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

•питательного штуцера и водораспределительного щитка котла в месте ввода питательной воды.

Накипь (в основном карбонатная) отлагается и во вспомогательном оборудовании: в водоподогревателях, по­ верхностных конденсаторах, маслоохладителях, где проис­ ходят процессы так называемого низкотемпературного накипеобразования, в основном за счет распада бикарбона­ та кальция. Толщина слоя накипи при этом достигает 1,5— 2 мм, в результате чего понижается температура подогре­ ва питательной воды, ухудшаются конденсация пара и степень охлаждения масла в маслоохладителях, снижается общая экономичность локомобильной установки.

В целях предотвращения низкотемпературного накипеобразования в питательную воду необходимо вводить не­ которое количество фосфатов (антинакипин с 25%-ным со­ держанием тринатрийфосфата ЫазРС>4 или тринатрийфосфат в количестве 1,5—2,5 мг/л в пересчете на Р2О5).

При наличии в котлах накипи и отложений шлама дли­ тельность рабочего цикла между чистками весьма непро­ должительна (иногда не более 500 ч) и чем больше тол­ щина накипи, тем меньше период между чистками. Простои котла при 'механической чистке возрастают и доходят ино­ гда до 7—10 дней; на очистку котла и вспомогательного оборудования от накипи приходится затрачивать значи­ тельные средства, объем ремонта увеличивается, а срок службы котла сокращается.

4.УНОС КОТЛОВОЙ ВОДЫ С ПАРОМ,

ЕЕВСПЕНИВАНИЕ И ВСКИПАНИЕ

Впроцессе эксплуатации локомобилей наблюдаются явления капельного уноса, вспенивания и вскипания кот­ ловой воды.

Капельный унос котловой воды представляет собой увлечение паром с зеркала испарения мельчайших капелек воды вместе с содержащимися в них солями и другими примесями.

При работе котла капельный унос происходит постоян­ но. Величина влажности пара при капельном уносе для различных локомобилей имеет разные значения. При нор­ мальной работе локомобиля можно принимать следующие значения влажности пара:

21

„кратковременная.................... 2,0

В с п е н и в а н и е котловрй' воды представляет собой образование «а зеркале испарения стойкой пены, которая состоит из мельчайших пузырьков размером до 1 мм.

Влажность пара при вспенивании значительно увели­ чивается и достигает 3%' и более. Уровень воды в котле в результате вспенивания может сильно повышаться, а пе­ на может проникать в сухопарник (рис. 5) и паропровод.

В с к и п а н и е м называются мгновенные забросы боль­ шого количества котловой воды в сухопарник и элементы пароперегревателя локомобиля.

Отрицательно влияющие на качество пара явления уноса, вспенивания и вскипания котловой воды происхо­ дят в результате сложного воздействия физических и фи­ зико-химических факторов.

Одним из физико-химических факторов, способствую­ щих загрязнению пара, является высокое солесодержание котловой воды. Чем выше солесодержание котловой воды, тем больше солей уносится с паром й тем сильнее загряз­ няется последний. До определенного значения солесодер­ жание не вызывает вспенивания, однако при достижении так называемого критического солесодержания происходит интенсивное вспенивание котловой воды. Величина крити­ ческого солесодержания для каждого типа локомобиля зависит от ряда факторов и главным образом от наличия

22

в котловой воде шлама. Наличие в котловой воде мелко­ дисперсного шлама, состоящего из СаСОз, Mg(OH)2 и РегОз, в большой степени способствует вспениванию воды и резкому ухудшению качества пара. Во многих случаях мелкодисперсный шлам уносится из котла вместе с паром в очень больших количествах.

Величины допускаемого соле- и шламосодержания кот­ ловой воды локомобилей приведены ниже (см. § 6).

Тринатрийфосфат (Na3P0 4 ) образует высокодисперс­ ные кальциевые и магниевые осадки, способствующие вспениванию котловой воды. Вспениванию также способ­ ствует каустическая сода (NaOH). Значительно способ­ ствует пенообразованию наличие в котле масла. При осу­ ществлении щелочного режима котла масло под воздей­ ствием щелочности котловой воды омыляется и образует очень стойкую пену на зеркале испарения; осаждаясь на частицах шлама, масло ухудшает их смачиваемость и способствует подъему их к зеркалу испарения с пузырь­ ками пара и последующему выносу в пароперегреватель.

На унос котловой воды влияют повышение уровня во­ ды в котле и напряжение зеркала испарения. С повыше­ нием уровня воды в котле уменьшаются площадь зеркала испарения и паровой объем, захват влаги паром начинает происходить более интенсивно, а в связи с уменьшением парового объема ухудшается отделение от пара захва­ ченных капелек воды; одновременно с этим увеличивается унос с паром мелкодисперсных частичек шлама и солей.

С увеличением напряжения зеркала испарения начи­ нает резко возрастать влажность пара вследствие образо­ вания на зеркале испарения значительного пароводяного слоя и уменьшения парового объема. Чрезмерное соле- и шламосодержание котловой воды увеличивает пенообразование и высоту пароводяного слоя, что приводит к еще большему ухудшению качества выдаваемого котлом пара.

При рассмотрении вопросов обеспечения надлежащего качества пара, выдаваемого локомобильными котлами, не­ обходимо учитывать также конструктивные особенности последних: небольшую высоту парового пространства и отсутствие надежных сепарирующих устройств. Пароосушители и сепараторы котлов современных локомобилей несколько снижают влажность пара, но существенного влияния на улучшение качества пара не оказывают.

Унос влаги с паром, а также вспенивание и вскипа­ ние котловой воды отрицательно сказываются на режиме

23

работы локомобиля. При капельном уносе воды влажный пар со значительным содержанием солей поступает в паро­ перегреватель, где он подвергается осушке, в результате чего значительная часть содержащихся в нем легкораство­ римых солей (ИагСОз, NaCl, Na2S0 4 ) отлагается в паро­ перегревателе, который постепенно начинает загрязняться этими солями. При высоком солесодержании пара соли могут отлагаться в предохранительных клапанах и нару­ шать их нормальную работу.

При вспенивании котловой воды происходит сильное загрязнение пара как за счет уноса влаги, так и за счет уноса с паром хлопьев пены; поэтому в данном случае загрязнение пароперегревателя происходит уже не только легкорастворимыми, но и труднорастворимыми солями с включениями шлама. На стенках пароперегревателя об­ разуются отложения, состоящие из углекислого кальция, гидрата окиси магния, шлама и других соединений. Наи­ более значительные отложения (3—4 мм) образуются на поворотах.

Вследствие сужения поперечного сечения труб паропе­ регревателя давление пара за ним иногда 'снижается на 2—3 кГ/см2-, кроме того, металл труб перегревается, обра­ зуются трещины и свищи, в результате чего происходит преждевременный выход из строя пароперегревателя.

При значительном вспенивании и уносе котловой воды с паром не все соли и примеси остаются в пароперегрева­ теле; часть из них уносится в паровую машину, где они участвуют в образовании так называемого нагара, пред­ ставляющего собой трудно удаляемую плотную, твердую массу. Нагар приводит к ускоренному износу стенок ци­ линдров, поршневых колец, втулок и элементов парорас­ пределения.

При вспенивании и вскипании котловой воды нарушает­ ся правильность показаний .водоуказательных приборов. В отдельных случаях в цилиндрах паровой машины воз­ можны водяные удары, приводящие к поломкам различ­ ных деталей машины. Отрицательное влияние уноса, вспе­ нивания и вскипания котловой воды сказывается также в понижении температуры перегрева пара, которое может быть весьма значительным и в отдельных случаях дости­ гает 80° С. Каждый процент влажности пара, поступающе­ го в пароперегреватель, снижает температуру перегрева пара примерно на 7—8°С, а снижение температуры пере­ грева на 10°С увеличивает удельный расход пара паро-

24

бой машиной примерно на 2% и топлива примерно на 1%. Таким образом, снабжение машины паром высокого каче­ ства является одним из условий обеспечения ее безопасно­ сти, экономичности и долговечности.

Борьба с уносом, вспениванием и вскипанием должна прежде всего сводиться к правильной эксплуатации, со­ блюдению норм качества котловой воды и надлежащего режима продувок (особенно по шламу). Нельзя допускать образования накипи и попадания масла в котел. Котлы в которых по тем или иным причинам образовалась на­ кипь, надо своевременно от нее очищать.

За последнее время для борьбы со вспениванием и уно­ сом котловой воды разработаны и успешно применяются вводимые в котел химические вещества, называемые пеногасителями. Имеются разные марки пеногасителей. Наи­ более широкое распространение получил пеногаситель под названием диамид, представляющий собой белый по­ рошок с желтоватым оттенком. Диамид получается из гексаметилендиамина (1 часть) и стеариновой кислоты (4’/г части). Сущность воздействия химического пеногасителя заключается в том, что вместо мелких пенообра­ зующих пузырьков пара пеногаситель способствует образо­ ванию крупных пузырьков, которые мгновенно разрушают­ ся на поверхности зеркала испарения и не обладают способ­ ностью к пенообразованию. При добавлении дубового экс­ тракта, сульфитцеллюлозного щелока и с увеличением щелочности котловой воды эффективность действия пеногасителя повышается. Наоборот, при наличи в котловой воде большого количества шлама, солей магния и крем­ ниевокислых соединений эффективность его действия

не предотвращает капельного уноса, а также вспенивания, вызванного повышением уровня воды или резким падени­ ем давления пара в котле.

Если питательная вода имеет большое солесодержание, применение пеногасителей благотворно сказывается на эксплуатации локомобиля: уменьшается засорение отложе­ ниями пароперегревателя, повышается температура пере­ грева пара и снижается расход топлива. Благодаря пеногасителям становится возможной работа локомобилей с повышенным солесодержанием котловой воды.

Применение мер по борьбе с загрязнением пара мож­ но считать эффективным в том случае, если локомобиль

25

мывки пароперегревателя и отсутствует усиленный износ паровой машины по причине образования нагара.

5. КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛА и МЕРОПРИЯТИЯ ПО БОРЬБЕ С НЕЙ

Коррозия представляет собой процесс разрушения ме­ талла при взаимодействии его с окружающей средой. Этот процесс начинается всегда с поверхности металла и затем распространяется в глубь его. Причиной коррозионных разрушений являются сложные химические и электрохими­ ческие процессы. В зависимости от формы проявления и характера разрушений металла коррозию подразделяют на следующие виды: щелочную (межкристаллитную), кислородную, пароводяную, коррозию под напряжением, коррозионную усталость и др. Кроме того, все виды кор­ розии подразделяют на общую и местную- К местной кор­ розии относят коррозионные пятна, язвенную и точечную коррозию, избирательную коррозию, коррозионную, уста­ лость и межкристаллитную коррозию.

Возникновение и развитие процесса коррозии в локомо­ бильных котлах и вспомогательном оборудовании могут происходить вследствие наличия в питательной воде ки­ слорода, углекислоты, аммиака и сероводорода; повышен­ ной или недостаточной щелочности котловой воды, пита­ ния локомобилей кислыми водами (pH < 5,5); высокой минерализации питательной воды с повышенным содер­ жанием в ней хлоридов (100—200 мг/л) и сульфатов (200—400 мг/л), а также условий эксплуатации котлов.

Скорость протекания процессов коррозии определяют весом металла в граммах, разрушенного за год на пло­ щади 1 м2, или глубиной коррозионных разрушений в мил­ лиметрах за 1 год. Для паровых котлов низкого давления характеристика коррозионных процессов по скорости их развития определяется следующей шкалой (см. таблицу 1).

Вотдельных случаях, например при питании локомо­ билей болотными водами с низкими значениями pH, ско­ рость коррозии может достигать до 5 мм в год.

Всвязи с неудовлетворительным водным режимом и отсутствием защиты от коррозии в практике эксплуатации локомобилей наблюдаются иногда случаи значительных коррозионных повреждений паровых котлов и вспомога­ тельного оборудования.

26

Коррозионные разрушения в виде сквозных проржавлений бывают на стенках жаровой трубы и цилиндрической части корпуса локомобильного котла (в его водяном про­ странстве). Дымогарные трубы подвергаются коррозион­ ным разрушениям, выражающимся в разъедании их на­ ружной поверхности. В результате сложных коррозионных процессов образуются трещины в местах развальцовки дымогарных труб, а также в отбортовке днищ котла, в за­ гибах жаровых труб и трубных решеток. Проржавления наблюдаются также на цилиндрической части корпуса котла, в паровом пространстве и на самих трубных решет­ ках.

При длительном воздействии кислорода и углекислоты происходит уменьшение толщины котельного металла, что вызывает необходимость снижать рабочее давление в кот­ ле и производить дополнительный ремонт. Довольно значи­ тельные коррозионные разрушения встречаются также в водоподогревателях локомобилей с внутренней стороны тру­ бок, где растворенный в воде кислород вызывает сначала небольшие раковины, которые затем переходят в сквозные свищи. В практике эксплуатаций локомобилей кислород­ ная коррозия является одним из наиболее распространен­ ных видов коррозии. В случаях, когда в котловой воде

Гидрат окиси железа выпадает в осадок, раствор по­ лучается недосыщенным в отношении железа, и процесс

27

окисления железа продолжается. Таким образом, в ней­ тральных и слабощелочных средах кислород является ос­ новной причиной коррозии металла; при отсутствии же кислорода коррозии железа в таких средах не наблюдает­ ся при любой концентрации солей.

Основными формами проявления кислородной корро­ зии являются пятна и раковины. Более интенсивно проте­ кают коррозионные процессы при совместном действии ки­ слорода и углекислоты; если же в воде в присутствии ки­ слорода находится аммиак, то происходит коррозия меди, а также избирательная коррозия латуни и других медных сплавов.

Процессы коррозии ускоряются при понижении pH пи­ тательной воды, а также при наличии в ней гуминовых кислот, свободного хлора, хлоридов и по ряду других при­ чин.

При одновременном воздействии переменных напряже­ ний и агрессивной среды появляется коррозионная уста­ лость металла котла, выражающася в форме межкристаллитных трещин, переходящих затем в транскристаллитные щелевые отверстия. '

Одним из наиболее опасных видов коррозионных раз­ рушений является так называемая межкристаллитная кор­ розия или щелочная хрупкость металла. Межкристаллит­ ная коррозия возникает при воздействии на металл котла концентрированных растворов щелочи и высоких механиче­ ских напряжений. Сущность процесса межкристаллитной коррозии заключается в том, что при воздействии кон­ центрированного раствора щелочи нарушается связь меж­ ду кристаллами металла и образуются микротрещины, которые затем настолько быстро развиваются, что стано­ вятся видны невооруженным глазом (рис. 6). При прочих равных условиях раньше всего эти трещины начинают развиваться на участках, где внутренние напряжения ме­ талла превышают предел текучести. В отдельных случаях при непрерывном испарении котловой воды в сквозных микротрещинах создается концентрация едкого натра 75 г/л и выше, в связи с чем межкристаллитная коррозия может возникать даже при отсутствии высоких напряже­ ний в металле.

По причине межкристаллитной коррозии вероятно по­ явление трещин в перемычках трубных решеток, сварных или заклепочных соединениях и других неплотностях раз­ личных элементов котла.

28

помещают в приборе так, что между .ним и пазом прибора создается щель, через которую в виде пара выходит котло­ вая вода. Находящиеся в этой воде соли отлагаются на об­ разце, и в случае агрессивности котловой водьг через не­ которое время на нем появляются трещины, видимые нево­ оруженным глазом. Обычно испытания проводят в течение 1—3 мес. Если после проведенных последовательно трех испытаний в образце не обнаружено трещин, то вода не считается агрессивной. У стационарных локомобилей инди­ катор агрессивности котловой воды целесообразно уста­ навливать на линии непрерывной продувки котла. При пе­ редозировках щелочей и нарушении режима продувок, а также при неправильном выборе ц осуществлении полно­ го натрий-катионирования питательной воды возможны яв­ ления межкристаллитной коррозии локомобильных котлов.

В целях предотвращения межкристаллитной коррозии относительную щелочность котловой воды, т. е. отношение абсолютной щелочности котловой воды (пересчитанной на NaOH) к общему ее солеоодержанию, не следует допус­ кать более 0,15—0,2. Если котловая вода агрессивна, необ­ ходимо вводить в нее пассиваторьи: литейные концентраты, сульфитцеллюлозный щелок и др. Одним из надежных средств борьбьи с межкристаллитной коррозией является нитратный внутрикотдовой режим, при котором рекоменду­ ется поддерживать в котловой воде концентрацию натрие­ вой селитры (ЫаЫОз) не менее 40 % общей щелочности кот­ ловой воды, пересчитанной на едкий натр.

При наличии в воде хлористого магния коррозия может протекать под слоем накипи, а в нижней части барабана котла в местах с вялой циркуляцией — и под слоем шлама. Наиболее интенсивно коррозионные процессы1 протекают при питании котлов мягкими водами при отсутствии газоудаления.

Одним из наиболее радикальных средств предотвраще­ ния коррозионных процессов при работе с водоумягчением является удаление газов из питательной воды1, осуществля­ емое различными способами. Одним из таких способов яв­ ляется термический, основанный на уменьшении раствори­ мости газов и выделении их из воды при повышении темпе­ ратуры. Практически при атмосферном давлении и темпе­ ратуре 100° С из воды удаляются полностью растворенные в ней кислород и углекислота.

Имеется много различных конструкций термических газоудалителей, которые подразделяются на докотловые и

30