Тема 7. Технология обработки воды в дизелях

7.1.Назначение и эксплуатация системы охлаждения.

Поддержание необходимого теплового режима путём отвода теплоты в главных и вспомогательных дизелях, турбокомпрессорах, подшипниках и дейдвудных устройствах валопроводов, в компрессорах и других элементах СЭУ – главное назначение системы охлаждения.

В современных судовых двигателях в качестве охлаждающей среды в основном используют пресную воду благодаря её значительно меньшей коррозионной активности и накипеобразующей способности. Использование закрытого контура циркуляции воды в системе охлаждения даёт возможность поддерживать качество воды на необходимом уровне путём её химической обработки.

Элементы конструкции дизеля, трубопроводы, теплообменные аппараты выполнены из чугуна, стали или сплавов меди (латуни, бронзы и др.). Эти материалы, находясь в контакте с водой, не прошедшей должной обработки, постоянно разрушаются, подвергаясь действию коррозии. По виду коррозию подразделяют на общую и местную.

При общей коррозии металл разрушается в глубину более или менее равномерно, продукты коррозии загрязняют охлаждающую воду, выпадают в шлам и откладываются в застойных полостях охлаждаемых элементов.

Местная коррозия, выражается в появлении коррозионного разрушения поверхностей на небольших площадях, язвин, свищей, протекает с большей скоростью, поэтому представляет большую опасность для механической прочности и плотности конструкций. Особым видом является межкристаллитная коррозия, действие которой носит избирательный характер. Особенно чувствительны к ней сплавы металлов. Начинается она на границах разделяющих отдельные кристаллы сплава.

Образующиеся продукты коррозии оказывают расклинивающее действие на кристаллы, возникающие микрокристаллические трещины постепенно переходят в более крупные, иногда сквозные. Наиболее распространена электрохимическая коррозия в системах охлаждения, где функции электролита выполняет вода, содержащая водородные (Н⁺) и гидроксильные (ОН^-) ионы. В химически чистой дистиллированной воде ионы Н⁺и ОН^-находятся в равновесии, электрическая проводимость воды близка нулю и электрохимические процессы коррозии в ней практически не происходят. В противоположность пресной воде морская вода благодаря наличию в ней растворенных солей обладает хорошей проводимостью, поэтому электрохимическая коррозия протекает с большой скоростью.

Наибольшие разрушения отмечаются на участках системы охлаждения, где циркулирует забортная вода. В замкнутом контуре охлаждения коррозия носит ограниченный характер, но усиливается, если происходит подсаливание пресной воды через протечки в водоводяных охладителях. Скорость коррозии увеличивается при росте концентрации ионов водорода (Н⁺) в воде и наоборот, если придать воде щелочную реакцию, то скорость коррозии можно уменьшить. Если в воде присутствует кислород, он, взаимодействуя со скапливающимися на катодной поверхности водородом, образует воду. В случае такой реакции образованная на катоде защитная пленка из водорода разрушается. Находящиеся в воде ионы водорода получают возможность свободно соединяться с электронами катода в итоге коррозия прогрессирует.

Образование на поверхности анода слоя, состоящего из продуктов коррозии – одна из форм анодной поляризации. Продукт коррозии действует как изолятор, предотвращая дальнейшие реакции и таким образом, тормозя коррозию. Ионы Fe²⁺(двухвалетного железа), выделяющиеся на анодных участках стальных поверхностей, в отсутствии кислорода взаимодействуют с находящимися в воде гидроксильными ионами, образуя гидроокись железа, в результате ряда сложных реакций переходит в магнетитFe₃О₄, откладывающийся на аноде в виде плотного слоя, хорошо защищая его от дальнейшего разрушения. В создании подобных защитных пленок на поверхности металла заключается пассивация металла.

Не все продукты коррозии железа оказывают пассивирующее действие. Если в воде содержится в значительном количестве кислород, гидроокись двухвалетного железа может не превратиться в магнетит, а вместо него образуется гидроокись, содержащая трёхвалетное железо – одна из типичных форм ржавчины. Её защитные свойства незначительны. Плохо защищает металл вследствии рыхлой структуры образующаяся в присутствии кислорода окись железа Fe₂О_3.

Вид образовавшихся продуктов коррозии железа можно определить по цвету. Гидроокись железа (FeОН)₂имеет белый цвет, гидроокись трёхвалетного железаFe(ОН)₃– жёлтый или оранжевый, окись железаFe₂О₃ – красный или коричневый, а магнетитFe₃О₄– чёрный.

Кислотная коррозия возникает, если в систему охлаждения попала забортная вода, обычно содержащая в значительных количествах, хлорид магния, активно понижающий водородный показатель воды.

В результате образующаяся соляная кислота начинает разъедать металлические поверхности по реакции:

Fe+2НСl→FeСl₂+Н₂(7.1.1)

При этом коррозия развивается настолько активно, что даже присутствие в воде ингибитора коррозии не в соответствии её замедлить. Противокоррозионная защита должна быть основана на предотвращении высоких концентраций ионов водорода в охлаждающей воде, т.е. поддержание высоких значений рН (рН 8÷9), пассивации металлических поверхностей путём создания на них прочных защитных пленок, удаление из воды растворенного кислорода путём исключения перемешивания воды с воздухом и включения в систему деаэраторов, сокращение содержания хлоридов в воде.

Кавитационная эрозия

Охлаждаемые поверхности деталей дизеля наряду с коррозионными повреждениями подвергаются действию кавитационной эрозии.

Степень кавитационных разрушений в дизеле зависит от интенсивности колебаний (амплитуды и частоты) вибрационных поверхностей, конструкции полостей и систем охлаждения, свойств охлаждающей среды и механических свойств материала подверженных кавитации поверхностей.

Накипе- и шламообразование

При эксплуатации системы охлаждения в полостях, где скорость воды невелика и могут образовываться застойные зоны, скапливается шлам, состоящий из твёрдых взвешенных веществ (продуктов коррозии, накипи солей кальция и магния, содержащихся в значительных количествах, в морской воде и попадающих с ней в систему охлаждения). Особенность соединений кальция и магния заключается в том, что в холодной воде они находятся в растворенном состоянии, но уже при 50 ⁰С – 55⁰С из раствора начинают выделяться и выпадать в осадок либо откладываться в виде слоя накипи на горячих поверхностях. Содержание этих солей характеризуют жёсткость воды.