Карбонат кальция задает загадки…

Образование отложений, состоящих из карбоната кальция, является одной из причин весьма частых неполадок в работе энергооборудования, в том числе и оборудования ВПУ. В некоторых из них не удается быстро раскрыть механизм происходящих при этом процессов. Опишем четыре из подобных случаев.

Случай 1. На одной из ТЭЦ Южного Урала имеются две параллельно работающих ВПУ с одинаковым составом оборудования при наличии известковых предочисток.

Однажды при посещении Г.П. Сутоцким этой ТЭЦ начальник химцеха обратился с просьбой помочь разобраться со странным явлением. В ВПУ-2 в отличие от ВПУ-1 наблюдалось интенсивное образование отложений в системе гидромешалок и дозаторов. Ярким свидетельством этому являлось наличие постоянной «прочистки» в дозаторе в виде ерша, которым операторы этой ВПУ должны были пользоваться каждую смену. Необходимость подобной «прочистки» на ВПУ-1 отсутствовала.

Обе ВПУ имели общее реагентное хозяйство подготовки известкового раствора.

Объяснить данное явление сразу невозможно, но на следующий день, находясь на ВПУ-1, было обращено внимание на то обстоятельство, что для разбавления известкового молока используется натрий-катионированная вода, а не вода после осветительных фильтров (по обычной проектной схеме).

Г.П. Сутоцкого внезапно осенила мысль, и он задал вопрос: «А какая вода для данной цели используется на ВПУ-2?».

«Исходная» – ответил начальник химцеха.

Загадка была решена. Исходная вода с карбонатной жесткостью 3 ммоль/дм³ и явилась причиной наблюдаемого явления.

Отложения, состоящие из карбоната кальция, на ВПУ-2 в системе гидромешалок и дозаторов образовались за счет реакции взаимодействия бикарбоната кальция в воде, используемой для разбавления известкового молока с содержащимся в нем гидроксида кальция:

Са(НСО₃)₂ + Са(ОН)₂ = 2СаСО₃ + 2Н₂О.

После небольшой переделки схемы и организации использования так же, как на ВПУ-1, катионированной воды для разбавления известкового молока, проблема была решена.

Случай 2. При приезде на Актюбинскую ТЭЦ Г.П. Сутоцкого попросили дать объяснение непонятному явлению. ТЭЦ сжигала уголь Карагандинского месторождения. Система гидрозолоудаления имела трубопровод для транспорта золы в шламохранилище протяженностью около 3 км. В начальной части трубопровода наблюдалась небольшая коррозия металла его внутренней поверхности. Этот участок трубопровода имел небольшие отложения (анализ показал, что они в основном состояли из карбоната кальция).

Конечный участок трубопровода был свободен от отложений и не имел следов коррозии.

Согласно анализам, производимым неоднократно, химический состав фильтрованной воды как в начале пульпопровода, так и в его конце был примерно одинаков. Вода имела высокую щелочность по фенолфталеину (больше 5 ммоль/дм³) и значение рН больше 12,0.

С похожим явлением к данному времени Г.П. Сутоцкий уже встречался, занимаясь водно-химическим режимом оборотных циклонов газоочисток конвертных печей, и поэтому объяснение наблюдаемому эффекту было найдено и доказано немедленно.

Вооружившись приспособлениями для «быстрого фильтрования» пробы пульпы на месте ее отбора и склянками для переноса отфильтрованных проб в лабораторию, Г.П. Сутоцкий вместе с начальником химлабораториии сделали анализ, взятой пробы.

Устройством для «быстрого фильтрования» явилась большая воронка с тампоном ваты вместо фильтра.

Отбор и фильтрование производилось с длительностью не более двух минут.

Анализ проб, изготовленных таким образом, дал следующие результаты: фильтрат пульпы в начале трубопровода имел щелочность по ф.ф. = 0 ммоль/дм³, рН=6,5; фильтрат пульпы в конце трубопровода – щелочность по ф.ф. = 5,0 ммоль/дм³, рН=12,0.

Таким образом, был представлен следующий механизм процессов, происходящих в «мокрых» газоочистках котлов. В воде, орошающей циклоны, очень быстро растворяются кислые газы (SО₂, СО₂), которые резко повышают агрессивность исходной воды, нейтрализуя ее щелочные составляющие. По мере движения воды с золой пульпой по трубопроводу происходит постепенное выщелачивание из золы щелочных составляющих (в основном гидроксида кальция). В трубопроводе постепенно повышается значение рН воды. Начиная с некоторой точки, значения рН оказывается достаточным для выпадения карбоната кальция в твердую фазу.

В последней четверти трубопровода этот процесс в основном завершается (расходуются все карбонатные ионы). Высокое значение рН среды защищает металл трубопровода от коррозии.

Без «быстрого фильтрования» все эти процессы завершаются в пробах суспензий, приносимых в лабораторию. Анализ фильтрата из них фиксирует примерно одинаковые данные как по щелочности, так и по значению рН.

Изложенный механизм процесса позволил рекомендовать и метод борьбы с локальными отложениями – организацию замедления процесса кристаллизации карбоната кальция, например, за счет омагничивания пульпы или ввода комплексообразователя.

Случай 3. В начале семидесятых годов в Центральный котло-турбинный институт был послан отрезок трубы диаметром 50 мм из системы горячего водоснабжения нашего посольства в Пекине, полностью забитый плотными отложениями ослепительно белого цвета. Необходимо срочно было сделать анализ отложений и результат об их составе сообщить в Москву для передачи по дипломатическому каналу в Пекин.

Отношения нашей страны с КНР в то время были в фазе конфронтации. Снабжение советского посольства горячей водой было прекращено. Это вынудило персонал затопить собственную резервную котельную и снабжать ее водой из артскважины. Выполненный анализ отложений из трубы указал на наличие 98 % карбоната кальция СаСО₃ в них.

Труднее было организовать выезд специалиста на место событий. Пока он добирался до Пекина, вновь была подана в посольство горячая вода, и работа собственной котельной не потребовалась. Неизвестно, был ли учтен в МИДе этот урок при организации резервных котельных на территории потенциально недружественных государств?

Для котлов нужна не только «мокрая», но и «мягкая» вода.

В приведенном случае карбонатная жесткость воды из артскважины оказалась на уровне 6 ммоль/дм³.

Из каждого кубометра такой воды в осадок выпадало около 250 г карбоната кальция по общеизвестной реакции термического распада его бикарбоната:

Са(НСО₃)₂ СаСО₃+Н₂О+СО₂ .

Случай 4. Из-за высоких отложений на трубопроводах, отсекающей арматуре, оборудовании, приведших к аварийному состоянию физиолечебницы в г.Омске, главный врач вынужден был в 1985 г. обратиться за технической помощью в Омскэнерго, чтобы не прекращать физиолечение высокоминерализованной хлоридно-натриево-кальциевой водой, с содержанием солей до 30 г/дм³. Артскважина находилась на территории лечебницы.

Химической службе Омскэнерго было поручено произвести обследование и выдать свои рекомендации.

При первом посещении были отобраны пробы отложений, которые действительно за короткий срок эксплуатации забивали трубопроводы, и проходимость воды через трубы диаметром 100 мм практически прекращалась. Механическая очистка была невозможна.

Выполненный анализ показал, что отложения по химическому составу представляют в основном карбонат кальция СаСО₃.

Благодаря имеющемуся практическому опыту по растворению различных отложений, был быстро подобран растворитель для химической очистки.

Лабораторный эксперимент химической очистки был произведен в кабинете главного врача в присутствии всех технических специалистов лечебницы. В химический стакан объемом 500 мл поставили небольшой отрезок трубки, забитой отложениями, и залили 5-процентным раствором соляной кислоты. Начался бурный процесс очистки с выделением газообразного диоксида углерода.

Итак, проблема на тот период времени была решена. Благодаря предложенному химическому реагенту, технический персонал лечебницы обеспечил работоспособность всего оборудования, а омичи продолжали лечиться высокоминерализованной водой с повышенным содержанием биологически активных веществ: иода (8 мг/дм³), брома (8 мг/дм³) и других ценных компонентов омской лечебной воды.