Соотношение концентраций ионов в исходной воде определяет агрессивность котловой воды

На одной из ТЭЦ, работающей в Донбассе, эксплуатировались в течение 12–20 лет восемь котлов ТП-100 при давлении 15,5 МПа. В начале восьмидесятых годов на ТЭЦ участились случаи хрупких повреждений экранных труб. В котлах сжигался антрацит с добавкой мазута. Теплотехнический режим и ВХР всех котлов был примерно одинаковый. Тем более странным явилось то обстоятельство, что хрупкие повреждения экранных труб (5–22 повреждений в каждом котле) имели место только на четырех блоках из восьми (станционные номера блоков 8, 11, 12, 14). Остальные блоки (станционные номера 9, 10, 12, 15) повреждений не имели. Удельное количество отложений перед кислотными очистками на всех котлах лежало в одинаковых пределах 250–300 г/м². При более детальном изучении данной ситуации было обращено внимание на существенное отличие химического состава отложений в «повреждающихся» и «не повреждающихся» котлах. У «повреждающихся» котлов суммарное содержание оксидов кальция и фосфатов находилось на уровне 30 %, а у «не повреждающихся» обычно не превышало 10 %.

Преимущественное попадание солей кальция в повреждающиеся котлы явилось следствием худшей гидравлической плотности конденсатора турбин на соответствующих блоках (латунные трубки на них не были еще заменены трубками из сплава МНЖ-5). Дальнейшее развитие событий определила важная особенность охлаждающей воды из реки Северный Донец. Вследствие расположения вверх по течению этой реки химических предприятий, сбрасывающих сточные воды, в охлаждающей воде конденсаторов периодически устанавливается соотношение концентраций отдельных ионов, характеризуемое следующим неравенством:

.

При наличии присосов охлаждающей воды в конденсаторах турбин вода подобного состава проникает в котел. Бикарбонатный ион при этом гидролизуется до гидроксидного. В условиях фосфатирования котловой воды тринатрийфосфатом гидроксидные ионы расходуются:

– на осаждение Са²⁺ в виде 3Са₃(РО₄)₃·Са(ОН)₂;

– осаждение Mg²⁺в виде Mg(OH)₂;

– нейтрализацию кислот, образовавшихся от термолиза аммонийных солей.

Недостаток гидроксильных ионов вызывает соответственно возрастание концентрации водородных ионов, и рН котловой воды понижается.

Процессы осаждения и гидролиза происходят наиболее интенсивно непосредственно у горячих стенок металла под слоем уже образовавшихся отложений с пониженной теплопроводимостью. Именно на этих участках происходит образование «кислых зон». Водородные ионы при достаточно длительном действии на напряженный металл вызывают межкристаллитную коррозию и охрупчивание. Водородные ионы деионизируются до атомов, а последние, проникая в образующиеся микротрещины, способствуют дальнейшему разрушению металла.

При наличии достаточно высокой температуры металла под слоем отложений возможен и метанно-водородный механизм его разрушения. Следует отметить, что значение рН у «средней» котловой воды, фиксируемое анализами, не может дать правильную оценку фактической концентрации водородных ионов в пристенных его участках под слоем отложений.

ТЭЦ было рекомендовано осуществление фосфатирования котловой воды смесью тринатрийфосфата и гидроксида натрия с поддержанием значения рН «средней» котловой воды на уровне 9,5.