4.5. Образование отложений на охлаждаемых поверхностях конденсаторов и по такту охлаждающей воды

На внутренних охлаждаемых поверхностях конденсаторов паровых турбин, воздухоохладителей генераторов и по всему тракту охлаждающей воды могут образовываться отложения за счет следующих процессов: нанос и оседание взвешенных веществ (органические примеси, песок), выделение твердых веществ из водяного раствора (преимущественно карбоната кальция) и образование продуктов коррозии. На стенках конденсаторных труб способны обитать живые организмы, что приводит к зарастанию труб. Характер и интенсивность загрязнения внутренней поверхности конденсаторных труб и связанные с этим нарушения их работы зависят от многих факторов, к которым относится физико-химический состав охлаждающей воды, ее биологические особенности, конструкция конденсатора и режим его работы (скорость движения воды в трубах, температурный перепад и т. д.), коррозионная стойкость конденсаторных труб.

Рассмотрим условия образования отложений карбоната кальция на поверхности, охлаждаемой водой, обладающей карбонатной жесткостью. В стабильной воде бикарбонатные ионы , с одной стороны, находятся в динамическом равновесии с ионамии Н⁺, а с другой стороны – с недиссоциированными молекулами растворенной в воде СО₂. Со своей стороны растворенная в воде углекислота находится в равновесии с газообразной углекислотой, присутствующей в пространстве над водой.

Это так называемое углекислотное равновесие нарушается при нагревании воды, вследствие чего часть растворенной в ней углекислоты удаляется. При этом происходит термический распад бикарбонат-ионов с образованием и летучей СО₂:

.

(4.17)

Процесс распада бикарбонатов протекает тем быстрее, чем выше температура и чем энергичнее перемешивание. В прямоточных системах охлаждения распад бикарбонатов обусловлен нагреванием воды, а в оборотных системах, кроме того, потерей растворенной в воде углекислоты при разбрызгивании воды в градирнях или брызгальных бассейнах. Увеличение концентрации карбонатных ионов при наличии в воде катионов кальция приводит к образованию труднорастворимого осадка СаСО₃, обладающего способностью кристаллизоваться и давать плотные отложения на охлаждаемых поверхностях:

(4.18)

Так как величина произведения растворимости для карбоната кальция весьма мала, то при значительной концентрации Са²⁺ концентрация должна быть низкой. Вместе с карбонатом кальция на охлаждаемых поверхностях конденсаторов могут откладываться взвешенные вещества, которые как бы цементируются карбонатом кальция.

Значение предельно допустимой (по стабильности) карбонатной жесткости охлаждающей воды можно приближенно рассчитать по эмпирической формуле, справедливой для поверхностных вод с окисляемостью, не превышающей 30мг/дм³ О₂ при температуре, равной 40 °С:

(4.19)

где Ж_нк – некарбонатная жесткость, ммоль/дм³; О_к – окисляемость воды, мг/дм³ О₂.

На поверхности конденсаторных труб и трубопроводов циркуляционной системы охлаждения могут возникать также отложения гидроокиси железа Fe(OH)₃ в тех случаях, когда в охлаждающей воде присутствуют соединения железа. При нагревании циркуляционной воды, содержащей бикарбонат закиси железа, при обогащении ее кислородом и потере ею растворенной свободной углекислоты (вследствие аэрации воды в градирнях или брызгальных бассейнах) происходит окисление закисного железа в окисное и гидролиз с образованием гидрата окиси железа.

Причиной развития в охлаждающих системах бактерий и водорослей является наличие в охлаждающей воде необходимых для них питательных веществ и благоприятных температурных условий. Питательной средой для бактерий, водорослей и более крупных живых организмов служат коллоидные органические вещества совместно с растворенной в воде углекислотой.

Попадая с циркуляционной водой в охлаждаемые агрегаты, микроорганизмы и водоросли начинают интенсивно развиваться и размножаться, постепенно покрывая охлаждаемую поверхность слизистой пленкой, к которой легко прилипают взвешенные вещества неорганического происхождения.

Поскольку процесс биологического обрастания обусловлен жизнедеятельностью организмов, то на интенсивность его протекания в значительной степени влияют температура воды и наличие в ней питательной среды, а также присутствие грубодисперсных частиц.