2+) в регенерационном растворе подав­
ляет диссоциацию истощенного катионита и ослабляет
процесс ионного обмена. Возникающий при этом п р от и в о и о н н ы й э ф ф е к т тормозит реакцию регенера­
ции, в результате чего по мере движения регенерирую­
щего раствора в нижние слои катионита регенерация
последнего протекает менее полно и некоторое количе­
ство катионов Са2+ и М§2+ остается невытесненным из
нижних слоев катионита. Для устранения этого недо­
статка можно пропускать через катионит все новые све­
жие порции раствора реагента. Но это вызовет значи­
тельное увеличение удельного расхода поваренной соли
и повышение стоимости обработки воды. Поэтому огра27а
ничиваются однократным пропуском регенерационного
раствора с количеством соли, превышающим в 3,0—3,5
раза стехиометрический расход, что обеспечивает отно­
сительно удовлетворительную регенерацию катионита.
При пропускании через такой отрегенерированный
фильтр сверху вниз умягчаемой жесткой воды, содержа­
щей катионы Са24 и М^24, она сначала приходит в со­
прикосновение с наиболее хорошо отрегенерированными
слоями катионита, молекулы которого содержат в своей
атмосфере почти исключительно катионы натрия. Поэто­
му в верхних слоях катионита катионный обмен протекает
достаточно полно и умягчаемая вода содержит мини­
мальное остаточное количество катионов Са2+ и М^;!+.
Однако по мере продвижения в нижние слои Ыа-катионита умягчаемая вода в результате обменных реакций
обогащается катионами натрия. В этих условиях в ре­
зультате противоионного эффекта процесс умягчения
воды тормозится, и некоторое количество катионов каль­
ция и магния остается в умягченной воде, которая
вследствие этого имеет некоторую остаточную жесткость.
Этот противоионный эффект, мало ощутимый для мягких
вод, становится заметным препятствием для глубокого
умягчения сильно минерализованных вод, у которых
вследствие замены катионов кальция и магния катиона­
ми натрия создаются высокие концентрации этого противоиона, снижающие эффект умягчения воды.
Следовательно, как полнота регенерации катионита
снижается по направлению движения регенерационного
раствора, так снижается и глубина умягчения воды,
фильтруемой в том же направлении. Если же регенера­
ционный раствор и умягчаемую воду пропускать в раз­
ных направлениях, последняя перед выходом из фильтра
соприкасается с наиболее хорошо отрегенерированными
слоями катионита, благодаря чему обеспечивается боле?
глубокое умягчение воды. Такой метод противоточного
катиоиирования позволяет значительно снизить расход
реагентов на регенерацию катионита, приближаясь
к стехиометрическим соотношениям обменивающихся
катионитов, не снижая при этом глубины умягчения
воды.
Умягчение воды путем Ыа-катионирования примени­
мо для вод с относительно малой карбонатной жест­
костью, превращение которой в бикарбонат натрия не
вызывает чрезмерного увеличения продувки парогенера274
горов, а также не создает опасной для парогенерато­
ров повышенной относительной щелочности котловой
воды.
Д л я более глубокого умягчения воды, а также в це­
лях экономии соли и увеличения продолжительности
фильтроцикла применяется двухступенчатое Ыа-катионирование. В этом случае в фильтрах первой ступени вода
подвергается умягчению до остаточной жесткости 0,05—
0,2 мг-экв/кг при обычных скоростях фильтрования
(15—20 м/ч). Затем умягченная вода пропускается через
фильтры второй ступени катионитовой установки, в ко­
торой жесткость предварительно умягченной воды уда­
ется снизить до 0,03—0,01 мг-экв/кг.
Незначительное содержание удаляемых катионов
в воде, поступающей на фильтры второй ступени, позво­
ляет осуществлять фильтрование через них воды с боль­
шей скоростью фильтрования (30—50 м/ч). Кроме ука­
занных выше достоинств двухступенчатого Ыа-катионирования, наличие фильтров второй ступени создает
своего рода барьер, препятствующий «проскоку» удаляе­
мых катионов при различного рода случайных отклоне­
ниях в условиях работы фильтров первой ступени (не­
своевременное отключение на регенерацию, недостаточ­
ная отмывка после регенерации, нарушение гидравличе­
ского режима, приводящее к гидравлическому перекосу
и увеличенному проскоку удаляемых катионов в фильтрат
первой ступени). Поэтому Ыа-катионитные фильтры вто­
рой ступени часто называют б а р ь е р н ы м и ф и л ьт р а м и.
При наличии барьерных фильтров упрощается экс­
плуатация установки, так как катионитные фильтры пер­
вой ступени могут отключаться на регенерацию не по
проскоку ионов Са2+ и М§2+, требующему тщательного
контроля жесткости воды после этих фильтров, а по ко­
личеству воды, пропущенной через них. Небольшое по­
вышение жесткости воды после фильтров первой ступени
неопасно, так как она будет задержана барьерными
фильтрами.
б) Водород-катионирование
Обработка воды путем водород-катионирования со­
стоит в фильтровании ее через слой катионита, содержа­
щего в качестве обменных ионов катионы водорода.
275
При Н-катионировании обрабатываемой воды проте­
кают следующие реакции:
Са2+ + 2 Н + Т К - — Са2+ 7 КГ + 2Н+;
(9-12)
М§2+ + 2 Н + I I?--* М§2+ I 1 Г + 2Н+;
Ыа+ + Н + |
N3+ | К ' + Н + ;
Н С 0 7 + Н+ — Н20 + С 0 2.
(9-13)
(9-14)
(9-15)
В результате приведенных реакций общая жесткость
Н-катионированной воды снижается до 10 мкг-экв/кг и
ниже, а карбонатная жесткость полностью удаляется,
вследствие чего происходит снижение солесодержания и
устранение щелочности воды. Так как в процессе Н-катионирования все катионы в воде заменяются катионами
водорода, то присутствующие в растворе сульфаты, хло­
риды и нитраты кальция, натрия и других катионов пре­
образуются в свободные минеральные кислоты (серную,
соляную, азотную, кремниевую).
Общая кислотность Н-катионированной воды при
этом равна сумме содержащихся в воде анионов мине­
ральных кислот 3 0 42-, С1~, Ы03~ и др. и для вод, не со­
держащих катионы Ь1а+, может быть принята равной
некарбонатной жесткости воды. Ввиду того, что катионированная вода является кислой, непригодной для пита­
ния парогенераторов Н-кац
тионирование всегда сочета­
ют с Ыа-катионированием
или анионированием, что
1
дает возможность нейтрали­
зовать кислотность и снизить
>-------щелочность
обработанной
В
. в
г
воды.
На рис. 9-3 изображен
л
И,
графически процесс Н-катиооо'ъем ф и л ь т р а т а , л
нирования раствора, содер­
Р ис. 9-3. П р оц есс Н -катионижащего катионы кальция и
рсвания р аствор а, с о д е р ж а щ е ­
натрия (при одноименном
го катионы кальция и натрия.
анионе с целью исключения
/ — кон цен тр ац ия катионов натри»
в исходном растворе; 2 — концен­
влияния его на реакцию ка­
т р а ц и я катион ов кал ьц и я в и сх о д­
тионного обмена). Процесс
ном
р аство р е;
3 — кон цен трац ия
катион ов н атри я в ф и л ьтр ате; 4 —
Н-катионирования в данном
кон ц ен тр ац и я
катион ов
кал ьц и я
случае
можно
разделить
в ф и л ьтр ате,
<
Ц
276
__________
условно на четыре стадии: 1) полное поглощение обоих
катионов из фильтруемого раствора (А —Г ); 2) проскок
в фильтрат катиона натрия й нарастание его концентра­
ции в фильтрате до концентрации в исходном растворе
(Г—Ж ) ; 3) вытеснение «атионом кальция поглощенного
ранее катиона натрия в фильтрат (Ж —М —Я); 4) про­
скок в фильтрат катиона кальция с увеличением его кон­
центрации в фильтрате до концентрации в исходном рас­
творе (И —Р ).
Рабочая обменная емкость Н-катионитов зависит
также от схемы подготовки воды, что можно установить
из дальнейшего рассмотрения рис. 9-3. При глубоком и
полном химическом обессоливании, когда требуется от­
ключение Н-катионитного фильтра на регенерацию в мо­
мент проскока катиона натрия, рабочая обменная ем­
кость Н-катионита будет определяться суммой площадей
А Б В Г и АДЕГ. Первая из них эквивалентна количеству
катионов натрия, поглощенных Н-катионитом к моменту
проскока их в фильтрат, а вторая — количеству катионов
кальция, поглощенных Н-катионитом к этому же момен­
ту. Если отключение Н-катионитного фильтра на регене­
рацию производится в момент, когда содержание катио­
нов натрия в фильтрате равно их концентрации в исход­
ной воде (один из случаев частичного обессоливания),
рабочая обменная емкость Н-катионита эквивалентна
сумме площадей А Б ЖГ и А Д З Л . При умягчении воды
путем комбинированного Н- и Ыа-катионирования, по­
зволяющего отключать Н-катионитные фильтры на реге­
нерацию в момент проскока солей жесткости, в частности
катиона Са2+, рабочая обменная емкость Н-катионита
определяется площадью АДКИ.
На рабочую обменную емкость катионита оказывают
влияние также анионный состав воды и величина его об­
щего солесодержания. Влияние этих факторов прояв­
ляется в различной степени для одного и того же катио­
нита при Н- и Ыа-катионировании, а также для различ­
ных катионитов. Если при Ыа-катионировании анионный
состав не оказывает существенного влияния на рабочую
обменную емкость сульфоугля, то при Н-катионировании
он приобретает решающее значение. На рис. 9-4 показа­
на зависимость величины рабочей обменной емкости
сульфоугля и катионитов К.У-1 и КУ-2 при применении
их в форме II катионитов от общего солесодержания
исходной воды и отношения концентрации бикарбонат277
ного иона к общей сумме анионов, т. е. от отношения
С
нсо~
/А, где А — С
нсо-
-{-С
4
3
Как видно из рис. 9-4, при повышении солесодержа­
ния исходной воды с 1 до 15 мг-экв/кг рабочая обменная
емкость катионита КУ-2 снижается примерно на 14%,
а катионита КУ-1 примерно на 27%- Величина отноше­
ния
Снсо_ / А не оказывает заметного влияния на ра­
бочую обменную емкость катионитов КУ-1 и КУ-2, но
в сильной степени влияет на рабочую обменную емкость
сульфоугля. При отсутствии в исходной воде бикарбонатных ионов, т. е. при
^ исо_ М = 0, рабочая обмен­
ная емкость сульфоугля' (до момента проскока натрия
в фильтрат) невелика, причем при солесодержании
исходной воды 1 мг-экв/кг она вдвое больше, чем при
солесодержании 15 мг-экв/кг. Когда же в воде содержат­
ся только бикарбонатные анионы, г. е. при Снго_ / Л = 1 ,
рабочая обменная емкость сульфоугля возрастает более
чем в 2 раза, причем величина солесодержания воды
почти перестает влиять на рабочую обменную емкость
сульфоугля.
Регенерация истощенного Н-катионита обычно осу­
ществляется фильтрованием через его слой 1,0—
1,5%-ного раствора серной кислоты. При большей кон­
центрации серной кислоты появляется опасность обра­
стания зерен Н-катионита отложениями сульфата каль­
ция из-за сравнительно малой растворимости последнего
(загипсование), следствием этого является безвозврат­
ная потеря катионитом ионообменной способности.
Протекающие в процессе регенерации реакции могут
быть выражены следующими уравнениями:
Са2+ | КГ + Н 25 0 4— 2Н+ | Я" + Са304;
(9-16)
М§2+ У Р2~ + Н,304 — 2Н+ у К- + М§504;
(9-17)
2Иа+ У К* + Н25 0 4 — 2Н+ у К* + Ыа250 4.
(9-18)
Д л я обеспечения большей полноты регенерации
Н-катионита применяется расход серной кислоты в коли278
Честве,
превышающем
в
1,25— 1,5 раза стехиометрический, что обеспечивает
вполне удовлетворительную
регенерацию катионита*,
При
умягчении
воды
Н-катионитные фильтры вы­
ключаются на регенерацию
при появлении проскока ка­
тионов Са2+ и М^2+, т. е. при
повышении жесткости филь­
трата, а при химическом
обессоливании—при появле­
нии проскока катионов N3+,
т. е. при снижении кислотно­
сти фильтрата.
Иногда применяется'«г оОтношение
лодная» регенерация
А
Н-катионитных фильтров. В
Рис. 9-4. Влияние величины с о ­
этом случае при катиониро- л есо д ер ж а н и я и анион н ого с о ­
вании происходит не глубо­ става и сходной воды на р а б о ­
кое умягчение исходной воды, чую обм ен н ую ем кость к ати о­
а разрушение ее карбонат­ нита (при уд ел ь н ом р а сх о д е
кислоты на р еген ер а­
ной щелочности без образо­ серной
цию 2 ,5— 3,0 г-э к в /г -э к в ).
вания кислого фильтрата. а — катионит • КУ-2; б — катионит
КУ*1; в — сульф оуголь; / — общ ее
Это достигается тем, что сол
есо дер ж ан и е
исходной
води
фильтры регенерируются та­ I м г-экв/кг-, 2 — то ж е 15 м г -э к в /к г .
ким количеством кислоты, ко­
торого недостаточно для вытеснения всех катионов, ранее
поглощенных из воды. Это приводит к расположению
в верхних частях фильтрующего слоя катионита с об­
менным катионом водорода, а в нижних — с обменными
катионами кальция и магния. Прошедшая через такой
фильтр вода не содержит сильных кислот и имеет незна­
чительную щелоч