ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

На большинстве российских ТЭЦ и ГРЭС для подготовки добавочной воды в пароводяной контур барабанных и прямоточных котлов применяются схемы двух- и трехступенчатого обессоливания.

Практически во всех указанных схемах на первой ступени анионирования применяются низкоосновные, а на второй – высокоосновные аниониты. Ассортимент отечественных ионообменных материалов весьма ограничен. Наибольшее применение в практике водоподготовки получили аниониты гелевой структуры: низкоосновный АН-31 и высокоосновный АВ-17-8. Опыт эксплуатации анионита АН-31 показал, что, несмотря на высокие значения рабочей динамической обменной емкости, материал обладает низкой осмотической стабильностью (85%) [1] и наихудшей оценкой стойкости к отрицательному воздействию природных органических веществ (ОВ). Эти свойства анионита АН-31 предопределили значительное сокращение в последние годы объемов его использования.

Применение упомянутых типов анионитов на водах, загрязненных органическими веществами и железом, приводит к их необратимому отравлению, что, в свою очередь, вызывает увеличение удельных расходов воды на отмывку, снижение рабочей динамической обменной емкости анионита

èглубины удаления органических веществ.

Âсвязи с этим весьма актуально применение на первой ступени обессоливания анионитов полиакриловой структуры. К ним, в частности, относятся низкоосновные полиакриловые смолы гелевой структуры Пьюролайт А-845 и Пьюролайт А- 847, спецификой которых являются повышенные показатели фактора загрязнения ОВ и высокая обратимость их сорбции.

Технологические характеристики указанных анионитов, приведенные в техническом бюллетене фирмы-изготовителя, определены для условий эксплуатации, отличных от условий российских ТЭЦ и ГРЭС. В частности, на химобессоливающие установки западных ТЭЦ поступает вода после предочистки с минимальным содержанием

взвешенных веществ, железа и показателя цветности. Декарбонизация производится, как правило, после водород-катионитовых фильтров первой ступени, что обеспечивает эффективное удаление углекислоты из кислой среды и сводит к минимуму ее поступление на анионитовые фильтры первой ступени. Во избежание необратимого загрязнения анионитов железом, в том числе железоорганическими комплексами, ОВ и полимеризационной кремниевой кислотой, длительность фильтроциклов искусственно ограничивается. Периодиче- ски, через заданные промежутки времени, производятся соле-щелочные, а в отдельных слу- чаях и кислотные промывки материала. Высокие требования предъявляются к качеству реагентов, используемых для регенерации.

Наличие указанных различий в условиях эксплуатации химобессоливающих установок российских и западных ТЭЦ предопределило необходимость проведения испытаний смол на стендовых установках. Целью подобных испытаний является уточнение технологических параметров эксплуатации установок в конкретной схеме химобессоливания в сравнении с предлагаемыми техническими бюллетенями фирм-изготовителей.

В анионитах Пьюролайт А-845 и Пьюролайт А-847 функциональные группы представлены третичными аминами. Акриловая матрица способствует хорошему поглощению ОВ из обрабатываемой воды и их обратимой десорбции в процессе регенерации. Доля высокоосновных групп у данных смол выше, чем у других низкоосновных смол, что обеспечивает высокую обменную емкость и эффективную регенерацию. Данные аниониты, в соответствии с технологическим бюллетенем фирмы-изготовителя, требуют меньше щело- чи для регенерации по сравнению с полистирольными смолами аналогичного типа. Использование их в схемах химобессоливания совместно с полистирольными смолами позволяет удалить из воды более широкий спектр ОВ, чем, если бы использовались смолы только одного типа. Материал обладает высокой механической прочностью и осмоти-

ческой стабильностью. Обычная форма поставки – ОН-форма.

Полная обменная емкость анионитов Пьюролайт А-845 и А-847 составляет 1600 г-экв м3. Данные о базовой рабочей обменной емкости в техни- ческом бюллетене фирмы-изготовителя не приведены, но могут ориентировочно рассчитываться в зависимости от удельного расхода щелочи, концентрации углекислоты и доли сульфатов в сумме минеральных кислот.

Для полного использования обменной емкости смол и предотвращения накопления загрязнений рекомендуется применять не менее 130% эквивалентного количества NaOH в сравнении с рабочей обменной емкостью, полученной в предыдущем фильтроцикле, но не менее 48 г NaOH на 1 л смолы.

В соответствии с информацией компании Пьюролайт [2] наиболее важной характеристикой загрязнения воды, поступающей на аниониты первой ступени схемы химобессоливания, является отношение содержания ОВ к общему содержанию неорганических анионов (Àí), выраженных в единицах СаСО3. Для определения данного показателя введен фактор N

N = ÎÎÓ 900 Àí.

В той же информации приведены данные, позволяющие привести перманганатную окисляемость, определенную различными методами, к общему содержанию органического углерода (ООУ) и характеризующие применимость анионитов в зависимости от значения N. Для смол Пьюролайт А-845 и А-847 фактор N ограничивается значениями 6 – 8.

Объектом проведения стендовых испытаний образцов указанных смол выбрана ТЭЦ-12 Мосэнерго, промышленных испытаний – Киришская ГРЭС.

На ТЭЦ-12 в качестве исходной используется вода р. Москвы в районе Бережковской набережной. Предочистка осуществляется по следующей схеме: подогрев сырой воды, декарбонизация известкованием с коагуляцией сернокислым железом и флокуляцией полиакриламидом (ПАА) в осветлителях ВТИ-1000И со слоем взвешенного осадка нормального ряда и осветление на механи- ческих фильтрах. Далее вода поступает в схему двухступенчатого обессоливания, в которой удаление углекислоты производится в декарбонизаторах, установленных после анионитовых фильтров первой ступени.

Вода после предочистки имеет следующие основные показатели: жесткость общая – 1,5 мгэкв л; щелочность общая – 0,85 мг-экв л; железо общее – 150 – 800 мкг л; хлориды – 30 – 60 мг л; сульфаты – 30 – 50 мг л; перманганатная окисляемость (ПО) – 3,5 – 5,3 мгО л (что соответствует

14 – 21,2 ìã ÊÌnÎ4 л); общее солесодержание – 140 – 240 мг л.

Исследования образцов анионитов выполнялись на стендовой установке, размещенной в химическом цехе ТЭЦ-12 после водород-катионито- вых фильтров первой ступени. Вода, поступающая на стендовую установку, характеризовалась кислотностью 0,7 – 2,7 мг-экв л. При низких значениях суммы анионов сильных кислот для сокращения длительности фильтроцикла в воду после во- дород-катионитовых фильтров первой ступени дозировали соляную кислоту, доводя сумму анионов сильных кислот до 3,9 мг-экв л.

Испытуемые смолы загружались в колонки диаметром 28 мм и высотой 1000 мм. Объем загрузки составлял 300 мл, высота слоя – 530 мм.

Технологические параметры работы каждого фильтра выдерживались в строгом соответствии со значениями, указанными в технологических бюллетенях фирмы-изготовителя, для условий па- раллельно-точного анионирования.

Учитывая, что подлежащие испытаниям смолы поставляются в ОН-форме, первая регенерация фильтров не производилась. После отмывки фильтров в течение 1 ч до момента, когда содержание хлоридов в отмывочной воде снижалось до 3 – 5 мг л, а щелочность – до 100 мкг-экв л, начи- нался отсчет фильтроцикла. Отключение фильтров на регенерацию осуществлялось по проскоку хлоридов (при концентрации хлоридов 3 – 5 мг л).

В параллельно-точных фильтрах процессу регенерации предшествует стадия взрыхления загрузки. Скорость взрыхления анионитов Пьюролайт А-845 и А-847 была принята равной 5 – 7 м ч.

Контроль показателей качества воды производился на 20 фильтроцикле и сопутствующей ему регенерации:

âходе фильтроцикла через заданные промежутки времени в исходной и обработанной воде определялись: перманганатная окисляемость, содержание хлоридов, железа и кремнекислоты;

âходе регенерации в усредненных пробах отработанного регенерационного раствора щелочи и отмывочной воды определялись: перманганатная окисляемость, содержание сульфатов, хлоридов, железа, кремнекислоты и компонентов щелочности.

При интерпретации результатов значение ПО выражалось в миллиграммах КМnО4.

По результатам выполненных анализов строились выходные кривые сорбции по всем контролируемым ингредиентам и рассчитывались удельные количества поглощенных веществ, отнесенные к единице объема смолы.

Применительно к процессам регенерации и отмывки также на основе результатов анализов рас-

ìêã/ë,

– Cl

считывались удельные количества десорбированных веществ.

Удельный расход едкого натра при регенерации составил 67,8 г л смолы.

Íà ðèñ. 1, 2 показаны выходные кривые фильтроцикла ¹ 20, характеризующие показатели фильтрата после обработки на анионообменных материалах.

Общим для рассматриваемых смол является практическое отсутствие взаимодействия материалов с анионами кремниевой кислоты и синхронность выхода в фильтрат органических соединений и железа.

Этот факт может рассматриваться как существенный при необходимости выбора момента отключения фильтра на регенерацию с целью защиты анионитовых фильтров второй ступени от загрязнения органическими соединениями и железом. Подобные выводы сделаны в [3] при исследовании анионитов относительно указанных компонентов.

Остаточное содержание железа для всех анионитов составляло приблизительно 30 мкг л, остаточное значение окисляемости приблизительно 2,4 мг КМnО4 л для смолы Пьюролайт А-845 и 5,1 мг КМnО4 л для смолы Пьюролайт А-847. Резкий рост ОВ в фильтрате начинался для А-845 при 80%-ном истощении материала по отношению к рабочей динамической обменной емкости (РДОЕ), а для А-847 – при 50%-ном истощении.

Содержание хлоридов в фильтрате снизилось до 1,1 – 1,7 мг л фактически на всем протяжении фильтроцикла.

Получены значения РДОЕ анионитов при различных удельных расходах щелочи и проведен анализ их способности к взаимодействию с карбонатами при обессоливании и к нестехиометриче- ской сорбции гидратов. Результаты приведены в òàáë. 1.

Èç òàáë. 1 видно, что увеличение расхода щелочи со 104 до 133% стехиометрии практически не оказывает существенного влияния на РДОЕ анионитов. Если рассмотреть этот показатель в более узком диапазоне 129,5 – 131,2%, то для А-845 усредненное значение РДОЕ = 1265 г-экв м3, äëÿ À-847 – 1273,8 ã-ýêâ ì3.

РДОЕ анионитов по иону СО23 также мало от-

личается и в среднем оценивается от 74 г-экв м3 äëÿ À-847 äî 89 ã-ýêâ ì3 äëÿ À-845.

Анализ данных, полученных в ходе испытаний, относительно фактического избытка ОНионов в регенерационном растворе и того же параметра, рассчитанного относительно РДОЕ анионитов, показал следующее.

При изменении расхода щелочи на регенерацию в процентах стехиометрии от 104 до 111%, поглощения избытка ОН-ионов на смолах А-845 и А-847 практически не наблюдается, о чем свидетельствует незначительная разница между фактиче- ским и расчетным значением избытков ОН-ионов. При увеличении расхода щелочи до 130 – 133% стехиометрии в анионите остается 43 – 58% избыточных гидрат-ионов.

Вопрос необменной сорбции гидратов анионитами изучался в ряде работ [3 – 5], так как этот процесс определяет основные технологические

ìêã/ë,

– Cl

параметры отмывки смолы от регенерирующих агентов. Механизм взаимодействия анионитов с гидратами в интерпретации различных авторов носит противоречивый характер. Однако установлено, что с повышением концентрации щелочи или ее объема при регенерации анионитов необменная сорбция возрастает. Это обстоятельство подтверждается данными, полученными в ходе испытаний (òàáë. 2). Следует отметить, что отмывка смол от гидрат-ионов производилась до их остаточной концентрации в воде 0,1 мг-экв л.

Очевидно, что с ростом количества избыточ- ных гидрат-ионов увеличивается и количество гидратов, сорбированных анионитом, что, в свою

Ò à á ë è ö à 1

очередь, приводит к повышению удельного расхода воды на отмывку материала. Аналогичная вели- чина при отмывке смолы от хлоридов до их остаточного содержании 3 – 5 мг л составляет 11 – 14 л л смолы.

Далее необходимо остановиться на характеристике процесса обмена соединений железа на анионите. В òàáë. 3 приведены данные о сорбции и десорбции железа рассматриваемыми смолами в ходе испытаний.

Общим для рассматриваемых смол в условиях изменения содержания железа в исходной воде является то, что из 1 м3 смолы удается десорбировать только 12 – 17 г железа. Поэтому при увели-

Ò à á ë è ö à 2

2 " " 3

"

чении сорбции железа смолой происходит соответствующее снижение процента его десорбции при регенерации. В свою очередь, увеличение сорбции железа смолой находится в прямой связи с его увеличением в исходной воде. Учитывая, что в этих условиях процент десорбции железа значительно снижается, можно говорить о необратимом загрязнении смолы железом. Очевидно, что для качественного удаления железа из смолы необходимо, чтобы его количество в исходной воде не превышало 50 мкг л.

Для определения массы железа, необратимо поглощенного анионитами, последние подвергались обработке щелочью, кислотой и окислителем до восстановления первоначального цвета смол. Анализ показал, что за 20 фильтроциклов в анионите А-845 накопилось 220 г м3 железа и в А-847 – 213 г м3. Однако эти значения несопоставимо меньше задержанного материалом за 20 фильтроциклов соединений железа. Это позволяет предположить, что для извлечения всего железа из смолы необходимо произвести ее дополнительную обработку вплоть до полного разложения сжиганием.

Одним из основных свойств изучаемых анионитов является обратимость сорбции органиче- ских соединений. В òàáë. 4 представлена характеристика этого процесса.

Из результатов стендовых испытаний видно, что смолы характеризуются примерно равной степенью поглощения ОВ из воды, так как в фильтрат проскакивает порядка 30% исходного содержания органических соединений.

Ò à á ë è ö à 3

2 4 ' 5

Десорбция этих веществ из смол определяется следующими усредненными значениями: А-845 – 90,7%; А-847 – 98,4%.

Для подтверждения полученных в стендовых условиях результатов были проведены промышленные испытания тех же анионитов на Киришской ГРЭС.

На Киришской ГРЭС в настоящее время эксплуатируются две водоподготовительные установки (ХВО-1 и ХВО-2), предназначенные для восполнения потерь пара и конденсата в схеме станции, подпитки теплосети и приготовления хим- очищенной воды для котлов-утилизаторов НПЗ.

В качестве исходной воды используется вода из р. Волхов, характеризующаяся высоким содержанием органических веществ, низкой суммой анионов и различными формами существования соединений железа.

Обработка питательной воды паровых котлов осуществляется по схемам полного химического обессоливания.

На ХВО-1 вода обрабатывается по схеме двухступенчатого химобессоливания с предочисткой, после чего часть воды направляется на котлы ТЭЦ с давлением Ð = 140 êãñ ñì2, другая часть воды поступает на третью ступень обессоливания и далее на котлы КЭС давлением 240 кгс см2. Проектная производительность ХВО-1 – 750 м3 ÷.

На ХВО-2 вода обрабатывается по схеме двухступенчатого химобессоливания с предочисткой и далее направляется на котлы ТЭЦ с давлением 140 кгс см2. Проектная производительность установки ХВО-2 – 700 м3 ÷.

В соответствии с данными, представленными персоналом ГРЭС, в воде р. Волхов сумма анионов сильных кислот колеблется в пределах от 0,4 до 1,3 мг-экв л, общая жесткость от 1,1 до 2,3 мгэкв л, общая щелочность от 1,1 до 1,9 мг-экв л, содержание железа от 280 до 2000 мкг л, ПО – от 29 до 64 мгО л или 116 – 264 мг КМnО4 ë.

Исходная вода после подогрева до 20°С направляется на предочистку, которая на ХВО-1 представлена осветлителями ЦНИИ-3 и ЦНИИ-2 и механическими фильтрами. На ХВО-2 предочи-

стка включает осветлители ЦНИИ-2 и механиче- ские фильтры.

В осветлители вводится коагулянт сернокислый алюминий и флокулянт ПАА. В период паводка в осветлитель вводится также едкий натр для повышения щелочности до 1,0 – 1,2 мг-экв л.

На ХВО-1 применяются однокамерные механические фильтры диаметром 3,0 м. Фильтры загружены антрацитом марки “зубок” на высоту 1,0 м.

На ХВО-2 применяются двухкамерные механические фильтры диаметром 3,4 м. Фильтры также загружены антрацитом марки “зубок” на высоту 1,0 м в каждой камере.

На ХВО-2 после механических фильтров поток воды с расходом 50 – 80 м3 ч отбирается на водоподготовительную установку для котлов-утилиза- торов.

После предочистки вода в обеих схемах поступает на параллельно-точные водород-катионито- вые фильтры первой ступени.

На ХВО-1 установлены фильтры диаметром 3,0 м, загруженные катионитом КУ-2-8 или его зарубежными аналогами – Амберлайт IR 120, Пьюролайт С 100 и Маrathon С(Н).

На ХВО-2 установлены фильтры диаметром 3,4 м, загруженные катионитом КУ-2-8 или его зарубежными аналогами.

Далее в обеих схемах вода поступает на анионитовые фильтры первой ступени. Декарбонизаторы в схемах ХВО располагаются после анионитовых фильтров первой ступени.

На ХВО-1 эксплуатируется 10 параллельноточных фильтров диаметром 3,0 м, загруженных анионитом АН-31 или импортными смолами. Минимальные нагрузки на анионитовые фильтры первой ступени ХВО-1 – 30 м3 ч, что соответствует скорости фильтрования 4,3 м ч, максимальные – 130 м3 ч, что соответствует скорости фильтрования 18,6 м ч. Фильтры ¹ 5, 6 загружены анионитом Пьюролайт А-845.

На ХВО-2 эксплуатируется 8 параллельно-точ- ных анионитовых фильтров первой ступени диаметром 3,4 м, загруженных анионитом АН-31 или импортными смолами. Минимальные нагрузки на

7 6 # %

" % # , 8 29! :&%' # ( )*+3 ; 3< 3 0!1 ; ; -- =.

1 – ÏÎñð.âõ = 22,8 ìã KMnO4 ë; 2 – ÏÎñð.âûõ = 8,4 ìã KMnO4 ë

анионитовые фильтры первой ступени ХВО-2 – 50 м3 ч, что соответствует скорости фильтрования 5,5 м ч, максимальные – 150 м3 ч, что соответствует скорости фильтрования 16,6 м ч. Анионитовый фильтр ¹ 8 загружен анионитом Пьюролайт А-847.

Регенерация анионитовых фильтров первой ступени ХВО-1 и ХВО-2 производится как самостоятельно, так и совместно с анионитовым фильтром второй ступени. Как показали результаты эксплуатации, метод проведения регенерации не оказывает существенного влияния на рабочую обменную емкость анионитов Пьюролайт А-845 и А-847. При этом высокие показатели рабочей обменной емкости достигаются при удельных расходах щелочи 68 – 92 г г-экв.

Значительный интерес представляют сведения о динамике поглощения ОВ и отработки слоя анионита в течение фильтроцикла и способности каждой из смол поглощать определенное количество ОВ. Для этого были сняты выходные кривые фильтроциклов по ОВ на анионитах Пьюролайт А-845 и Пьюролайт А-847. Полученные результаты представлены в виде выходных кривых удаления органических соединений в ходе фильтроцикла (ðèñ. 3 – 5), а также сведены в òàáë. 5.

Выходная кривая удаления ОВ на смоле Пьюролайт А-845 (ðèñ. 3) показывает довольно стабильную работу материала в течение фильтроцикла, несмотря на его большую продолжительность, составляющую 8500 м3. Здесь, как и на стендовых испытаниях, отмечается рост ОВ в фильтрате по мере истощения фильтра по анионам сильных кислот. Однако к концу фильтроцикла органоемкость загрузки еще не исчерпана и продолжается сорбция ОВ-слоем. Данный вывод вполне согласуется с информацией фирмы-изготовителя о допустимой органической нагрузке на материал. Аналогичные результаты получены и на смоле Пьюролайт А-847 (ðèñ. 4, 5). Степень поглощения ОВ в процессе фильтроцикла составляет 55 – 59%. Даже при высокой органической нагрузке на смолу, связанной с увеличением перманганатной окисляемости воды перед фильтром (ðèñ. 5), достигается снижение содержания ОВ на 58,7%.

Скорость фильтрования воды при работе фильтров достаточно низкая. Практически во всех фильтрах средняя скорость фильтрования не превышала 18 м ч, а минимальные скорости составляли 4 – 5 м ч. Можно предположить, что из-за несо-

Ò à á ë è ö à 5

вершенства дренажных систем отечественных фильтров динамическая обменная емкость анионитов при низких скоростях фильтрования используется не в полной мере.

Если сопоставить эти данные с результатами стендовых испытаний, то в промышленных условиях удельные расходы щелочи выше, а значения РДОЕ и степень поглощения органики несколько ниже. Причина этого заключается в различии ка- чественного состава исходной воды. Низкие значе- ния суммы анионов сильных кислот, наблюдаемые в промышленных условиях, приводят к продолжительным фильтроциклам. На фоне этого высокий уровень органического загрязнения воды р. Волхов приводит к значительным органическим нагрузкам на аниониты. В этих условиях, очевидно, большая, чем на стендовых фильтрах, часть удельного расхода щелочи идет на вытеснение из анионита ОВ, в том числе органических кислот. Большое значение при этом имеет и качественный состав органических загрязнений в данных водоисточниках.

Кроме того, по данным фирмы-изготовителя на рабочую обменную емкость анионитов сущест-

Паршин С. Г., êàíä. òåõí. íàóê

ОАО Ульяновскэнерго

Термическая обработка сварных соединений является обязательной технологической операцией при монтаже и ремонте паропроводов, успешное выполнение которой определяется правильным выбором и применением теплоизоляционных материалов.

Паропроводы изготавливают из теплоустойчи- вых сталей марки 12ХМФ, 15Х1М1Ф и других, которые после сварки подвергаются высокому отпуску. Цикл термической обработки стыка паропровода диаметром 219 – 426 мм с толщиной стенки 20 – 50 мм состоит из нагрева до температуры отпуска 720 – 750°С, выдержки в течение 3 ч и охлаждения до температуры восстановления упругого состояния стали, около 300°С [1 – 3].

Основным способом термической обработки стыков труб диаметром 219 – 426 мм с толщиной стенки более 20 мм является индукционный нагрев токами промышленной частоты 50 Гц и средней частоты 2400 – 8000 Гц [3]. В этом случае на

поверхность сварного соединения укладывают слой теплоизоляции толщиной 8 – 20 мм, а затем наматывают 12 – 18 витков медного индуктора (ðèñ. 1). Другим способом является радиационный нагрев нагревателями сопротивления, которые состоят из нихромовых проволок, заключенных в круглые или плоские керамические изоляторы (ðèñ. 2). Нагреватели накладывают непосредственно на поверхность трубы, а затем плотно укрывают тепловой изоляцией толщиной не менее 40 – 50 мм и шириной на 400 – 500 мм более зоны нагрева по каждую сторону шва. Длина мата L для теплоизоляции электронагревателей

L = (Dí + 2 ý + 2 ì),

ãäå Dí – наружный диаметр трубы, мм; ý – толщина нагревателя, мм; ì – толщина мата, мм.

При индукционном нагреве сварное соединение нагревается за счет появления вихревых токов

1 – труба; 2 – ткань КТ-11 или полотно ВКР-150; 3 – витки индуктора; 4 – термоэлектрический преобразователь

Фуко, а на поверхности трубы и теплоизоляции достигается температура 700 – 765°С [3]. При радиационном нагреве труба нагревается за счет передачи теплоты от раскаленных спиралей, нагретых до 1000 – 1100°С, при этом температура керамических изоляторов достигает 900 – 1000°С [1, 2]. Керамические изоляторы нагревателей не полностью изолируют нихромовые проволоки, поэтому теплоизоляция частично прилегает к раскаленным проволокам. Таким образом, предельная рабочая температура теплоизоляции при индукционном нагреве должна составлять не менее 765°С, а при радиационном нагреве не менее 1100°С.

Состав и качество теплоизоляции имеют решающее значение для проведения качественной обработки сварных соединений электронагревателями, поэтому важно правильно выбирать и пользоваться этими материалами.

Обычным видом теплоизоляционных материалов на большинстве электростанций и теплоцентралей являются минераловатные маты, стеклоткань и асбестовые хризотиловые материалы: ткани, картон, шнур, которые используются для теплоизоляции и герметизации оборудования при температуре рабочей среды до 300 – 450°С [4]. В состав минеральной ваты входят соединения: SiO2 40 – 50%; Al2O3 10 – 20%; CaO 20 – 30%; MgO 3 – 7%; MnO 1 – 6%; Fe2O3 2 – 5%. Низкосортное

ZnO < 20%; FeO + Fe2O3 5 – 35% [5]. Таким образом, в составе низкосортной теплоизоляции имеется много гигроскопичных кислородосодержащих примесей и рабочая температура данной теплоизоляции не превышает 450 – 500°С.

Асбест хризотиловый является минералом из группы серпентинов и способен расщепляться на тонкие и гибкие волокна [6]. Термоустойчивость и прочность хризотила обусловлена наличием молекул Н2О в цеолитах кристаллической решетки. Цеолиты представляют собой алюмосиликаты, со-

ставленные из тетраэдров SiO44– AlO45– , которые соединены общими вершинами в трехмерный каркас, в полостях которых содержатся молекулы Н2О и аммония. Кроме цеолитной воды, гигроскопич- ные асбестовые материалы адсорбируют влагу, которая по нормам не должна превышать 3%. Различные сорта асбеста применяют для изготовления ряда огнеупорных изделий для обмуровки и тепловой изоляции энергетического оборудования [4, 5, 9].

При нагреве асбеста происходят потери цеолитной воды, адсорбированной влаги и части легкодиссоциирущих примесей. Общие потери массы асбеста достигают 28 – 33%, а материал становится хрупким и легко разрушается. Асбест хризотиловый включает следующие соединения, %: SiO2 42,06, Al2O3 0,65, Fe2O3 1,09, FeO 0,45, MgO 40,77, CaO 0,03, MnO 0,53, H2O 12, 99 [7]. Из-за большого количества кислородосодержащих примесей и влаги, асбестовые материалы активно взаимодействуют с раскаленным нихромом Н80Х20, в результате чего нагреватели перегорают.

При нагреве асбеста выше 600°С происходит испарение цеолитной воды и потери механической прочности достигают 77%. Температура плавления асбеста около 1600°С, а коэффициент теплопроводности 0,106 – 0,13 ккал (м ч °С). Ткани из асбеста марки АТ имеют миткалевое или саржевое переплетение основных и уточных нитей, с содержанием хризотила 78,5% – 95%, хлопка 5 – 18,5% и SiO2 < 8% [6, 8]. Основные и уточные нити ткани АТ-5 содержат по одной латунной или медной проволоке. Ткани АСТ имеют миткалевое переплетение, их изготавливают из асбестовой пряжи и 4 – 8% стеклянной нити [6].

Кремнеземные полотна изготавливаются из высокосортного стеклянного волокна с содержанием SiO2 до 96 – 98%. Полотно имеет высокое электрическое сопротивление около 3 1017 Îì ì

и может использоваться при температуре 1200°С и кратковременно при 2000°С. Стеклянные волокна полотна при повышении температуры до 1450 – 1500°С спекаются без размягчения.

Другим видом материалов является керамиче- ское каолиновое полотно с содержанием SiO2 50% è Al2O3 50%. Электросопротивление данного полотна примерно соответствует кремнеземному полотну. Каолиновое полотно сохраняет стабильные механические свойства до 1435°С, температура его размягчения – 1650°С, плавления – 1815°С. Керамическое каолиновое полотно, как и кремнеземное, сохраняет диэлектрические свойства без изменений при нагреве до 700°С.

Высокотемпературные маты МВТ и ВКМ на основе каолинового волокна имеют высокую теплостойкость, но чехол мата легко сгорает от нагревателей и набивка мата высыпается. Для изготовления матов можно использовать вату ВКВ или волокна КВ-11, которые помещают внутрь кремнеземного чехла. Кремнеземные ткани КТ-11 обладают высокой износостойкостью и теплостойкостью, но они имеют малую толщину, что увеличи- вает трудоемкость теплоизолирующих работ. Поэтому при выборе тепловой изоляции для термической обработки рациональнее комбинировать несколько материалов с различными преимуществами.

Теплоизоляционные материалы для термиче- ской обработки кроме высокой тепловой стойкости должны обладать низкой электрической проводимостью. По индуктору или нагревателю протекает ток 200 – 300 А, а при индукционном варианте нагрева токами промышленной частоты значе- ние тока в индукторе достигает 800 – 1500 А. Плановые работы на электростанциях ведутся в летнее время при высокой влажности среды и температуре около 30 – 50°С. Поэтому при малом электросопротивлении материала в условиях большой влажности среды возникает межвитковое замыкание, приводящее к сгоранию нагревателей, индуктора и отключению источника питания. Минимальную электропроводимость имеют материалы на основе SiO2 è Al2O3 с малым количеством гигроскопичных примесей.

При выборе тепловой изоляции следует учитывать плотность, размеры, толщину, деформационную способность и экологическую безопасность. Не все материалы отвечают данным требованиям. Например, дешевые асбестовые материалы запрещены к применению в ряде стран как выделяющие канцерогенные соединения. Асбестовый картон имеет высокую плотность, но легко разрушается при изгибе. Асбестовые ткани хорошо деформируются, но имеют малую плотность и толщину, поэтому влажный воздух легко проникает в полости между волокнами, увеличивает влагосодержание и электропроводимость.

Кроме тканей и картона для герметизации оборудования электростанций применяют асбестовые шнуры различного плетения и состава. Шнуры диаметром 6 – 12 мм имеют достаточную проч- ность и гибкость, что позволяет их использовать при термообработке как вспомогательный материал для крепления основной теплоизоляции, нагревателей и индуктора к трубе. Материалы на основе каолиновой ваты и полотна имеют высокую теплостойкость и хорошие диэлектрические свойства. Однако каолиновые волокна, как и волокна асбеста, имеют высокую проникающую способность, что может вызвать канцерогенные заболевания. Этому способствует повышенное рассеивание волокон в зоне дыхания термиста и их малый диаметр 2 – 4 мкм.

Тепловая стойкость изоляционных материалов, начало деструкции, разложения, плавления снижается с увеличением количества примесей в волокнах, нитях материала и с уменьшением его плотности. Состав, плотность и толщина материала определяют его теплопроводность, следовательно, влияют на скорость нагрева и скорость охлаждения стыка, которые строго регламентированы нормами [3]. С этих позиций, наиболее подходящими материалами для теплоизоляции согласно рекомендациям [1 – 3] являются высокотемпературные маты МВТ, ВКМ, кремнеземистая ткань КТ-11, рулонное полотно ВКР-150 на основе прессованной каолиновой ваты, кремнеземное полотно ИПП-КВ с предельной температурой 1000°С.

Из последних отечественных разработок более безопасным материалом является кремнеземное полотно “SuperSil”, состоящее из 95 – 99% SiO2. Данный материал имеет хорошие эксплутационные показатели и может быть рекомендован для широкого применения в энергетической отрасли. Далее приведены технические характеристики теплоизоляции “SuperSil”.

Более дорогим материалом является силикатное полотно “Cooperknit 500” английской компании “Cooperheat (UK) Ltd”, которое имеет армирующую нержавеющую сетку и поэтому более долговечно (таблица).