2.4. Влияние примесей воды на надежность работы теплоэнергетического оборудования. Влияние накипи на работу котла
Влияние накипи на работу теплооб
Влияние накипи на работу теплообменного оборудования.
Надежность эксплуатации теплообменного оборудования в первую очередь обеспечивается соблюдением Правил Технической Эксплуатации (ПТЭ), качеством подпиточной и сетевой воды тепловых сетей.
При обращении воды в рабочем цикле котельной установки могут происходить три основных процесса, нарушающие нормальную работу теплотехнического оборудования:
- накипеобразование;
- шламообразование;
- коррозия металла
Нормирование качества питательной воды направлено на предотвращение накипеобразования и замедление процессов коррозии на поверхностях нагрева. Даже незначительные отклонения от норм приводят к существенному загрязнению сетевой воды окислами железа, а также к интенсивной коррозии металла водогрейных котлов. Ухудшение качества сетевой воды происходит и в результате присосов сырой воды. Повышение концентрации ионов-накипеобразователей и коррозионно-активных газов приводит к образованию отложений.
Образование слоя отложений:
- Ухудшает коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой среде и способствует тому, что температура стенки трубы становится выше температуры кипения воды при данном давлении.
- Приводит к повреждению металла появление свищей и разрывов труб Фото, так как теплопроводность соединений образующих накипь в 40 раз и более, ниже теплопроводности металла, поэтому даже тонкий слой отложений приводит к резкому повышению температуры металлических поверхностей нагрева. Слой накипи величиной 0,3 - 0,4 мм для котлов серии ДКВР опасен, а при толщине отложений более 0,5 мм эксплуатация котла должна быть запрещена.
- Ухудшает гидродинамический режим и нарушает нормальную циркуляцию воды в котле.
- Вызывает перерасход топлива. Так при толщине накипи около 1 мм перерасход топлива составит 3 - 15 % , поэтому при толщине отложений более 0,2 мм необходимо удаление отложений из эксплуатируемых котлов.
Образование в водогрейных котлах и теплообменниках отложений, нарушающих их нормальную работу, приводит к необходимости периодической очистки поверхностей нагрева.
teplomontaz-dp.narod.ru
Тема 1.3.7 вопрос 14 Поясните механизм перехода примесей в пар и влияние солесодержания пара на надежность и экономичность работы котла.
Качественные показатели воды в котле в процессе работы ухудшаются. С питательной водой в котел вносится дополнительное количество химических и механических примесей. Испаряющаяся вода уходит к потребителям в виде пара, оставляя основную часть солей в котле, что вызывает образование накипи и шлама.
Задачей обработки котловой воды является преобразование накипеобразующих веществ в шлам, который удаляется при продувании котла. Основными накипеобразователями являются соли кальция и магния, а для обработки воды используют преимущественно фосфаты натрия.
Эффективное осаждение накипеобразующих солей кальция происходит при введении тринатрийфосфата. При этом необходимо контролировать щелочность воды.
Для охлаждения конденсаторов СЭУ морских судов используют морскую забортную воду. Ее характерной особенностью является высокое общее солесодержание (до 35 000 мг/л).
Основными составляющими солесодержания являются хлористые соли СаСl2, MgCl2, NaCl. Через неплотности в соединениях конденсатора часть морской воды может поступать в конденсат пара, вследствие чего ухудшается качество питательной воды, а значит, и качество котловой воды (в частности, возрастает содержание хлоридов).
Солесодержания пара , независимо от источников их появления, при определенных условиях могут образовывать на стенках труб твердые отложения. Наиболее интенсивное образование отложений происходит в трубах испарительных и перегревательных поверхностей нагрева, расположенных в зоне интенсивного обогрева. Причем даже небольшой слой этих отложений вследствие низкого коэффициента его теплопроводности может недопустимо повысить температуру металла, а следовательно, привести к разрушению труб.
В процессе эксплуатации котла качество вырабатываемого им насыщенного пара может изменяться. При понижении качества вырабатываемого котлом насыщенного пара или увеличении его солесодержания от нормативного значения происходит интенсивное отложение накипи на внутренней поверхности труб пароперегревателя и теплообменных аппаратов. Пониженное качество вырабатываемого котлом насыщенного пара говорит о увеличенном солесодержании котловой воды, движущейся по циркуляционным контурам барабанного котла , что в свою очередь приводит к ускорению образования отложений на внутренних поверхностях нагрева барабанного котла , нарушению его нормальной работы и к интенсивному протеканию коррозионных процессов, могущих в сравнительно короткое время вывести из строя оборудование. Кроме того, при солесодержании вырабатываемого котлом насыщенного пара ниже нормативной величины, что говорит о пониженном солесодержании котловой воды, отвод постоянного количества продувочной воды из последней ступени испарения приводит к увеличению потери массы котловой воды и теплоты, содержащейся в ней, что понижает экономичность работы барабанного котла .
Технический результат заявленного решения заключается в повышении надежности и экономичности работы барабанного котла .
studfiles.net
Что такое накипь и ее вред для теплообменного оборудования
Накипь - твёрдые отложения, образующиеся на внутренних стенках труб паровых котлов, водяных экономайзеров, пароперегревателей, испарителей и других теплообменных аппаратов, в которых происходит испарение или нагревание воды.При нагреве воды соли, содержащиеся в ней, разлагаются на углекислый газ и нерастворимый осадок. Эти соли откладываются на ТЭНе и внутренних поверхностях устройств, приводя их в негодность.Пример накипи — твёрдые отложения внутри чайников.
ВИДЫ НАКИПИ
Причиной образования накипи на нагревательных элементах является чрезмерное количество растворенных в воде солей кальция и магния. Чем больше этих солей, тем более «жёсткой» является вода.По химическому составу преимущественно встречается накипь карбонатная (углекислые соли кальция и магния — CaCO3, MgCO3), сульфатная (CaSO4) и силикатная (кремнекислые соединения кальция, магния, железа, алюминия).
ВРЕД НАКИПИ
Накипь значительно ухудшает теплопроводность металла. Из-за дополнительной теплоизоляции электронагреватель увеличивает свою температуру до установления нового равновесия вырабатываемого тепла и его отдачи сквозь слой накипи. Поскольку при повышении температуры сопротивление проводника увеличивается, его мощность снижается. Следовательно, время на нагрев воды увеличивается — как за счёт замедления теплопередачи на начальном этапе, так и за счёт постоянного снижения мощности в рабочем режиме. Количество потреблённой электроэнергии для нагрева одинакового количества воды до одинаковой температуры при этом почти не меняется (меняется потребляемая мощность и время нагрева).Теплопроводность накипи в десятки, а зачастую в сотни раз меньше теплопроводности стали, из которой изготавливают теплообменники. Поэтому даже тончайший слой накипи создаёт большое термическое сопротивление и может привести к такому перегреву труб паровых котлов и пароперегревателей, что в них образуются отдулины и свищи, часто вызывающие разрыв труб.
БОРЬБА С НАКИПЬЮ
Образование накипи предупреждают химической обработкой воды (умягчение), поступающей в котлы и теплообменники.Недостатком химической обработки воды является необходимость подбора водно-химического режима и постоянного контроля за составом исходной воды. Также при использовании данного метода возможно образование отходов, требующих утилизации.Последние годы активно применяются методы физической (безреагентной) водоподготовки. Один из них — технология Hydropath, которая отталкивает растворенные в воде ионы солей жесткости от стенок труб оборудования. При этом вместо корки твердой накипи на стенках образуются взвешенные микрокристаллы, которые выносятся потоком воды из системы. При этом методе химический состав воды не изменяется. Нет вреда для окружающей среды, нет необходимости в постоянном контроле за работой системы.
___________________________________________________________________________________________________________________________
Вы можете купить профессиональное средство для прочистки теплообменного оборудования от накипи «МЕДЕСК» по низкой цене с доставкой в следующие регионы: Москва и Московская область, Белгород, Курск, Липецк, Орел, Смоленск, Тамбов, Тверь, Тула, Ярославль, Петрозаводск, Сыктывкар, Вологда, Калининград, Мурманск, Великий Новгород, Псков, Нальчик, Владикавказ, Краснодар, Ставрополь, Астрахань, Волгоград, Ростов-на-Дону, Чебоксары, Киров, Нижний Новгород, Оренбург, Пенза, Екатеринбург, Тюмень, Челябинск, Ханты-Мансийск, Салехард, Красноярск, Иркутск, Новосибирск, Омск, Чита, Якутск, Магадан, Южно-Сахалинск, Уфа, Брянск, Владимир, Саратов, Ульяновск, Сочи, Череповец, Дзержинск, Сургут, Санкт-Петербург и Ленинградская область, Белгородская область, Брянская область, Владимирская область, Курская область, Липецкая область, Орловская область, Смоленская область, Тамбовская область, Тверская область, Тульская область, Ярославская область, Вологодская область, Калининградская область, Мурманская область, Новгородская область, Псковская область, Республика Карелия, Воркута, Астраханская область, Волгоградская область, Краснодарский край, Ростовская область, Ставропольский край, Кировская область, Нижегородская область, Оренбургская область, Пензенская область, Саратовская область, Удмуртская Республика, Ульяновская область, Тюменская область, Ханты-Мансийский АО, Челябинская область, Ямало-Ненецкий автономный округ, Иркутская область, Красноярский край, Новосибирская область, Омская область, Магаданская область, Республика Саха (Якутия), Сахалинская область, Дзержинск, Брянский район, Вологодский район, Череповецкий район, Новгородский район, Псковский район, Чебоксарский район, Тюменский район, Сургутский район, Иркутский район, Омский район.
perhim.ru
Тема 1.3.7 вопрос 10 Поясните механизм образования и состав накипи в трубах котла.
Напряженность работы поверхностей нагрева котла, следовательно, и их срок службы зависит от толщины отложений накипи и от скорости их образования, и не как не зависит от остаточного проходного сечения трубы (многие считают, чем больше диаметр трубы, тем дольше она зарастает накипью, при этом сохраняя достаточный проход для протока воды). Даже небольшое отложение накипи ухудшает теплообмен, приводит к напряженной работе металла труб и чревато возможным выходом из строя котла.
Накипь на стенках труб – это выпавший при кипении воды твердый осадок кальциевых соединений. Причиной отложения накипи на стенках труб служит пристеночное кипение воды в трубах, которое возможно, как и застойных зонах, так и при движении воды в трубах.
Механизма образования отложений накипи. Отложение накипи может происходить при движении воды. Чтобы понять причины данного процесса и оценить технические решения по снижению интенсивности образования накипи безреагентным способом (невозможно полностью исключить возможность образования накипи безреагентным способом), реализованные в разных конструкциях котлов, рассмотрим режимы течения жидкости. Режим движения жидкости бывает ламинарным и турбулентным. При ламинарном режиме течение устойчивое, а струйки потока движутся, не смешиваясь, плавно обтекая встречающиеся на их пути препятствия. Турбулентный режим характеризуется беспорядочным перемещением конечных масс жидкости, сильно перемешивающихся между собой. Режим движения жидкости зависит от соотношения сил инерции и сил вязкости (внутреннего трения) в потоке, которое выражается критерием (числом) Рейнольдса. Для каждой конкретной установки существует некоторый диапазон «критических» значений числа Re, при которых происходит переход от одного режима к другому (переходная область). Нижний предел критического числа Re для трубы круглого сечения составляет около 2300. Верхний предел числа Re зависит от условий входа в трубу, состояния поверхности стенок и т. д. При движении реальной (вязкой) жидкости слой, непосредственно прилегающий к твердой поверхности, прилипает к ней. Вблизи твердой поверхности устанавливается переменная по сечению скорость, возрастающая от нуля на этой поверхности до скорости w невозмущенного потока. Эту область переменной по сечению скорости называют пограничным, или пристеночным слоем. При движении потока в прямых трубах различают начальный участок течения и участок стабилизированного течения. Начальный участок - участок трубы, в котором равномерный профиль скорости, соответствующий сечению на входе через плавный коллектор, постепенно переходит в нормальный профиль стабилизированного течения. При ламинарном режиме стабилизированный профиль скорости устанавливается по параболическому закону, а при турбулентном режиме - приближенно по логарифмическому или степенному закону. При турбулентном режиме область с пониженными скоростями меньше чем при ламинарном режиме. Следовательно, вероятность пристеночного кипения меньше. Число Re прямо-пропорционально скорости жидкости и внутреннему диаметру трубы. Следовательно, чтобы добиться турбулентного режима движения жидкости в трубе большего диаметра с сохранением скорости движения, необходимо увеличить расход жидкости. Применение труб меньшего диаметра более оправдано с точки зрения интенсивности теплообмена и механизма образования отложений накипи , с попутным сокращением затрат на металл и эксплуатационных затрат на преодоление гидравлического сопротивления котла , и как следствие сокращение затрат на электроэнергию.
studfiles.net
Влияние накипи и сажи на теплопередачу в котле
Рассмотрим влияние накипи и сажи на теплопередачу в котле, используя данные нормативного метода расчета котлов. Принимаем толщину стенки трубы стального водотрубного котла δ1 = 3,5 мм, а отложившиеся на ней слой накипи толщиной δ2 = 2 мм и слой сажи δ3 = 1мм. Коэффициенты теплопроводности стенки λ1, накипи λ2 и сажи λ3соответственно принимаем равными 39; 0,1 и 0,05 ккал/(м∙ч∙град) [45; 0,116 и 0,058 Вт/(м2∙К)]. Значения коэффициентов теплоотдачи: от газов к стенке α1 =20 ккал/(м2∙ч∙град) [23,2 Вт/(м2∙К)]; от стенки к воде α2 = = 6700 ккал/(м2∙ч∙град) [1160 Вт/м2∙к]. Температуру газов принимаем равной tгаз = 800 °С, воды t = 90 °C.Расчеты производим для чистой и загрязненной стенок стального котла.А. Стенка котла чистаяНайдем коэффициент теплопередачиK = (l/α1 + δ1/λ1+l/α2)-1 =(1/20 + 0,0035/39 + 1/6700)-1 = 19,9ккал/(м2∙ч∙град) =23,1Вт/(м2∙град)и тепловой поток через стенкуq = K•Δt = 19,9∙(800-90)= 14129 ккал/(м2∙ч) = 16429 Вт/(м2).Определим температуру наружной поверхности стенки трубы, воспользовавшись формулой tст = tгаз – q/ α1 =800 – 14129/20=94 °С.Из расчета видно, что при чистой стенке, котла температура ее мало отличается от температуры воды внутри котла.Б. Стенка котла загрязненнаяПовторив весь расчет, найдемK = (l/α1 + δ1/λ1 + δ2/λ2+ δ3/λ3 +l/α2)-1 =(1/20 + 0,0035/39 + 0,002/0,1 + 0,001/0,05 + 1/6700)-1 = 11,1 ккал/(м2∙ч∙град) =12,9 Вт/(м2∙град)q = KΔt = 11,1∙(800-90)= 7881 ккал/(м2∙ч) = 9164 Вт/(м2)tст = tгаз – q/ α1 =800 – 7881/20=406 °CИз расчета видно, что отложение сажи нежелательно тем, что она, обладая малой теплопроводностью, затрудняет передачу теплоты от топочных газов к стенкам котла. Это приводит к перерасходу топлива, снижению выработки котлами пара или горячей воды.Накипь, имея малую теплопроводность, значительно уменьшает передачу теплоты от стенки котла к воде, в результате чего стенки, сильно перегреваются и в некоторых случаях; разрываются, вызывая аварии котлов.Сравнивая результаты расчета, видим: теплопередача через загрязненную стенку уменьшилась почти в два раза уменьшилась количество тепла, температура стенки трубы поверхности котла при накипи возросла до опасных, по условиям прочности металла, пределов, что может привести к разрыву трубы. Этот пример наглядно показывает необходимость регулярной очистки котла как от накипи, так и от сажи или золы. Также из примера видно, что ухудшение теплообмена зависит от величины отложений и никак не зависит от величины диаметра трубы.
ООО Котельный завод производит водогрейные котлы в которых учтены все возможные механизмы повышения теплопередачи. Для удобство регулярной очитски поверхностей нагрева котельного блока в обшивке котла изготавливаются люки и двери. Для уменьшения отложения накипи солей на внутренних поверхностях нагрева при проектировании закладываются высокие скорости теплоностителя.
teplo-faq.net
Виды накипеобразования на поверхностях нагрева в судовой энергетике
Показатели качества воды
Воду, находящуюся постоянно в природном круговороте, условно делят на атмосферную, поверхностную, подземную (грунтовую) и морскую. Каждая из этих видов воды имеет свои качественные показатели, от которых зависит возможность ее использования в тех или иных целях.
В судовой энергетике применение воды сводится обычно к роли теплоносителя и с этой точки зрения предпочтительнее среда с минимальной минерализацией. Однако обычная пресная вода (поверхностная) всегда содержит примеси солей и растворенные газы.
По химическому составу примеси природных вод делят на минеральные и органические.
Минеральные примеси обусловливаются содержанием в воде различных солей, кислот, оснований, находящихся преимущественно в диссоциированной форме, т. е. в виде катионов и анионов. К этой же группе примесей относятся и растворенные газы N2,О2, СО2, Nh4, Ch5, h3S.
Органические примеси состоят из гумусовых веществ, вымываемых из почв, а также органических веществ различных типов, поступающих из всевозможных стоков (сельскохозяйственных, промышленных).
Природные воды характеризуются высоким содержанием катионов Na+, К+, Са+, Mg+ со следами NH+, Fe2+, Мп2+, Cu2+, Zn2+, Ni2+, Al3+. Среди анионов в составе примесей основными являются НСО3, Сl-, SO2-4, HsiO-3, NO3, CO2-3. При этом натрий и калий практически не образуют труднорастворимых соединений, в то время как кальций и магний являются важнейшими примесями в процессе загрязнения теплопередающих поверхностей. Они вступают в реакцию с анионами и образуют соли с низкими коэффициентами растворимости.
В судовых условиях различают воду следующих видов:
- питательную,
- котловую,
- конденсат,
- дистиллят,
- добавочную,
- загрязненную нефтепродуктами (сточную, льяльную).
Для котлов питательной водой служат конденсаты пара, отработавшего в главном турбоагрегате, турбогенераторах, турбоприводных насосах, подогревателях и других потребителях пара. Во время работы котла имеют место неизбежные потери воды и пара через неплотности в арматуре и трубопроводах, на сажеобдувочные устройства, на форсунки, с продувками котла и пр. Для восполнения этих утечек используют добавочную воду, в качестве которой используют дистилляты от испарителей или запасы пресной воды. Для приготовления дистиллята применяют забортную воду. Котловой водой называется вода, находящаяся внутри котла (во всех его элементах).
Рассмотренные виды воды существенно различаются по качеству, которое оценивают по таким показателям, как жесткость, содержание хлоридов, щелочность, фосфатное число, концентрация водородных ионов, содержание кислорода, масла и других нефтепродуктов и различных примесей.
Жесткость - это одна из основных характеристик качества воды. Самым распространенным показателем является общая жесткость ЖO - сумма всех растворимых в воде солей кальция (кальциевая жесткость) и магния (магниевая жесткость), выраженная в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л).
Для пересчета выраженных в единице мг/л концентраций кальция и магния в единице мг-экв/л их значения делят на эквивалентные массы этих катионов, т. е. используют следующие соотношения: 1 мг-экв/л жесткости = 20,04 мг/л Са+2 , 1 мг-экв/л жесткости = 12,16 мг/л Mg2+, где 20,04 и 12,16 - эквивалентные массы кальция и магния.
Таким образом, общая жесткость может быть представлена суммой карбонатной ЖKи некарбонатной ЖНК составляющих или кальциевой ЖСа и магниевой ЖMg жесткостью: ЖO= ЖK + ЖНК = ЖСа + ЖMg.
С повышением общей минерализации воды возрастает магниевая составляющая, а кальциевая уменьшается. Например, вода в Неве содержит около 0,44 мг-экв/л Са2+ и 0,1 мг-экв/л Mg2+, а для воды Средиземного моря эти показатели соответственно 3,3 и 223 мг-экв/л.
Карбонатная жесткость обусловливается присутствием в воде бикарбонатов кальция и магния: Са(НСО3)2 и Mg(HCО3)2. Карбонатную жесткость иногда называют временной, так как в процессе работы котла она уменьшается. Это вызывается тем, что бикарбонаты при нагреве воды разлагаются и образуют нерастворимые соли, которые скапливаются на поверхности нагрева (накипь). Например, растворенный в воде бикарбонат кальция при нагревании и кипении воды распадается на карбонат кальция СаСОз и угольную кислоту НСОз. Карбонат кальция выпадает в осадок.
Некарбонатная жесткость обусловливается другими солями кальция и магния, которые при нагреве воды химически не изменяются и остаются растворенными. Эти соли жесткости выпадают лишь в зоне испарения, когда концентрация их превысит предел растворимости. К этой группе относятся соли, образующиеся в результате взаимодействия Са и Mg с сильными кислотами (хлориды, сульфаты, силикаты, нитраты). Некарбонатную жесткость иногда называют постоянной (остаточной).
Хлориды - это соли соляной кислоты. Наиболее распространенной солью является хлорид натрия NaCl. Вследствие хорошей растворимости в воде (26,4 % при 15 °С; 28,4 % при 100 °С) хлорид натрия является основной составляющей солености воды, т. е., говоря о содержании хлоридов в воде, имеют в виду ее соленость. Выражается соленость через концентрацию NaCl или хлор-иона и измеряется единицей мг/л. Однако следует иметь в виду, что есть и отдельный показатель - общее солесодержание, под которым подразумевается суммарная концентрация (мг/кг) в воде молекулярно-дисперсных веществ.
При использовании пресной береговой воды в качестве добавочной происходит приток хлористых солей (наряду с другими) в котловую воду в большей степени, чем при использовании для этой цели дистиллята, в котором содержание хлоридов не превышает 5-10 мг/л. Таким образом, одним из источников увеличения хлоридов в котловой воде является добавочная вода.
Для охлаждения конденсаторов СЭУ морских судов используют морскую забортную воду. Ее характерной особенностью является высокое общее солесодержание (до 35 000 мг/л). Основными составляющими солесодержания являются хлористые соли СаСl2, MgCl2, NaCl. Через неплотности в соединениях конденсатора часть морской воды может поступать в конденсат пара, вследствие чего ухудшается качество питательной воды, а значит, и качество котловой воды (в частности, возрастает содержание хлоридов).
Щелочность, являющаяся одним из важнейших показателей качества котловой воды, представляет собой сумму миллинормальных концентраций всех анионов слабых кислот и ионов гидроксила. Она обусловливается прежде всего присутствием в воде ионов ОН-, СO2-3, НСО3, РО3-4.
В зависимости от того, какой вид ионов присутствует в воде, щелочность называют соответственно гидратной ЩГ(OH-), карбонатной ЩК(СO2-3), бикарбонатной ЩБК(НСО3), фосфатной ЩФ(РО3-4). Общая щелочность равна их сумме: ЩО= ЩГ+ ЩК+ ЩБК+ ЩФ.
Оценивается щелочность содержанием щелочных солей, пересчитанных на NaOH. Эта величина называется щелочным числом и выражается в мг/л NaOH.
В судовой документации (особенно судов зарубежной постройки) иногда щелочность выражается содержанием ионов водорода, т. е. используется водородный показатель рН. Для котловой воды рН ≥ 9,0 -10. Водородный показатель рН является наиболее достоверным показателем коррозионной активности воды.
При определении щелочности судовой лабораторией водоконтроля результаты получаются в нормальных единицах измерения - мг-экв/л. В нормативных документах указываются объемные единицы измерения - мг/л. Для перехода от единицы мг-экв/л к мг/л при определении показателя щелочности воды используют коэффициент 40, соответствующий химическому эквиваленту NaOH, т. е. результат анализа умножают на 40.
Фосфатное число котловой воды контролируют при поддержании фосфатно-нитратного водного режима. Фосфаты - это растворенные в воде соли фосфорной кислоты. В котловой воде должен быть всегда избыток фосфатных ионов РО3-4, что исключает выпадение в осадок накипеобразующих соединений кальция и магния. Следовательно, это приводит к предотвращению образования накипи.
Содержание фосфатов определяется обычно количеством ионов РО3-4 или выражается в виде окисла Р2О5 и измеряется в единице мг/л. Перейти от РО3-4 к Р2О5 можно расчетным путем.
Для поддержания фосфатно-нитратного водного режима в котловую воду вводят нитраты в виде натриевой селитры NaNO3 Нитраты образуют на поверхности металла, т. е. на внутренних стенках котла, защитную пленку, которая препятствует развитию коррозии. Нитрат натрия не принимает участия во внутрикотловых процессах, и его количество в котловой воде уменьшается в процессе работы вследствие уноса паром и продувания котла.
Содержание нитратов в котловой воде выражается нитратным числом в мг/л NaNО3. Его значение обычно составляет около 50 % щелочного числа котловой воды.
При исследовании влияния качества воды на внутрикотловые процессы для оценки качественного и количественного составов воды используют показатели ее электропроводности.
Накипеобразование на поверхностях нагрева. В процессе работы котла в котловой воде протекают различные физико-химические процессы, обусловливающие разрушение одних соединений и образование других. Это приводит к возникновению веществ с различной степенью растворимости. Труднорастворимые вещества выделяются из воды в виде осадка, образующего при определенных условиях накипь или шлам.
Накипью называют плотные отложения, возникающие на поверхности нагрева. К шламу относятся выпадающие вещества в виде подвижного осадка, которые могут также образовывать вторичную накипь, прикипая к поверхности труб.
Образование осадка в виде накипи или шлама происходит при наличии пересыщенного раствора, т. е. высокой концентрации солей. Испарение котловой воды, подача питательной и добавочной воды с более высокой минерализацией создают благоприятные условия для этого процесса. Произведение концентраций находящихся в растворе ионов труднорастворимого вещества называется произведением растворимости,т.е.
ПР = СКТСАН
где СКТ ,САН- концентрация соответственно катиона и аниона труднорастворимого соединения.
Произведение концентраций при данной температуре является постоянной величиной и, если СКТСАН > ПР, происходит выпадение осадка (твердой фазы). Образующиеся в толще воды кристаллические частицы осаждаются на поверхности нагрева в виде слоя накипи или остаются во взвешенном состоянии как подвижный шлам.
Накипь может появиться в результате увеличения концентрации одного из ионов, образующих труднорастворимые соединения, что является следствием химических процессов.
Таким образом, низкое содержание Са в воде еще не означает, что не будет кальциевых отложений.
Наибольшее влияние на процесс накипеобразования оказывают катионы Са2+ и Mg2+ и анионы С2-3, ОН-, SO2-4, SiO2-3. Определенные сочетания этих катионов и анионов в виде солей представляют собой труднорастворимые вещества. Накипеобразующими соединениями, например, являются: карбонат кальция и магния (СаСО3, MgCO3), гидрат магния (Mg(OH)2), сульфат кальция (CaSO4), силикаты кальция и магния СаSiO3, MgSiO3).
Карбонат кальция образуется в результате нагрева из бикарбоната: Са(НСО3)2→СаСО3 +h3O+СО2.
Повышение концентрации в воде углекислоты СО2 может смещать равновесие реакции влево, т. е. ведет к образованию бикарбоната. Однако для котловой воды, где идет процесс кипения и СО2 удаляется, наиболее характерен переход Са(НСО3)2 в карбонат СаСО3.
Аналогичная реакция идет и с бикарбонатом магния при нагревании: Mg(HCO3)2 → MgCO3 + Н2О + СО2.
При нагревании воды с высокой щелочностью происходит гидролиз карбоната магния с образованием труднорастворимого соединения гидроокиси магния: MgCO3 + 2Н2О → Mg(OH)2 + h3CO3.
Карбонаты кальция образуют в котле карбонатную накипь. С повышением щелочности воды они осаждаются в грубодисперсном состоянии и входят в состав шлама.
Соединение Mg(OH)2 находится в воде преимущественно в виде шлама и может образовывать вторичную накипь (прикипание осаждающегося шлама).
Силикаты CaSiO3 и MgSiO3 в природной воде находятся в коллоидальной форме в небольшом количестве. Однако в случае образования силикатной накипи на поверхности нагрева слой загрязнения становится прочным, трудноудаляемым.
Одной из причин образования насыщенных растворов и выпадения осадка является понижение растворимости некоторых соединений при повышении температуры воды. Такие соединения имеют отрицательный коэффициент растворимости. К ним относятся СаСО3, CaSO4, Mg(OH)2, CaSiO4, MgSiO3.
Вторичную накипь могут образовывать продукты коррозии металла, заносимые в котел с питательной водой.
seaman-sea.ru
2.4. Влияние примесей воды на надежность работы теплоэнергетического оборудования
Растворенные в воде вещества вызывают те или иные неполадки в работе энергетического оборудования. В основном это связано с образованием в тепловых агрегатах накипных отложений и коррозии.
При большей щелочности и солесодержании имеет место вспенивание котловой воды и занос солей в пароперегреватель.
В настоящее время в котлах предусматриваются специальные сепарационные устройства, ступенчатое испарение, промывка пара и другие способы, способствующие получению чистого пара. Допускаемое конструкцией котла солесодержание в чистом и солевом отсеках оговаривается заводом-изготовителем в паспортных данных к котлу.
В теплофикационных водогрейных котлах кроме карбонатных отложений при подогреве воды выше 130 °С сильно снижается растворимость CaSO4, что потребовало принять нормы качества подпиточной и сетевой воды, исключающие выпадение из раствора гипса (образующего очень плотные накипи).
В теплообменной аппаратуре, работающей при 25–50 °С возникают так называемые низкотемпературные отложения, основным компонентом которых является карбонат кальция (СаСО3).
Образующиеся накипные отложения значительно снижают теплопроизводительность теплообменников (иногда требуется установка дополнительных), а также увеличивают потери напора в трубках.
В подогревателях горячего водоснабжения (подогрев воды до 70 °С), использующих недеаэрированную исходную воду, накипные отложения могут быть весьма велики, поэтому применение исходной воды без предварительной обработки ограничивается соответствующими нормами.
Наряду с карбонатными отложениями в теплообменной аппаратуре идет накопление продуктов коррозии. Довольно характерным является состав отложений, отобранных из подогревателей горячего водоснабжения (состав приводится в процентах): Са – 25,96; MgO – 1,97; Fe2O3 – 23,46; SiO2 – 6,2; SO3 – 0,42; потери при прокаливании составляют 36 %.
В современных котлах, особенно сжигающих высококалорийное топливо (газ, мазут), тепловой поток в экранных трубках может достигать 580–700 кВт/м2 [500–600 Мкал/(м2·ч)]. Образование на внутренней поверхности нагрева незначительных по толщине (около 0,1–0,2 мм) малотеплопроводных отложений приводит к перегреву металла и, как следствие, к появлению отдулин, свищей и даже разрывов экранных труб.
Отложения, образующиеся непосредственно на поверхностях нагрева, принято называть первичной накипью; грубодисперсные частицы, находящиеся в объеме воды (шлам), впоследствии могут оседать на поверхности нагрева, образуя вторичные отложения (вторичная накипь).
Образование отложений на поверхности нагрева происходит вследствие протекания в нагреваемой среде процессов, связанных с образованием труднорастворимых веществ вследствие концентрирования солей при многократном упаривании в котле, питательной воды, а также понижения растворимости ряда веществ с повышением температуры.
По химическому составу накипи подразделяют:
а) на накипи щелочноземельных металлов, которые содержат 
;
;
;.В зависимости от преобладающего аниона они разделяются на карбонатные, сульфатные, фосфатные и силикатные.
б) железнокислые и железнофосфатные накипи;
в) медные накипи.
Как уже отмечалось, карбонатная накипь образуется в теплообменниках, тепловых сетях, конденсаторах турбин и др. В условиях кипящей среды 
обычно выпадает в виде шлама.
Сульфатные накипи, как правило, образуют плотные отложения, прочно связанные с металлом.
Силикатные накипи сложны по своему составу (
;;и др.), а по своей структуре разнообразны и образуют плотные, пористые и комковые отложения.
Железоокисные накипи, состоящие в основном из магнетита (Fe3O4), отлагаются обычно в зоне высоких температур (экранные трубы).
Железофосфатные накипи [NaFePO4; Fe3(PO4)2] образуются при повышенном содержании в котловой воде железа, фосфата натрия и низкой ее щелочности.
В медных накипях содержится до 30 и более процентов меди с примесями окислов железа, соединений кальция и магния. Медь в накипи присутствует в виде металла и окислов. Такие накипи образуются в зонах высоких температур на стороне трубы, обращенной в топку.
Поступает медь в котел с питательной водой как продукт коррозии латуни и других медных сплавов конденсатного тракта.
Все материалы, из которых выполняется теплоэнергетическое оборудование, в силу своей природы подвергаются коррозии – разъеданию под воздействием среды.
При плохо налаженной деаэрации коррозии подвергаются трубопроводы, теплообменная аппаратура, аккумуляторные баки и другое оборудование.
Скопление продуктов коррозии на участках теплосети с малыми скоростями может привести к увеличению гидравлического сопротивления сети, снижению ее пропускной способности, забиванию коррозионными отложениями местных систем отопления.
Таким образом, примеси, попавшие в пароводяной тракт теплоэнергетических объектов, снижают надежность и повышают аварийность теплоэнергетического оборудования и тепловых сетей.
studfiles.net
