Тема 2. Водные режимы судовых паровых котлов

2.1 Фосфатно-щелочной режим

Фосфатно-щелочной режим с применением противонакипина МФ предназначен для предупреждения накипеобразования и коррозии в котлах с давлением пара до 2 МПа.

Для этих целей используется противонакипин МФ. В состав противонакипина МФ входит: сода кальцинированная – 25-29 %, тринатрийфосфат – 67-71 %, концентрат сульфитно-спиртовой барды – 3-5 %. В котловой воде кальцинированная сода и тринатрий фосфат частично гидролизуются по уравнениям:

Na₂CO₃+H₂O NaOH+ NaHCO₃ (2.1.1)

Na₂РO₄+H₂O Na₂НРO₄+NaOH (2.1.2)

В результате гидролиза в котловой воде образуется щелочность. Фосфатно-щелочной режим ведется по щелочному числу, которое поддерживается в пределах 150-200 мг/дм³NaOH. При фосфатно-щелочных режимах: соли магния выпадают в твёрдую фазу в виде гидроокиси магния, которая образуется в результате их реакции со щелочью:

MgSO₄+2NaOH→Mg(OH)₂↓+Na₂SO₄ (2.1.3)

некарбонатная жёсткость кальция кальцинированной соды переводится в карбонатную, которая частично выпадает в твердую фазу:

СaSO₄+Na₂СO₃→СaСO₃↓+ Na₂SO₄ (2.1.4)

бикарбонаты и оставшиеся в котловой воде карбонаты кальция в присутствии щелочи тринатрийфосфатом переводятся в гидроксилапатит, который выпадает в твёрдую фазу в виде шлама:

10СaСO₃+6Na₃РО₄+2NaOH→ Сa₁₀(РО₄)₆(ОН)₂+10Na₂СO₃ (2.1.5)

10Сa(НСО₃)₂+6Na₃РО₄→Сa₁₀(РО₄)₆(ОН)₂↓+18NaOH+20СO₂ (2.1.6)

Концентрат сульфатно-спиртовой барды создает центры кристаллизации, что способствует выпадению твёрдой фазы в виде шлама, частично предохраняет котельный металл от щелочной коррозии и поверхности нагрева от вторичного накипеобразования.

При фосфатно-щелочных режимах рН котловой воды всегда больше десяти, тем самым обеспечивается защита котла от кислородной коррозии.

Сущность процесса возникновения хрупких разрушений металла заключается в проникновении химически отработанной щелочной котловой воды с низким общим солесодержанием в щелевидные пространства, образуемые неплотным соединением элементов котла. Независимо от первоначального абсолютного значения щелочного числа котловой воды происходит глубокое упаривание её до образования концентрата с содержанием 3-10 % едкого натра. Последний воздействуя на грани кристаллов структуры металла, электрический потенциал которых из-за наличия механических напряжений значительно понижен по сравнению с потенциалом тела кристаллов, разрушает их. Это приводит к нарушению связи между отдельными структурными составляющими металла. Действующие в металле растягивающие усилия, кроме того, способствуют расширению образовавшихся микротрещин и более глубокому проникновению агрессивного щелочного концентрата.

Хрупкие разрушения металла могут быть вызваны не только щелочной коррозией, но и коррозионной усталостью.

Таким образом, причиной, вызывающей появления межкристаллитной коррозии металла, является одновременное воздействие следующих трёх факторов:

агрессивных свойств котловой воды, возникающих в результате неблагоприятного соотношения между щелочами, специально введенными в котёл и общим солесодержанием котловой воды (определяется показателем «относительной щелочности», выражающей солесодержание едкого натра в процентах от общего солесодержания);

неплотностей в местах соединения элементов котла, не закупоренными посторонними отложениями (накипью, шламом) через которые происходит пропаривание котловой воды;

высоких местных растягивающих напряжений в металле котла, превышающих предел текучести. Эти напряжения могли сохраниться с момента постройки или возникнуть от температурных перекосов во время эксплуатации из-за недостаточного эластичного соединения котельных элементов между собой.

С повышением давления (температуры) в котле влияние перечисленных факторов на интенсивность процесса межкристаллитной коррозии увеличивается.