Справочник строителя | Производство и потребление тепла

ЗАЩИТА СИСТЕМ ЦТ ОТ ПОРАЖАЮЩИХ ФАКТОРОВ

К числу способов защиты металла от коррозии следует отнести дегазацию воды от агрессивных газов, способы стабилизационной обработки воды и создания защитных пленок на поверхности металла. Наиболее распространенным и надежным на практике является метод удаления газов - деаэрация воды (растворенных кислорода, углекислоты, азота) из подпиточной воды в специальных аппаратах - деаэраторах и декарбонизаторах.

Наибольшее применение получили термические деаэраторы i смешивающего типа атмосферного низкого давления (0,02-0,025 МПа), барботажные устройства, а также вакуумные деаэраторы и декарбонизаторы.

Термические деаэраторы и барботажные устройства устанавливаются в паровых котельных (или ЦТП при наличии пара) для деаэрации питательной и подпиточной воды с помощью пара (со среднечасовым расходом деаэрируемой воды не менее 50 т/ч) (рис. 1).

Рисунок 1. Атмосферный деаэратор смешивающего типа: 1 - бак-аккумулятор; 2 - выпуск питательной воды; 3 - водоуказательное стекло; 4 - манометр; 5, 6, 12 - тарелки; 7 - спуск воды в дренажный бак; 8 - регулятор уровня; 9 - газоохладитель; 10 - выпуск пара в атмосферу; 11, 14 и 15 - трубы и патрубок подачи пара; 13 - колонка деаэратора; 16 - впуск воды в гидрозатвор; 17 - гидрозатвор; 18 - перелив воды из гидрозатвора

Деаэратор состоит из бака-аккумулятора 1 и колонки 13, внутри которой установлен ряд распределительных тарелок 5, 6, 12, по которым стекает вниз тонкими струйками питательная вода, а навстречу ей по патрубку 14 подается греющий пар.

Питательная вода нагревается встречным паром до температуры 104-105 °С и начинает кипеть. Выделяющиеся при этом растворенные в воде газы (кислород, азот, углекислота и часть не сконденсировавшихся паров воды) поступают в охладитель 9, где пары конденсируются, а охладившиеся газы удаляются в атмосферу.

Освобожденная от кислорода и подогретая до 104-106 °С вода собирается в сборный бак, расположенный под колонкой 13 деаэратора, откуда расходуется на подпитку котлов, тепловых сетей, систем отопления и др. Вместо тарелок в некоторых типах деаэраторов размещают специальные насадки из керамических колец, омегообразных элементов, наклонных или зигзагообразных элементов, создающих высокую плотность орошения.

Схему и конструкцию барботажных деаэраторов выполняют различными. На рис. 2 показана схема барботажного устройства ОАО «ЦКТИ», располагаемого в баке-аккумуляторе.

Рисунок 2. Схема барботажного устройства ЦКТИ

Пар по трубе 1 (рис. 2) подается под перфорированный лист 2 навстречу воде, поступающей из деаэрационной колонки 5 и направляется перегородками 3 к выходному патрубку 4.

При отсутствии пара в котельных с водогрейными котлами и в ЦТП для деаэрации воды применяют деаэраторы вакуумного типа (рис. 3).

Рисунок 3. Принципиальная схема вакуум-деаэрационной установки: 1 - вакуум-испаритель; 2 - деаэрационная головка; 3 - вход сырой воды; 4 - водоструйный эжектор; 5 - бакгазоотделитель; 6 - подпиточный насос теплосети

Дегазация питательной воды в колонках 2 (рис. 3) производится за счет вакуума, создаваемого водоструйными эжекторами 4. Не деаэрированная вода проходит под давлением насоса через сопло водоструйного эжектора, отсасывающего газы (выпар) из головки деаэратора. Из эжектора водогазовая смесь направляется в бакгазоотделитель 5, где газы выходят в атмосферу. Из бакгазоотделителя вода под действием вакуума поступает в колонку пленочного деаэратора 2. Для улучшения процесса десорбции газов из воды в нижнюю часть колонки подается пар, получаемый из сетевой воды в вакуумиспарителе 1.

При оптимальных условиях работы термических и вакуумных деаэраторов остаточное содержание растворенного кислорода в выходящей из деаэратора воде удается довести до величины не ниже 0,02-0,03 мг/кг, что в большинстве случаев отвечает требованиям ПТЭ.

Разновидностью вакуумных деаэраторов являются так называемые щелевые деаэраторы, получившие в последние годы широкое применение.

Деаэрация воды при низких рН удачно сочетается также с дозировкой в воду ингибитора коррозии - силиката натрия (жидкого стекла).

Для предупреждения внутренней коррозии металла систем ЦТ в ряде городов страны нашел успешное применение разработанный автором метод силикатной обработки подпиточной и циркулирующей воды. Этот метод в качестве самостоятельного пригоден для защиты труб и оборудования, как в условиях непрерывной эксплуатации, так и для консервации при нахождении его в резерве.

Сущность его состоит в том, что при определенной дозировке жидкого натриевого стекла в воду (дозой 15-35 мг/л в пересчете на SiО^2-₃) на внутренней поверхности трубопроводов и оборудования образуется долгоживущая (до 30 суток) защитная пленка, предохраняющая металл от воздействия агрессивных газов - кислорода и углекислоты. Эта пленка толщиной 20-30 мкм образуется в результате взаимодействия оксидов железа с силикатом натрия в присутствии сульфатов и хлоридов, чем достигается эффект «жидкого эмалирования» металла.

Присутствующая в воде свободная углекислота связывается силикатом натрия в бикарбонат натрия и сдвигает равновесную систему в сторону стабилизации воды по уравнению:

Из уравнения следует, что 1 г силиката натрия - (Na₂O·nSiO₂ по ГОСТ 13078), введенный в воду, связывает 0,36 г свободной углекислоты СO₂, образуя при этом 0,7 г бикарбоната натрия NaHCO₃, при этом выделяется 0,75 г оксида силиция SiO₂. Последний вступает в реакцию с оксидами железа и формирует плотную пленку комплекса ферросиликата на поверхности металла, экранирующую его от коррозионных агентов и снижающую общую скорость коррозии (рис. 4).

Рисунок 4. Зависимость скорости коррозии стали в нейтральных водных растворах от концентрации Na₂SiО₃

Для подачи раствора жидкого стекла в воду применяют эжекторные или плунжерные насосные, а также вытеснительные шайбовые дозаторы. На рис. 5 изображена дозирующая установка.

Рисунок 5. Установка для дозирования реагентов

Анализ данных химического состава речных вод показывает, что во многих водах особенно горных районов содержатся взвешенные вещества и органические примеси, концентрация которых может достигать 5000 мг/л. Поэтому первой стадией обработки воды перед использованием должна явиться ее фильтрация на механических фильтрах и осветлителях.

По сухому остатку все воды условно подразделяют на три класса: 1) с солесодержанием 200 мг/л; 2) с солесодержанием 200-500 мг/л; 3) с солесодержанием - свыше 500 мг/л.

Первый класс характерен для вод северных рек: Невы, Печоры, Норилки и др.; второй - для рек центральной полосы России: Волги, Оки, Камы, сибирских рек и др.; третий - для некоторых южных рек и горных районов: Терек, Кальмиус, Лугань, Миасс и др.

При питании систем теплоснабжения мягкими водами с небольшим солесодержанием накипь и шлам, как правило, не выпадают, поэтому нет необходимости в защите установок от загрязнения.

При водах средней жесткости, как уже отмечалось, возможно, и целесообразно создание тонкой защитной окисно-меловой пленки, предохраняющей от коррозии, например, путем стабилизации и/или силикатирования ее.

При жестких водах возникает опасность обильного накипеобразования и зашламления поверхностей нагрева, трубопроводов, с выпадением значительного количества накипи, шлама и взвесей, приводящих к снижению коэффициента теплопередачи металлической стенки котла и к перерасходу топлива. Каждый миллиметр слоя накипи дает до 1,5-2 % перерасхода топлива.

В местах накипеобразования стенки котла могут недопустимо перегреваться, механическая прочность металла снижается, и стенки деформируются - появляются отдулины, свищи в стальных и трещины в чугунных котлах.

В этих случаях в котельных и центральных тепловых пунктах предусматривают установку защитных устройств для обработки подпиточной воды, их подразделяют на аппараты докотловой обработки питательной или сырой добавочной воды и внутри котловой.

Простейшими из них являются установки физического принципа действия - магнитные и электромагнитные аппараты для омагничивания воды, установки ультразвуковой обработки, а также химического воздействия - комплексонатной (ингибиторной) защиты и установки ионообменного водоумягчения для снижения
карбонатной жесткости воды.          

Магнитная обработка применяется при общей жесткости исходной воды не более 10 мг-экв/л и карбонатной жесткости (щелочности) более 4 мг-экв/л, напряженность магнитного поля в рабочем зазоре магнитного аппарата не должна превышать 159·10³ А/м. На рис. 6 представлен электромагнитный аппарат для омагничивания воды, устанавливаемый на трубопроводе холодной воды перед подогревателем.

Рисунок 6. Схема электромагнитного аппарата производительностью до 50 м³/ч: 1 - корпус; 2 - крышка с отверстиями для электропроводов; 3 - трансформаторное масло; 4 - патрубок для выхода обработанной воды; 5 - кожух из немагнитного материала; 6 - катушка; 7 - полюсный наконечник; 8 - рабочий зазор; 9 - магнитный поток; 10 - трубопровод для исходной воды

Под воздействием силового магнитного поля ферромагнитные примеси воды поляризуются, укрупняются и адсорбируют на своей поверхности кристаллизующийся накипеобразователь, в результате чего при температуре до 70 °С образование твердой фазы СаСО₃ происходит в толще воды, а не на поверхности нагрева; цветность и органолептические свойства ее не изменяются, чем и достигается положительный эффект. В ряде случаев достигается эффект деаэрации воды. Так в электромагнитных аппаратах «Максмир» предусматривается специальная камера деаэрации, в которой происходит удаление агрессивных газов, а специально разработанный шламоуловитель завершает удаление отложений.

Ультразвуковые установки обработки воды и оборудования получили ограниченное применение ввиду маломощности и громоздкости ультразвуковых генераторов. Их используют в основном в целях очистки подогревателей от накипи и шлама.

Наилучших результатов достигают акустические противонакипные устройства серии «Акустик-Т», выпускаемые предприятием ООО «Кольцо-энерго» (Подробную информацию см. журнал «Новости теплоснабжения № 7 за 2001 г. и № 6 за 2002 г.).

В последние годы химическая промышленность предложила энергетикам большой выбор ингибиторов (подавителей) солеотложения и коррозии оборудования, называемых общим термином - «комплексоны». Что такое комплексоны? В специальной литературе им дано следующее определение.

Комплексоны - это органические молекулы с большим количеством реакционных центров, которые, взаимодействуя с металлами, замыкают пяти-, четырех- и восьмичленные циклы с образованием сверхпрочных комплексных соединений.

Комплексонами называют фосфонаты - фосфорорганические соединения, которые способны образовывать прочные комплексы с кальцием и магнием, а также с железом и некоторыми другими элементами. При нагревании воды эти комплексы остаются в растворенном состоянии и не выпадают в осадок на поверхностях нагрева в виде накипи.

Важным свойством фосфонатов является не только предотвращение образования накипи (путем дозировки их в микродозах в питательную воду – 1-3 г на 1 м³ воды), но и возможность отмывки старых железоокисных и накипных отложений на оборудовании и трубопроводах (при дозировке примерно 3 кг на 1 кг отложений), за, что получили образное название - антинакипины. Правда, есть некоторое ограничение в их использовании - комплексоны обладают ограниченной термической стойкостью в жесткой воде - при температуре выше 120-125 °С комплексы распадаются.

К настоящему времени синтезирован большой ряд органических антинакипинов, но наибольшее распространение получили отечественные фосфорорганические комплексоны, на применение которых в системах теплоснабжения получено разрешение Госсанэпиднадзора России (приведены сокращенные названия): ИОМС, ОЭДФ, Zn-ОЭДФ, АМИНАТы и др.; среди зарубежных комплексонов на рынке России предлагаются Силифос, Гилуфер (Германия), Гидро-Икс (Дания) и др.

Большинство комплексонов изготавливают и поставляют в жидком виде, поэтому ввод их в контур теплоэнергетического оборудования возможен с помощью дозаторов, рассмотренных выше. Перед применением комплексонов рекомендуется предварительная промывка котлов, оборудования и трубопроводов.

Накопленный многолетний положительный опыт применения комплексонов в ряде предприятий теплоснабжения позволяет считать это направление водоподготовки весьма перспективным и актуальным.

Катионитовый метод водоумягчения получил большое распространение в коммунальной энергетике. Сущность его состоит в замене накипеобразующих катионов Са и Mg на катионы солей, обладающих хорошей растворимостью или образующих летучие соединения.

Сырая вода фильтруется через слой зернистого катионита, обладающего свойством замещать ионы солей кальция и магния на ионы натрия или водорода в катионите.

В качестве катионитов применяют природные глаукониты, сульфоуголь, синтетические полимерные смолы (КУ-2) и другие материалы.

Наибольшее распространение в котельных получили установки натрий-катионирования, а на КЭС и ТЭЦ - установки водород-катионирования (здесь производится полное обессоливание воды с удалением также анионов на анионитовых фильтрах).

В Na-катионитовых фильтрах замещение солей происходит по реакции:

Остаточная жесткость умягченной воды может быть доведена до 0,015-0,02 мг-экв/л. При превышении 0,05 мг-экв/л работа фильтров останавливается, и истощенная обменная способность катионитового материала восстанавливается регенерацией его 6-10 % раствором поваренной соли. Реакции восстановления-регенерации идут по уравнениям:

Здесь буквой К условно обозначена сложная формула катионита, а буквой S - анионный состав солей жесткости - SO₄^2-; Сl₂^-; SiO₃^2-; (НСO₃)^- и др.

Комплектная Na-катионитовая установка водоумягчения состоит из фильтра, загруженного катионитом, солерастворителя для растворения поваренной соли при регенерации фильтра и сборного бака для промывных вод от предыдущей регенерации.

На рис. 7 представлена конструкция вертикальных Na-катионитовых фильтров. Фильтры загружают катионитом высотой слоя от 1,5 до 3,0 м в зависимости от качества обрабатываемой воды. В ряде случаев, для более надежного умягчения воды, улавливания проскоков жесткости, два фильтра устанавливают последовательно друг за другом в две ступени.

Рисунок 7. Вертикальный катионитовый фильтр первой ступени: 1 - подвод обрабатываемой воды; 2 - подвод регенерационного раствора; 3 - подвод промывочной воды; 4 - выход обработанной воды; 5 - катионит; 6 - бетонная подушка

В Н-катионитовых установках водосмягчения на ТЭЦ и КЭС для регенерации используют сильные минеральные кислоты – соляную и серную, из-за чего эти устройства становятся более сложными и дорогими. Реакции замещения солей происходят аналогично вышеописанным, только здесь катионом выступает катион водорода - Н^-.

Существенным недостатком катионитовых и анионитовых способов умягчения воды является необходимость утилизации и очистки стоков и сбросных вод с высоким солесодержанием, образующихся в результате регенерации и промывок фильтров.

По мнению ряда специалистов, альтернативой катионитовому способу обработки воды в коммунальных котельных могут стать в будущем более простые и дешевые - комплексонатный (см. выше) и метод мембранной очистки воды. Последний заключается в фильтрации воды под давлением через искусственный материал - мембраны, имеющие способность задерживать в своих порах («отверстиях») молекулы солей жесткости и примесей. Способ проходит промышленную проверку и освоение на ряде ТЭЦ.

обсудить на форуме

объявления: стройка и ремонт

Поделитесь ссылкой в социальных сетях