4.3.2. Условия образования щелочно-земельных накипей

Щелочно-земельные накипи образуются в тех случаях, когда в подогреваемой или испаряемой воде одновременно находятся катионы Са²⁺ и Mg²⁺ и анионы ,и, с которыми они образуют труднорастворимые соединения: СаСО₃, Mg(OH)₂, CaSO₄, Са(НСО₃)₂, Mg(НCO₃)₂, CaSiO₃, MgSiO₃, MgCO₃.

Эти соединения выделяются в твердую фазу в результате физических и химических процессов. К физическим процессам относится постепенное повышение концентрации солей в котловой воде при продолжительном ее выпаривании, в результате чего наступает момент, когда достигается предел растворимости труднорастворимых солей и происходит выделение их в твердую фазу из пересыщенного раствора.

К химическим процессам накипеобразования относятся следующие:

а) термический распад кальция и магния:

Са(НСО3)2 СаСО3 + Н2О + СО2;	(4.7)
Mg(HCO3)2 MgCO3 + H2O + CO2,	(4.8)

в результате которого бикарбонаты кальция и магния преобразуются в менее растворимые карбонаты кальция и магния;

б) гидролиз карбоната магния, в результате которого последний переводится в еще менее растворимую гидроокись магния:

MgCO3 + 2 H2O Mg(ОН)2 + H2CO3;

(4.9)

в) реакции взаимного обмена, в результате которых образуются соли с меньшей растворимостью, например:

CaCl2 + Na2SiО3 СаSiO3 + 2NaCl.

(3.10)

Необходимо заметить, что из пересыщенных растворов выделяются в твердую фазу в первую очередь соли, имеющие отрицательный температурный коэффициент растворимости, которые откладываются на наиболее горячих поверхностях нагрева.

Рис. 4.2. Растворимость CaSO₄ в зависимости от температуры воды на линии насыщения:

● – по данным Патриджа; ○ – по данным Штрауба; Δ – по данным Резникова (МЭИ)

Рис. 4.3. Растворимость СаСО₃ в зависимости от температуры воды на линии насыщения

Рис. 4.4. Растворимость Mg(OH)₂ в зависимости от температуры воды на линии насыщения

На рис. 4.2–4.4 приведены кривые, характеризующие растворимость CaSO₄, СаСО₃ и Mg(OH)₂ в зависимости от температуры воды. Скорость образования щелочно-земельной накипи пропорциональна концентрации ионов кальция и магния в растворе и резко возрастает с увеличением тепловой нагрузки поверхности нагрева:

(4.11)

где ω – скорость образования накипи, мг/(см²·ч); k – коэффициент пропорциональности; S – концентрация накипеобразователей в котловой воде, мг/дм³; q – плотность теплового потока, кВт/м².

4.3.3. Условия образования ферро - и алюмосиликатных накипей

Ферро- и алюмосиликатные накипи образуются на высокотеплонапряженных поверхностях парообразующих труб в результате химических реакций веществ, входящих в их состав и находящихся в тесном соприкосновении. Характер этих реакций существенно отличается от характера реакций, протекающих между теми же веществами, находящимися в растворенном состоянии. Особенностью их является то, что для их протекания вовсе не требуется приближение к температуре плавления системы или хотя бы одного из ее компонентов: взаимодействие между веществами начинается задолго до перехода их в жидкую фазу.

В качестве примера может быть приведена реакция взаимодействия отложившегося на поверхности нагрева силиката натрия с окислами железа с образованием ферросиликатной накипи:

Na2SiO3 + Fe2O3 = Na2O · Fe2O3 · SiO2.

(4.12)

Растворимость образовавшегося силикатного соединения значительно ниже растворимости силиката натрия. Более сложные алюмо- и ферросиликатные накипи образуются в результате протекания реакций между тремя и более веществами.