книги из ГПНТБ / Говерт А.А. Водоподготовка для локомобилей

лем наличия в воде органических веществ. Она выражает­ ся обычно в миллиграммах кислорода [Ог] или перманга­ ната калия [KMnOJ, израсходованных на 1 л воды для

(мг/л) и характеризуют наличие в воде хлористого натрия [NaCl], хлористого кальция [СаСЬ] и хлористого магния

[MgCI2].

Содержание хлоридов в котловой воде должно ограни­ чиваться, в связи с тем что при большом их содержании

ляется главным фактором, обусловливающим коррозию котельного металла. С повышением температуры воды и понижением давления растворимость кислорода в воде уменьшается. Ниже показана зависимость растворимости кислорода от температуры воды при атмосферном давлении.

Наличие в нейтральной или слабо щелочной воде угле-

11

Т е м п е р а т у р а воды имеет важное значение в осу­ ществлении и контроле процессов водоподготовки, о чем указано ниже при описании отдельных способов обработки воды.

Цвет , з а п а х и в к у с сами по себе не имеют суще­ ственного значения, однако они могут указывать на при­ сутствие в воде нежелательных примесей: запах может свидетельствовать о присутствии в воде сероводорода, горький привкус — о наличии сернокислого и хлористого магния, соленый привкус — о наличии хлористого натрияСильноминерализованные воды имеют горько-соленый привкус. Желтый и коричневый цвет воды может свиде­ тельствовать о наличии в ней гуминовых веществ

П л о т н о т ь в о д н ы х р а с т в о р о в реагентов выра­ жается в граммах на 1 см32 (г/см3) или в градусах Боме. Таблица для перевода градусов Боме в удельный вес, а также эквиваленты одного градуса Боме для различных

Эквиваленты 1° Боме для различных веществ: Едкий натрий [NaOH] — 6 г/л Кальцинированная сода [Na2COa] — 7 г/л Сернокислый натрий [Na2S04] — 8 г/л Хлористый натрий [NaClJ— 10 г/л

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД

Все природные воды подразделяют на атмосферные, подземные, поверхностные и морские.

А т м о с ф е р н ы е в о д ы выпадают на землю в виде дождя, снега и града. В первоначальной стадии, в виде

12

паров, они обладают высокой степенью чистоты, но при прохождении через атмосферу поглощают содержащиеся в ней механические примеси, а также насыщаются газами

сферные воды более загрязнены, чем в сельских, лесных, горных и других районах, где загрязнение воздуха незна­ чительно или отсутствует совсем. Как правило, атмосфер­ ные воды являются более чистыми, чем другие виды при­ родных вод. Они обладают ничтожной жесткостью (0,10— 0,15 мг-экв/л) и небольшим сухим остатком (30—45 мг/л). При стоке по поверхности земли атмосферные воды силь­ но загрязняются и переходят в категорию поверхностных вод.

П о в е р х н о с т н ы е в о д ы включают в себя воды рек, озер, прудов и искусственных водохранилищ.

Речные воды отличаются относительно небольшой же­ сткостью и резкими сезонными колебаниями своего со­ става. Весной и осенью жесткость и солесодержание реч­ ных вод уменьшаются, но в то же время значительно уве­ личивается их мутность. Качество воды различных рек значительно отличается друг от друга. Общая жесткость вод отдельных рек колеблется от 0,2 до 10 мг-экв/л, а су­ хой остаток— от 55 до 7 000 мг/л.

Воды озер, прудов и искусственных водохранилищ имеют весьма разнообразный состав, который также под­ вержен сезонным колебаниям. Обычно эти воды лишены грубодисперсных взвешенных частиц и имеют незначитель­ ное количество частиц, находящихся в состоянии колло­ идной дисперсности. В центральных районах Советского Союза вода озер имеет общую жесткость в пределах 4— б мг-экв/л и сухой остаток 200—300 мг/л; в отдельных же

но сильно загрязнены органическими веществами и име­ ют кислую реакцию. Надо также иметь в виду, что по­ верхностные воды часто загрязняются сбросом в них от­ ходов промышленных предприятий.

Количество взвешенных веществ в поверхностных ис­ точниках водоснабжения в большинстве случаев составля­ ет не более 15—50 мг/л, но в некоторых реках оно доходит

13

до 5 000 мг/л и более. Окисляемость по кислороду состав­ ляет для большинства поверхностных вод до 8 мг/л, а тем­ пература в течение года колеблется от 1 до 25—30° С.

П о д з е м н ы е глубокие артезианские воды отличаются постоянством своего химического состава и температуры. Они обычно (прозрачны и лишены взвешенных и коллоид­ ных частиц, однако имеют повышенную жесткость и силь­ но минерализованы; жесткость артезианских вод может

артезианских вод примерно 1—2 мг/л, а температура 8— 10° С. Изменение химического состава артезианских вод может происходить в течение многолетнего периода. Грунтовые воды имеют менее устойчивый состав, чем ар­ тезианские, и качество их может значительно изменяться.

Мо р с к и е в о д ы по своему качеству резко отличны от поверхностных. Они характеризуются очень большими солеоодержанием и жесткостью. Так, например, вода Кас­ пийского моря имеет общую жесткость, равную примерно до 80 мг-экв/л (из них около 3,5 мг-экв/л карбонатной же­ сткости). Общая жесткость воды Черного моря составляет 46 мг-экв/л. Морская вода обладает коррозионными свой­ ствами. Сухой остаток морских вод колеблется в пределах 7 500—16 000 мг/л; для Балтийского моря он составляет 0,7—1%; для Черного моря—1,6%. Из общего количества растворенных в морской воде солей примерно 77%' прихо­ дится на хлористый натрий, около 3%: — на карбонат каль­ ция, 4%—на сульфат кальция, 11%—на хлористый магний и4%'—на сульфат магния. Содержание хлоридов в морской

в практике водоподготовки введена следующая классифи­ кация воды.

И с х о д н о й называют воду, получаемую непосредст­ венно из источника водоснабжения и подаваемую на водо­ подготовку.

14

тельным прибором непосредственно в котел. В состав пи­

Г Л А В А В Т О Р А Я

ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА КОТЛОВОЙ И ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОД НА РАБОТУ ЛОКОМОБИЛЯ

3. ОБРАЗОВАНИЕ НАКИПИ И ШЛАМА

Накипью принято называть твердые отложения на по­ верхностях нагрева котла, соприкасающихся с водой. Об­ разование накипи происходит в результате сложных физи­ ко-химических процессов, к числу которых относятся тер­ мическое разложение бикарбонатов, снижение растворимо­ сти некоторых веществ (особенно гипса) с повышением температуры воды и др.

Преобладающим процессом при образовании накипи является кристаллизация твердой фазы из пересыщенного раствора. Этот процесс объясняется тем, что при работе котел испаряет большое количество воды и концентрация растворенных в ней солей постепенно повышается. При до­ стижении предела растворимости из пересыщенного раст­ вора выделяется твердая фаза, которая и отлагается в форме накипи. Основными накипеобразователями явля­ ются соли карбонатной и некарбонатной жесткости; чем больше жесткость питательной воды, тем более толстый слой накипи образуется в котле. Постепенное образование накипи происходит даже при самой незначительной жест­ кости воды, но особенно резко оно возрастает, когда жест­ кость питательной воды достигает 3 мг-экв/л и более.

Накипь имеет различный химический состав и различ­ ную физическую структуру, которые зависят от качества питательной и котловой вод и внутрикотловых физико-хи­

15

мических процессов. По химическому составу накипь под­ разделяется на следующие виды: карбонатная накипь с со­ держанием более 50% карбоната кальция и карбоната магния, а также органических веществ; сульфатная накипь содержит более 50%: сульфата кальция; силикатная на­ кипь содержит более 20% кремнекислых соединений — си­ ликатов кальция и магния; магниевая накипь содержит более 20% соединений магния; смешанная накипь состоит из смеси сернокислых, углекислых, кремнекислых, фосфор­ нокислых соединений кальция и магния, а также окислов железа, окиси алюминия и других соединений.

Физическая структура накипи бывает весьма разнооб­ разной: накипь может отлагаться в виде весьма плотного так называемого котельного камня (силикатная, сульфат­ ная и иногда карбонатная накипь) и в виде мягких и рых­ лых губчатых отложений (карбонатная накипь). Наиболее опасным свойством накипи для котлов локомобилей являет­ ся ее низкая теплопроводность (в 20—30 раз ниже, чем у ста­ ли). Наименьшей теплопроводностью обладает пористая и рыхлая накипь. Рыхлая карбонатная накипь имеет ко­ эффициент теплопроводности 0,2—1,0 ккал/м - ч - град, твер­ дая ■— 0,5—5,0 ккал/м ■ч ■град; у сульфатной накипи этот коэффициент составляет 0,5—2,0 ккал/м ■ч - град; у сме­ шанной— 0,7 — 2,5 ккал/м- ч- град и у силикатной— 0,2— 0,5 ккал/м - ч - град. Очень низкий коэффициент теплопро­ водности имеет накипь, загрязненная маслом (около 0,1 ккал/м- ч- град)-, при эксплуатации локомобилей эта накипь (как и силикатная) очень трудно удаляется из котла механическими и химическими способами и пред­ ставляет наибольшую опасность.

Состав накипи определяется при помощи рентгеногра­ фического, термографического и кристаллооптического способов. Определение содержания в накипи отдельных элементов производится химическим способом. Фотогра­ фии отдельных видов накипи показаны на рис. 1.

В то время как одни вещества отлагаются в форме на­ кипи, другие выделяются в толще котловой воды в грубо­ дисперсном состоянии в виде так называемого шлама. К таким веществам относятся углекислый кальций, ги­ драт окиси магния, фосфат кальция, силикат магния, окис­ лы железа, окись алюминия, коллоидные и взвешенные вещества органического и минерального происхождения. Карбонат кальция, например, может выделяться при тер­ мическом разложении бикарбоната кальция как в виде

16

вой воде и котел начинает работать с пережогом топли­ ва; много тепла теряется с уходящими газами. Величина пережога топлива зависит от толщины слоя накипи и ко­ эффициента ее теплопроводности: чем больше толщина слоя накипи и меньше ее коэффициент теплопроводности, тем большим получается пережог топлива. В качестве иллюстрации можно привести следующую ориентировоч­ ную зависимость пережога топлива от толщины слоя на­ кипи:

Наиболее крупные пережоги топлива (до 10—15%) происходят при работе на жестких водах, без водоподго­ товки и без налаженного режима продувки котлов. При накипеобразовании вследствие плохой теплопередачи про­ исходит также снижение паропроизводительности котла (примерно на 3% при толщине слоя накипи 1 мм), под­ держивать рабочее давление в котле становится трудно, а мощность локомобиля снижается.

Рис. 2. Образование течи в трубной решетке.

При наличии накипи на трубных решетках и дымо­ гарных трубах в локомобильных котлах довольно часто (при жесткости питательной воды более 3,5 мг-экв/л) на­ блюдается течь в местах развальцовки дымогарных труб. Это явление объясняется тем, что в связи с отложением накипи дымогарные трубы перегреваются и получают уд­ линения больше допускаемых. По этой причине трубы выходят за плоскость трубной решетки, вследствие чего и образуется неплотность (рис, 2). В результате зараста­ ния накипью и шламом жаровой трубы и пучка дымо­ гарных труб повышается температура их стенок и сни­ жается прочность металла. Например, при толщине слоя

18

Отрицательное воздействие накипи и шлама сказывает­ ся и на работе инжектора локомобиля: накипь и шлам от­ лагаются на конусах и в обратном клапане, посадка кла­ пана происходит неполная, работа инжектора ухудшается или совсем прекращается. В случае продувки котла локо­ мобиля мелкие кусочки накипи могут попадать на притер­ тые поверхности крана и повреждать их; засоренные на­ кипью продувочный кран или вентиль вообще могут не закрываться.

Рис. 4. Занос шламом питательного штуцера и водораспределительного щитка.

Скапливаясь в больших количествах в нижней части котла (иногда вплоть до жаровой трубы), шлам нарушает нормальную циркуляцию воды и способствует появлению выпучин вследствие перегрева металла.

В локомобильных котлах при ненормальном водном режиме могут быть завалы шламом и накипью дымогар­ ных труб, в результате чего происходят их пережог, выпучины внутрь и разрывы. Одной из отрицательных сторон воздействия шлама на режим работы котла является вы­ зываемое им вспенивание котловой воды.

Помимо выделения в котле, шлам может выпадать так­ же и в трубопроводах при дозировании реагентов в пи­ тательные приямки локомобилей для внутрикотловой тер­ мохимической водоподготовки. На рис. 4 показан занос

20