4.7.2. Организация химического контроля и оценка интенсивности накипеобразования в водогрейном оборудовании
Важную роль в достижении заданного водно-химического режима тепловых сетей играет надежный химический контроль за нормируемыми показателями качества воды. Существенное влияние на результаты определения содержания кислорода, свободной углекислоты и железа в подпиточной, а также сетевой воде оказывают материал пробоотборных линий и способ отбора проб. В отборных линиях, изготовленных из углеродистой стали, часть кислорода и углекислоты расходуется на коррозию металла, в связи с чем их концентрации в анализируемой пробе получаются заниженными.
Важное значение для выявления источников загрязнения сетевой воды окислами железа имеет систематический контроль коррозионной активности подпиточной воды с помощью индикаторов коррозии. Контрольные вырезки труб из сетевых подогревателей и водогрейных котлов во время капитальных ремонтов позволяют судить о правильности водно-химического режима тепловых сетей. В водогрейном котле наиболее интенсивные отложения образуются в экранных трубах (в зоне «холодной горелки», а также выше верхней оси горелок на 1,5 м), в трубах нижнего конвективного пакета (в первом по ходу дымовых газов ряду). Для более надежного контроля необходимо вырезать образцы из нескольких обогреваемых труб каждой панели. Контроль размера отложений в водогрейном котле во время эксплуатации возможен по изменению его гидравлического сопротивления.
Контроль за качеством водовоздушных промывок местных отопительных систем, особенно вновь вводимых, а также промывок магистральных трубопроводов позволяет своевременно выявить один из главных источников, загрязняющих окислами железа сетевую воду теплосети.
Повышение жесткости сетевой воды в закрытых системах теплоснабжения может быть вызвано неплотностью подогревателей местных систем и возникающим подсосом сырой воды в систему. Следовательно, необходима организация контроля за качеством сетевой воды непосредственно в местах установки местных подогревателей. Увеличение жесткости воды в закрытых системах теплоснабжения происходит также при вынужденных добавках сырой воды в теплосеть из-за повышенного неорганизованного водоразбора из системы. Случаи добавления неочищенной воды в теплосеть должны рассматриваться как недопустимые.
4.8. Химические очистки оборудования тэс и котельных
4.8.1. Назначение химических очисток и выбор реагентов
В настоящее время очистки оборудования современных ТЭС и АЭС от отложений применяются в основном только химические. Они подразделяются на предпусковые и эксплуатационные.
Назначение предпусковых очисток – удаление производственной окалины и кремниевой кислоты, появляющейся при использовании песка для гиба труб при монтаже, а также продуктов коррозии, которые накапливаются за период монтажа.
Назначение эксплуатационных очисток – удаление отложений, которые при любом рассмотренном в предыдущих главах водном режиме, не говоря уже о возможном нарушении режима, все же накапливаются и могут нарушить нормальную эксплуатацию.
В результате эксплуатационных химических очисток имеют место некоторая недовыработка электроэнергии, расходы на реагенты, трудозатраты на проведение очистки, мероприятия по обезвреживанию сбрасываемых вод. В связи с этим избранный полный режим блоков должен быть таким, чтобы межпромывочный период для блоков был наиболее значительным – в пределе желательно, чтобы он был равен длительности между капитальными ремонтами, а сама химическая очистка совмещалась с капитальным ремонтом.
Время вывода агрегата на химическую очистку зависит от количества накопившихся отложений. Предпусковая очистка, эксплуатационные очистки в основном – это удаление железооксидных соединений; кремнесодержащих и др.
В принципе химическая очистка включает следующие этапы: 1) водная отмывка; 2) химическая очистка: 3) пассивация. Первый этап нужен только для предпусковых очисток, его назначение – удаление разного вида взвесей (грата, песка и т. д.), что требует довольно больших скоростей воды. Второй этап является основным и в зависимости от количества и характера отложений проводится в одну, две или даже более стадий. Для предпусковых и эксплуатационных очисток – это обычно кислотная очистка. Третий этап предназначен для защиты очищенной поверхности стали от последующего коррозионного воздействия.
В последние годы шла интенсивная работа по совершенствованию методов и технологий химических очисток, направленная на сокращение длительности проведения химической очистки; отказ от монтажа и демонтажа специальных схем для проведения очисток; уменьшение вредных сбросов в водоемы; минимальное растравление очищаемых поверхностей.
Технология химической очистки зависит прежде всего от избранного реагента. В прежние годы практически единственным реагентом была ингибированная соляная кислота. Затем стали применять гидразинно-кислотные очистки, а позднее начали использовать лимонную и другие органические кислоты, и. наконец, появились комплексоны, их композиции с органическими кислотами. В последнее время в число реагентов включена перекись водорода.
Для оценки реагентов ранее применялась единственная характеристика – количество отмытых отложений. Такая оценка не только недостаточна, но и неверна. С этой точки зрения соляная кислота могла бы быть признана наилучшим реагентом. Однако соляная кислота – наиболее агрессивный реагент, который даже при наличии ингибиторов приводит к большому растравлению отмываемой поверхности и ее последующей интенсивной коррозии. Кроме того, при солянокислотной очистке оксиды железа переходят в воду в виде крупной взвеси, склонной к оседанию на отмытых поверхностях. В ряде случаев применение соляной кислоты категорически противопоказано, например для поверхностей из аустенитных нержавеющих сталей.
Наиболее правильная оценка реагентов для очистки должна предусматривать прежде всего хорошее состояние отмытой поверхности, она не должна быть обнажена (на ней должна образоваться защитная пленка); должен быть обеспечен быстрый выход на нормируемые показатели в начальный период эксплуатации; отсутствие взвешенных оксидов железа, предупреждающих повторное осаждение на стали; отсутствие необходимости обеспечения значительных избытков реагентов в воде; невысокие концентрации железа в сбрасываемом отмывочном растворе.
Высокими отмывочными качествами обладает лимонная кислота, применяемая в виде моноцитрата аммония, преимуществом которого является его универсальность, позволяющая отмывать как отложения продуктов коррозии, так и кальциевые накипи. При использовании кислот, в том числе и органических, для протекания реакции с катионами отложений необходимо иметь в растворе существенный избыток реагента, например до 4 %, т. е. 40 г/дм3, сбрасываемый бесполезно.
Избыточные концентрации кислот в растворе необходимы, потому что создаваемые лимонной и другими органическими кислотами комплексы с катионами отложений обладают относительно невысокой химической стойкостью. Более прочные комплексы со всеми катионами отложений образуют комплексоны (например ЭДТУ) как в кислотной, так и в солевых формах. В связи с этим не нужно иметь в растворе избыточной концентрации комплексона сверх расчетной по стехиометрическим соотношениям для отмывки определенного количества отложений, т.е. весь введенный комплексон будет израсходован полностью. Еще больший эффект очистки дают композиции одной из солевых форм ЭДТУ, например трилона Б с лимонной кислотой, так как при этом комплексование идет по субстехиометрическим соотношениям. Соотношение обоих компонентов, т.е. кислотность исходного раствора, зависит от химического состава отложений. В последние годы лимонную кислоту заменяют в композициях другими органическими кислотами и ведут опытные работы по использованию минеральных кислот в композициях с комплексонами. Возможности замены лимонной кислоты показаны на рис. 4.8.
Для перлитных сталей после химической очистки такими реагентами, как например соляная кислота, проводилась пассивация раствором аммиака или нитратно-аммиачная пассивация. Некоторую, хотя и слабую защиту стали они создавали. При использовании для очисток комплексонов или композиций с ними очищенная поверхность оказывается в определенной мере запассивированной. В этих условиях этап пассивации не улучшает состояние поверхности стали и лишь излишне увеличивает вредные сбросы, расходы воды на очистку и ее длительность. Поэтому проведение такой пассивации нецелесообразно, тем более что есть возможность проведения комплексонной пассивации в процессе растопки. Она может применяться после любого промывочного раствора и особенно после промывки композициями комплексона и органической кислоты.
Промывочные воды должны сбрасываться в водоемы. Существуют определенные предельно допустимые концентрации (ПДК) для сброса таких растворов, устанавливаемые для водоемов санитарно-бытового и рыбохозяйственного водоиспользования. Для соблюдения этих норм необходима предварительная обработка сбрасываемых растворов.
Рис. 4.8. Железоемкость композиций трилона Б с различными органическими кислотами:
1 – лимонная кислота; 2 – малеиновый ангидрид; 3, 4 – отходы капролактамового производства (смесь кислот адипиновой и янтарной) и фталевый ангидрид; 5, 6 – адипиновая и винная кислоты
Используются различные методы очисток сбрасываемых вод, но все они чаще всего осуществляются в несколько этапов. К ним относятся подкисление, подщелачивание, аэрация, обезвоживание осадка, биохимическая очистка и др.