1.2.2. Состав, структура и физические свойства отложений.

Отложения на поверхностях нагрева бывают весьма разнообразными по химическому составу, структуре, плотности и коэффициенту теплопроводности. Наряду с рыхлыми пористыми отложениями, встречаются отложения, которые по твердости и прочности связи с металлом напоминают эмали. Разнообразны также состав и физические свойства котельного шлама.

Некоторые накипи состоят из нескольких слоев, которые могут отличаться друг от друга как химическим составом, так и своей структурой. Часто они образуются в результате последовательного отложения различных веществ или их смесей.

Образующиеся в парогенераторах отложения могут быть по своему химическому составу подразделены на три основные группы:

1) щелочноземельные;

2) железные;

3) медные.

В первую группу входят кальциевые и магниевые накипи (карбонатные, сульфатные, силикатные, фосфатные), в составе которых преобладают (до 90%) СаСО₃, CaSO₄, CaSiO₃, 5CaO*5Si0₂*Н₂О, Ca₃(PO₄)₂, Mg(OH)₂.

Во вторую группу входят железоокисные Fe₂O₃, Fe₃O₄, железофосфатные Fe₃(РО₄)₂, NaFePО₄ и железо-силикатные Na₂О* Fe₂О₃*SiO₂ накипи.

В третью группу входят отложения металлической меди и окислы меди CuO, Cu₂O.

Карбонатная накипь откладывается обычно в форме плотных кристаллических отложении на тех поверхностях нагрева или охлаждения, где отсутствует кипение воды, а среда нещелочная. Этими поверхностями являются водяные экономайзеры, конденсаторы турбин, водоподогреватели, питательные трубопроводы, тепловые сети и др. В условиях же кипения щелочной воды (в парогенераторах, испарителях) СаСО₃ обычно выпадает в форме неприкипающего шлама.

Сульфатная накипь обладает большими твердостью и плотностью.

Силикат кальция образует твердую накипь, крепко пристающую к стенкам поверхности нагрева.

Сложные силикатные накипи имеют разнообразный минеральный состав, так как кремниевая кислота образует накипи не только с катионами кальция и магния, но и с катионами натрия, железа и алюминия (натроферросиликаты и натроалюмосиликаты). В составе сложных силикатных накипей содержится до 40 – 50% кремниевой кислоты, 25—30% окислов железа, меди и алюминия и 5 – 10% окиси натрия. Количество же соединений щелочноземельных металлов в этих отложениях обычно не превышает нескольких процентов. Эти сложные бескальциевые силикатные накипи характеризуются разнообразием структур – от пористых и комковых отложений до твердых и плотных образований, ровным слоем покрывающих металлическую поверхность.

Некоторые составляющие отложений в котлах.

Вещество	Минералогическое название	Формула
Карбонат кальция	Кальцит или арагонит	CaCO3
Сульфат кальция	Ангидрит	CaSO4
Гидроокись магния	Бруцит	Mg(OH)2
Основной фосфат кальция	Оксиапатит	3Ca(PO4)2Ca(OH)2
Гидрооксифосфат магния	–	Mg3(PO4)2Mg(OH)2
Окислы железа	Гематит и др.	Fe2O3; FeOOH
Силикаты кальция и магния, смешанные силикаты	Серпентин Анальцин Акмит Ксонотлит Пектолит	3MgO2SiO22H2O Na2OAl2O34SiO2H2O Na2OFe2O34SiO2 5CaO5SiO2H2O Na2O4CaO6SiO2H2O

При повышенном содержании фосфатов и железа в котловой воде и низкой щелочности последней на внутренних поверхностях парообразующих труб откладываются рыхлые железофосфатные накипи Fe₃(РО₄)₂, NaFePО₄, которые при обстукивании труб сравнительно легко отваливаются от стенок. Характерным для железофосфатных накипей является равномерное распределение их по всей длине трубы.

На внутренней поверхности экранных труб в зонах наибольших температур факела, характеризующихся высокими местными тепловыми нагрузками, откладываются железоокисные накипи главным образом в форме магнетита Fe₃O₄.

Находящиеся в котловой воде взвешенные частицы увеличиваются в размере за счет кристаллизации на их поверхности веществ из котловой воды, а также взаимного сцепления, образуя на внутренних поверхностях парогенератора илистые шламовые отложения. В состав котельного шлама входят углекислый кальций СаСО₃, гидрокарбонат магния Mg(OH)₂* MgCO₃, фосфат магния Mg₃(PO₄)₂, гидроксилапатит Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂, окислы железа Fe₂О₃, Fe₃O₄, окислы меди CuO, Cu₂O, органические вещества и т. д. При наличии в котловой воде кремниевой кислоты гидроокись магния вступает с нею в соединение, образуя при этом серпентин, который обычно выпадает в форме высокодисперсного шлама:

3Mg(OH)₂+2SiO₂=3MgO*2SiО₂*2H₂О+H₂О.

Следует различать:

а) шламы, не прикипающие к поверхностям нагрева и поэтому сравнительно легко выводимые наружу во время работы парогенератора путем периодической продувки последнего; к числу их относятся гидроксилапатит и серпентин, а также карбонат кальция в щелочной среде;

б) шламы, способные при известных условиях прикипать к поверхностям нагрева и являющиеся материалом для образования так называемых вторичных накипей; к числу прикипающих шламов могут быть отнесены гидроокись магния и фосфато-магнезиальные соединения. Отсюда следует, что одной из важных задач организации рационального водного режима парогенераторов с многократной циркуляцией является создание в котловой воде таких условий, при которых накипеобразователи, проникающие в парогенератор с питательной водой, выделялись бы только в форме шлама, неспособного прикипать к стенкам труб и удаляемого из парогенератора с продувочной водой.

Характеристика отложений в котельных установках.

Вещество	Характеристика отложений
Сульфат кальция CaSO4	Твердая, хорошо прилипающая накипь в паровом котле (единственное место, где она образуется из необработанной или недостаточно обработанной воды)
Карбонат кальция CaCO3	Обычно отлагается в виде шлама, но часто образуется накипь в докотловых системах и отложения различной твердости в паровых котлах
Основной фосфат кальция 3Ca(PO4)2Ca(OH)2	Оседает главным образом в виде шлама, но при обработке фосфатом образует в котах мягкий и, как правило, тонкий слой отложений на большой поверхности котла
Гидроокись магния Mg(OH)2	Редко образует накипь, обычно входит в состав шламов при обработке воды карбонатом
Гидрооксифосфат магния Mg3(PO4)2Mg(OH)2	При образовании в паровых котлах дает обычно мягкие отложения, достигающие иногда большой толщины
Силикаты:
акмит Na2OFe2O34SiO2	Появляются в виде твердой, хорошо прилипающей накипи на поверхностях с высокой температурой
анальцит Na2OAl2O34SiO2H2O
пектолит Na2O4CaO6SiO2H2O	Появляются в виде очень твердой накипи
ксонотлит 5CaO5SiO2H2O
сепиолит 2MgO3SiO24H2O	Обычно входит в состав мягких отложений
серпентин 3MgO2SiO22H2O	Является обычным компонентом шламов и отложений, образующихся при обработке котловой воды карбонатом и фосфатом

Теплоизолирующие свойства отложений характеризуются следующими физико-механическими показателями: структура (пористость), теплопроводность, толщина и сила сцепления их с поверхностью металла.