ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Определение количества моющих реагентов

для очистки от соединений Fe и Cu.

(продолжительность работы 4 часа)

3.2. Цель работы.

Ознакомиться с методом определения необходимого количества моющих реагентов, для удаления соединений переходных металлов с теплообменных и конструктивных поверхностей.

3.2. Задачи работы.

1. Определить химический состав снятых с поверхности отложений.

2. Выбрать метод очистки и выделить активные компоненты моющего раствора.

3. Определить массу не растворённых моющим раствором отложений.

4. После определения состава нерастворённого остатка, выбрать метод его растворения.

5. Определить количества и массы активных компонентов моющих растворов, расходуемых на растворение единицы массы отложений.

3.3. Краткие теоретические положения.

Соединения , которые присутствуют в отложениях на теплообменных и конструктивных поверхностях блоков ТЭС, на аналогичных поверхностях ТЭЦ или промышленных котелен и связанных с ними системах теплоснабжения, практически всегда имеют коррозионное происхождение¹. В системах охлаждения конденсатора эти отложения часто сочетаются с биологическими отложениями (микроорганизмы, водоросли) и грубодисперсными примесями (ил, песок). В конденсато – питательных трактах соединениям в определённых условиях могут сопутствовать коррозионные продукты , а также соединения и . В напорном тракте соединения сочетаются с комплексно связанной и, иногда, с чистой .

На внутренних теплообменных поверхностях котлов коррозионные продукты существуют в форме гидроксидов. Толщина их отложений достигает максимума в области изменения фазового состояния теплоносителя (в барабанах, в испарительных экранах), где возможно их взаимодействие с силикатами. В прямоточных котлах, феро-фери силикаты частично переходят в пар, выпадая в паропроводах, в соплах и на лопатках турбин и, даже, достигая конденсатора.

Отложения соединений неоднородны по структуре и распределению плотности по толщине. Эта особенность определяется последовательностью коррозионных процессов. В примыкающем к металлу относительно плотном внутреннем слое гидроксидов содержатся . В рыхлом наружном, контактирующем с теплоносителем слое, окисляется до растворённым в воде кислородом (см. табл. П 2 приложений).

На наружных теплообменных поверхностях котлов коррозионные продукты существуют в форме оксидов. При их контакте с расплавленными шлаками, возможно образование карбонатов, карбидов, ванадатов и других, зависящих от составов шлаков типов соединений. На поверхности воздухоподогревателей, при температуре дымовых газов ниже точки росы, коррозионные продукты существуют в виде сульфатов.

и соединения в главном циркуляционном контуре и в контуре оборотной системы охлаждения конденсаторов турбоагрегата образуются в щелочной окислительной среде, вследствие коррозии медных или медьсодержащих поверхностей нагрева конденсаторов и подогревателей низкого давления. и соединения присутствуют в воде главного и охлаждающего контуров и в отложениях на теплообменных и конструктивных поверхностях.

В воде конденсато – питательного тракта (за счёт аммиака среда слабощелочная) медь окисленная до присутствует² в виде гидратированных ионов, гидроксокупратов - , ацидокупратов - и амминокупратов . По мере нагревания, комплексы разрушаются в вышеуказанной последовательности, высвобождая ион , который, по реакции , вытесняется из воды, способствуя коррозии стали. Наиболее термостойкие амминокомплексы разрушаются при температурах деаэратора³. Таким образом, в отложениях вдоль конденсато – питательного тракта наиболее вероятной есть встреча соединений в сочетании с чистой медью⁴.

Соединения весьма разнообразны: вюстит , или его гидратированная форма ; гематит или ; магнетит и его гидратированные формы; сложные ферросиликаты; феррофосфаты и т.п. В значительно меньшем количестве в отложениях находятся алюмосиликаты, гидроксопатиты; серпентины. Наконец, в отложениях содержатся в осидной или гидроксидной формах микропримеси других металлов ( , , , ) и соединений (кремнекислоты, фосфаты, сульфаты, сульфиды). При всей сложности состава отложений их основу составляют соединения .

В слабощелочной аэрированной воде оборотных систем охлаждения растворяется значительное количество атмосферного , что формирует зависимые от рН равновесия ; ; и, наконец, . Нерастворимые микрокристаллы карбонатов и гидроксидов образуют шламовую взвесь, часть которой выпадает в отложения, а разрушаемые при нагревании гидроксокомплексы высвобождают ион , который способствует коррозии бетонов и менее благородных, чем медь металлов. Без превентивных мер защиты мероприятиями водно-химических режимов максимальная толщина отложений наблюдается в конденсаторных трубах (область интенсивного нагрева) и в испарительной градирне (область интенсивного роста концентрации растворённых солей).

Неоднородности плотности и структуры в поверхностных отложениях и позволяют планировать процесс химической очистки, при которой изменение свободной энергии Гиббса должно быть отрицательным. Возможны следующие методы очистки:

1. Растворение отложений железа в сильных кислотах (наиболее часто в )

,

⁵

Данный метод наиболее применим для очистки медных и медьсодержащих теплообменных поверхностей. Метод применим для растворения оксидов, гидроксидов и карбонатов, переходных металлов. К достоинствам метода относится дешевизна, простота приготовления и дозирования моющего раствора. К недостаткам – введение в систему анионов сильных кислот (сильные деполяризаторы коррозии) и необходимость соответственного использования ингибиторов коррозии. Кроме того, в сильных безкислородных кислотах не растворимы чистая медь и гематит, а магнетит растворим частично.

2. Перевод отложений в устойчивую комплексно-растворимую форму (с использованием комплексонов – ЭДТА - ).

где - двунатрийзамещённая ЭДТА; комплексообразователи; лиганды.

Данный метод получил широкое распространение при предпусковых и эксплуатационных химочистках котлов и аппаратов от ряда соединений и . Достоинства: широкий спектр применения, высокая эффективность химических очисток в широких диапазонах температурных воздействий, сохранение комплексообразующей способности при разложении комплексонов. Недостатки: высокая стоимость комплексонов, зависимость условий образования комплексов от рН (см. таблицу 4 П приложений). Кроме того, в отложениях присутствуют соединения и металлический , что ведёт к необходимости использования ингибиторов коррозии.

3. Удаление металлической меди щелочным травлением в присутствии окислителей или сильными кислотами окислителями.

Данный метод получил широкое распространение при эксплуатационных химочистках котлов и аппаратов от металлической меди. Достоинства: щелочное травление (рН > 7) предохраняет сталь от коррозии, а при травлении азотной кислотой (рН < 7) имеет место пассивация стальной поверхности. Недостатком есть необходимость постоянного контроля за содержанием железа в моющем растворе.

1. Перевод соединений железа и металлической меди в шламовое состояние (А - растворением подслоя, расположенного между металлом и отложениями и ; Б - катодным перенапряжением покрытого отложениями металла - отложения и срываются выделяемым ; В – перевод в шлам отложений, не растворимых другими моющими средами)

А) внешний слой , внутренний слой :

,

Б) пористый слой на металлической поверхности:

, .

В) слой отложений или металлический :

,

,

,

, .

Метод (А) применим при наличии растворимого подслоя и высокой пористости слоя отложений. Метод (Б) возможен при малом отношении длины труб к их диаметру. Метод (В) допустим при наличии дешёвых реагентов для осуществления обменных реакций.

Следовательно, выбор метода и соответствующей технологии очистки отложений зависит от металла, состава и качества слоя отложений, от направления теплового потока через очищаемую поверхность и от её конструктивных особенностей.