4.4. Образование отложений на внутренних поверхностях прямоточных парогенераторов

Одной из особенностей прямоточных парогенераторов является отсутствие в них котловой воды, а следовательно, отсутствие возможности вывода веществ из системы парогенератора, кроме как с паром. В прямоточном парогенераторе вся поступающая в него питательная вода превращается в пар, и растворенные в этой воде вещества, а также образовавшиеся в тракте парогенератора продукты коррозии могут быть унесены паром в турбину или отложиться на внутренней поверхности парообразующих и пароперегревательных труб.

Установлено, что основными факторами, определяющими интенсивность процесса образования отложений в прямоточных парогенераторах, являются следующие: а) концентрация примесей в питательной воде, поступающей в агрегат, а также количество продуктов коррозии, образовавшихся в нем самом; б) изменение растворимости того или иного соединения в теплоносителе при изменении его рабочих параметров; в) тепловая нагрузка, с ростом которой увеличивается скорость образования отложений в данном сечении поверхности нагрева; г) скорость потока.

Если концентрация соединения в теплоносителе ниже его растворимости при данных параметрах, выпадение твердой фазы не может иметь места. Выпадение твердой фазы и образование отложений на обогреваемой поверхности будут происходить лишь в том случае, если концентрация какого-нибудь вещества в теплоносителе выше его растворимости при данных параметpax. Из неорганических соединений наименьшую растворимость в паре сверхкритического давления имеют соединения кальция и магния, а также окислы железа и меди, поэтому эти соединения являются наиболее опасными с точки зрения отложений в парогенераторах.

В водопаровом тракте прямоточного парогенератора при высоких температурах теплоносителя соли магния гидролизуются с образованием Mg(OH)₂ и MgO, которые кристаллизуются и выпадают в форме твердой фазы. Бикарбонат и хлорид кальция гидролизуются с образованием СаО и оксихлоридов кальция. Это означает, что в результате протекания физико-химических превращений кальциевых соединений в тракте парогенератора состав отложений, образующихся на внутренних поверхностях труб или выносимых с паром в турбину, может не соответствовать солевому раствору питательной воды.

Опыт эксплуатации мощных энергоблоков с. к. д. показывает, что при строгом соблюдении эксплуатационных норм качества питательной воды (по содержанию солей жесткости и окислов металлов) накипные отложения в прямоточном парогенераторе столь незначительны, что в этих условиях обеспечивается надежность непрерывной работы парогенератора в течение нескольких месяцев. При относительно небольшом отклонении концентрации солей жесткости и окислов металлов в питательной воде от эксплуатационных норм наибольшие отложения кальциевых соединений и продуктов коррозии возникают преимущественно в зоне, отвечающей области максимальной теплоемкости. Отмечено, что при неравномерном обогреве парообразующей трубы по ее периметру скорость отложений будет большей на более интенсивно обогреваемой стороне.

При заметном отклонении качества питательной воды от норм зона этих отложений увеличивается и смещается в область более низких значений теплоемкости. Так, например, осаждение кальциевых соединений начинается на 80–160 ккал/дм³ ниже зоны максимальной теплоемкости. Это, по-видимому, связано с различием температуры ядра потока и пристенного слоя. В результате интенсивные отложения возникают при сильном пересыщении раствора вблизи стенок парообразующих труб и при неполном насыщении раствора в ядре потока.

Что же касается хлористого натрия и кремнекислоты, то они при соблюдении норм качества питательной воды проходят через прямоточный парогенератор транзитом благодаря тому, что исходная концентрация этих примесей в питательной воде обычно намного меньше, чем их растворимость в насыщенном паре высокого давления. Если же исходная концентрация этих примесей окажется больше, чем минимальная их растворимость в перегретом паре, то отложения появляются в зоне перегрева.

При повышенных концентрациях натриевых солей и кремнекислых соединений в питательной воде они (и в первую очередь Na₂SO₄) начинают откладываться по всему периметру труб прямоточного парогенератора, когда концентрация этих примесей в растворе еще далека от насыщения. Процесс отложения солей из ненасыщенного раствора, по-видимому, происходит вследствие того, что при малых водосодержаниях толщина водяной пленки настолько уменьшается, что при интенсивном обогреве она высыхает, хотя в ядре потока пароводяной смеси еще содержится значительное количество мелких капелек влаги.

Если после смешения пара от всех витков «переходной зоны» он остается перегретым, то не исключена возможность выноса из парогенератора сухой взвеси Na₂SO₄, образовавшейся при высыхании в паровом потоке влаги, поступающей из части труб. Едкий натр может частично задерживаться в парогенераторе благодаря способности его к взаимодействию с окисной пленкой металла с образованием феррита натрия (NaFeO₂). Что же касается распределения поступающей с питательной водой кремниевой кислоты между отложениями в парогенераторе и паром, то оно в основном определяется величиной рН и ионным составом питательной воды. В тех случаях, когда кремниевая кислота образует силикаты натрия, они частично откладываются в парогенераторе, образуя водовымываемые отложения. Накопленные в парогенераторе водорастворимые натриевые соли при изменении параметров его работы могут выноситься с паром, иногда в больших количествах и откладываться затем в проточной части турбин.