книги из ГПНТБ / Субботина, Н. П. Водный режим и химический контроль на тепловых электростанциях

подогревателях вода нагревается паром до 130—150°С и с такой температурой поступает в теплосеть; в тепло­ обменниках потребителей температура воды снижается неодинаково, но в общем обратном трубопроводе потоки отдельных потребителей смешиваются и температура усредняется до значения 40—70 °С.

Изменение параметров теплоносителя в тепловых се­

т. е. является «водой» в обычном понимании этого сло­ ва. Аналогичная картина наблюдается в системах прямо­ точного и оборотного охлаждения конденсаторов тур­ бин, исключая собственно охладительные устройства. В градирнях и брызгальных бассейнах наряду с тепло­ отдачей ог воды к воздуху путем теплопроводности и конвекции происходит и парообразование; пары воды уходят в окружающую атмосферу, а жидкая фаза оста­ ется в системе для повторного использования.

В-З. СВЯЗЬ МЕЖДУ ПАРАМЕТРАМИ И СВОЙСТВАМИ Н,0

При изменении температуры и давления изменяются теплофизические и физико-химические свойства НгО.

В области докритических давлений ниже линии насы­ щения, где существует только жидкая фаза Н 2 0 , повы-

Рис. В-6. Влияние давления на плотность и ди­ электрическую проницаемость пара и воды на ли­ нии насыщения.

шение температуры сопровождается снижением величин вязкости, плотности и диэлектрической проницаемости воды, величина теплоемкости при' постоянном давле-

20

ним ср несколько возрастает. При температурах выше температуры насыщения is, где существует только газо­ образная фаза Н 2 0 , перегрев пара сопровождается сни­ жением его плотности и теплоемкости с р и незначитель­ ным увеличением вязкости. На линии насыщения суще­ ствуют обе фазы — пар и вода, различающиеся по вели­ чинам плотности, вязкости, диэлектрической проницае­ мости и другим показателям. Зависимость плотности па­ ра и воды и их диэлектрической проницаемости от дав­ ления на линии насыщения показана на рис. В-6. Из

меняется разность между величинами диэлектрических проницаемостей воды и пара.

Характер изменения основных теплофизических пара­ метров Н 2 0 с ростом температуры при постоянстве дав­ ления показан на рис. В-7. Типичными для докритических давлений являются плавный ход кривых плотности (р), вязкости (in)-, теплоемкости (ср) и теплопроводности

(X) в области температур, которые ниже н выше темпе­ ратуры насыщения, и разрыв этих кривых при темпе­ ратуре насыщения (кривые / на рис. В-7). При сверх­ критических давлениях кривые изменения плотности, вязкости и теплопроводности во всем диапазоне темпе­ ратур не имеют разрыва, однако изменение абсолютных

21

величин этих параметров в разных диапазонах темпера­ тур различно. Четко выделяется сравнительно узкий интервал температур, где наблюдается хотя и плавное, но весьма резкое изменение плотности, вязкости и тепло­ проводности. На кривой теплоемкости ср в этом интер­ вале температур1 имеется максимум. Соответственно ходу кривой теплоемкости этот интервал температур по­ лучил название з о н ы м а к с и м а л ь н о й т е п л о е м к о ­

ст и .

Сплотностью и диэлектрической проницаемостью связаны свойства НгО как растворителя. При низких температурах, когда плотность и диэлектрическая про­

шаются, в связи с чем вода становится все менее по­ лярным растворителем. Плотность и диэлектрическая проницаемость насыщенного пара с ростом температуры (рис. В-6) возрастают, соответственно свойства пара как растворителя усиливаются, вместе с тем из-за низких абсолютных значений диэлектрической проницаемости насыщенный пар во всем диапазоне давлений остается малополярным растворителем.

С изменением температуры и давления меняются так­ же электролитические свойства воды. Известно, что вода является очень слабым электролитом; ее диссоциация протекает по реакции

и Ю - 7 грамм-ионов гидроксила на каждую грамм-моле­ кулу воды. С изменением температуры степень диссо­

другу для чистой воды. При постоянной температуре произведение концентраций свободных ионов Н+ и О Н - , находящихся в воде, является постоянной величиной.

1 Это резкое изменение свойств Н2 0 при сверхкритических дав­ лениях носит название квазифазового перехода. (Прим. ред.)

22

кислоту, то концентрация свободных ионов водорода будет повы­ шаться, концентрация же свободных ионов гидроксила при этом должна уменьшаться, чтобы их произведение при постоянной темпе­ ратуре сохранилось постоянным. Отсюда следует, что в кислотной

этом должна уменьшиться в 100 раз, т. е. сделаться рав­ ной Ю - 9 , так как произведение новых концентраций дол-

23

жно оставаться равным той же величине Kw (при 25 °С /С„=10-«).

В связи с неудобством использования чисел с отрица­ тельными показателями степени для характеристики кон­ центрации водородных и гидроксильных ионов применя­ ют десятичные логарифмы этих чисел, взятые с обратным

Р Н 4 - р о н = —ig/c„=p/c«.

Как уже указывалось выше, ионное произведение во­ ды сохраняет постоянное значение при постоянной тем­

дальнейшем повышении температуры происходит сниже­

+ рОН = 14. При /Сш=Ю0 • Ю - 1 4 рН чистой воды и ней­ тральных растворов будет равно 6; кислые растворы войдут в диапазон р Н < 6 , щелочные — р Н > 6 ; во всех "растворах в этом случае рН + рОН=12 . На рис. В-8 по­ казано изменение pKw в зависимости от температуры.

В-4. ЗАДАЧИ ОРГАНИЗАЦИИ ВОДНЫХ РЕЖИМОВ ТЭС

Изменения температуры и давления НгО, сопровож­ дающиеся изменением теплофизических и физико-хими­ ческих свойств пара и воды, обусловливают особенности поведения примесей на разных участках пароводяного тракта ТЭС. Если бы в рабочей среде,' циркулирующей

24

в основном и теплофикационном контурах, а также в си­ стемах охлаждения турбин, не было никаких примесей, многие затруднения в работе паротурбинных станций не возникали бы. Так, отпали бы полностью затруднения, связанные с образованием на поверхностях, соприкасаю­ щихся с паром и водой, твердых отложений, содержащих соли кальция, магния, натрия и свободную кремнекислоту. Из опыта эксплуатации ТЭС известно, что солевые отложения в больших или меньших количествах могут образовываться на поверхностях нагрева парогенерато­ ров, в пароперегревателях, на лопатках турбин, а также на трубках конденсаторов со стороны охлаждающей во­ ды. Трудноудаляемые отложения кремнекислоты встре­ чаются главным образом в проточной части турбин. При отсутствии в рабочей среде таких примесей, как Ог и С0 2 , уменьшилось бы образование отложений, содержа­ щих окислы железа и меди. Такого вида отложения встречаются в парогенераторах, пароперегревателях, турбинах, подогревателях высокого давления и другой теплообменной аппаратуре.

Образование отложений в пароводяном тракте ТЭС оказывает отрицательное влияние на работу как основ­ ного, так и вспомогательного оборудования. Несмотря на различия в химическом составе и структуре отложений, все они характеризуются гораздо меньшими по сравне­ нию с металлами коэффициентами теплопроводности (0,05—5,0 против 40—100 ккал/(м-ч-°С). При загряз­ нении отдельных теплопередающих поверхностей отло­ жениями снижаются коэффициенты теплопередачи, уве­ личивается шероховатость стенок, уменьшаются проход­ ные сечения и как следствие увеличиваются потери на трение. Все это при относительно невысоких температу­ рах рабочей среды, например, в регенеративных подогре­ вателях, водяных экономайзерах парогенератора, кон­ денсаторах турбин и т. д. сказывается лишь на экономи­ ческих показателях работы оборудования. При высоких же температурах рабочей среды в пароперегревателях, в экранах парогенераторов наряду с ухудшением пока­ зателей экономичности образование отложений снижает и надежность работы оборудования. В пароперегревате­

нию стенок и разрыву труб. В местах перегрева стенок экранных труб происходят размягчение металла и его

25

останавливать парогенератор. К тем же последствиям приводят коррозионные повреждения металла со стороны рабочей среды. На останов, расхолаживание, удаление поврежденного участка, замену его новым и повторный пуск парогенератора требуется значительное время. Чем больше единичная мощность агрегата, тем больший экономический ущерб наносит его внеплановый останов. Чтобы предотвратить аварийные остановы парогенерато­ ров по указанным причинам, очевидно, нужно создавать условия, препятствующие как образованию отложений, так и коррозии металла. Поскольку речь идет о процес­ сах, протекающих со стороны рабочей среды, создание таких условий требует воздействия на ее состав или, как принято говорить, требует соответствующей организации водно-химического режима парогенератора.

Отложения, образующиеся в проточной части турбин, как правило, не вызывают аварийных остановов этих агрегатов, но оказывают существенное влияние на эко­ номичность их работы. При накапливании отложений происходит снижение относительного внутреннего к. п. д. турбины, возникает шероховатость поверхности лопаточ­ ного аппарата, уменьшаются проходные сечения для па­ ра и в результате падает мощность турбины, сокраща­ ется подача энергии потребителям. Уже при небольших количествах отложений в турбинах ощутимо уменьша­ ются их к. п. д. Так, например, снижение к. п. д. на I — 2% наблюдалось у конденсационных турбин мощностью 100 Мет при накапливании всего килограмма отложений в их проточной части. У турбин мощностью 300 МВт при накапливании 1 кг отложений к. п. д. снижался пример­ но на 0,5—1,0%.

На первый взгляд уменьшение к. п. д. паровых турбин на 1—2% и снижение их мощности на 2—5% представ­ ляются незначительными. Но в действительности при огромных масштабах производства электроэнергии те­

26

из-за снижения к. п. д., понижением надежности энерго­ снабжения из-за снижения резервов электрической мощ­

ее мощность к их расчетным значениям. Следовательно, для обеспечения экономичной работы турбин необходи­ мо, чтобы по содержанию отдельных примесей перегре­ тый пар отвечал определенным требованиям. Это в свою очередь связано с выполнением ряда требований к каче­ ству котловой и питательной воды парогенераторов уже не из условий предотвращения отложений в самих паро­ генераторах, а из условий получения чистого пара для предотвращения отложений в турбинах.

Присутствие ряда примесей в паре и воде, безразлич­ ных в отношении образования отложений в парогенера­ торах и турбинах, таких, например, как растворенные газы, нитраты или нитриты, является нежелательным потому, что они обусловливают или интенсифицируют процессы коррозии металлов, соприкасающихся с рабо­ чей средой. Предупреждение коррозионных разрушений оборудования, уменьшение степени загрязнения пара и воды продуктами коррозии, уменьшение в парогенера­ торах и турбинах отложений, содержащих окислы метал­ лов,— эти задачи относятся к организации водно-хими­ ческого режима всей станции в целом, поскольку прак­ тически все участки пароводяного тракта в той или иной мере подвержены коррозии.

Итак, общими задачами организации водно-химиче­ ских режимов на ТЭС являются предотвращение образо­ вания отложений на поверхностях основных (парогене­ ратор, турбина, конденсатор) и вспомогательных агре­ гатов, соприкасающихся с рабочей средой, и уменьшение коррозии конструкционных материалов на всех участках пароводяного тракта.с тем, чтобы была обеспечена бес­ перебойная, надежная и экономичная работа оборудо­ вания.

Требования к водно-химическим режимам паротур­ бинных электростанций находят свое выражение в нор­ мировании содержания различных примесей в паре и

27

Глава первая

О С Н О ВЫ ТЕОРИИ К О Р Р О З И И МЕТАЛЛОВ

1-1. КЛАССИФИКАЦИЯ КОРРОЗИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ И КОРРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

Все чистые металлы в твердом состоянии имеют кри­ сталлическое строение с кубическими, гексагональными и другими атомными решетками (рис. 1-1). Объемно-цен­ трированную кубическую решетку имеют а-железо (чи­ стое железо при температуре ниже 991 °С), хром, молиб­ ден, вольфрам. Гранецентрированную кубическую ре­ шетку имеют у-железо (чистое железо при температурах от 911 до 1 392 °С), алюминий, медь, никель, свинец. Гек­ сагональную решетку имеют цинк, магний, титан.

тронов и, следовательно, несущие положительный заряд. Покинувшие атомы электроны свободно перемещаются между узлами решетки и благодаря этому принадлежат одновременно всем атомам.' Прохождение электрическо­ го тока в металлах определяется движением этих сво­ бодных электронов, что делает металлы электронными проводниками или п р о в о д н и к а м и п е р в о г о р о д а . При температуре 25 °С удельная проводимость большин­ ства металлов лежит в пределах от 104 до 106 с ш - 1 - с м - 1 . С повышением температуры электропроводность метал­ лов снижается.

.Технический металл, например котельная сталь, это не отдельные кристаллы правильной формы, а сложный конгломерат множества отдельных кристалликов (их называют к р и с т а л л и т а м и ) , имеющих искажения в кристаллической решетке и различную кристаллогра­ фическую ориентацию.

Под коррозией металла понимают постепенное его" разрушение, которое происходит в результате химическо­ го или электрохимического воздействия внешней среды.

29 :