Дипломная (вкр): Закономерности отложения примесей в паровых котлах, методы химических очисток и консервации котлов

При наличии сложных отложений для хорошо дренируемого котла можно при проведении эксплуатационной очистки выбрать реагент, растворяющий только основной компонент отложений. Это может привести к разрушению всего слоя отложений и выносу нерастворенной части в виде шлама вместе с удаляемым отмывочным раствором.

Для эксплуатационных отложений часто характерным бывает сосредоточение их в отдельных участках, а не равномерное распределение по всему котлу и даже значительной части блока, как это бывает при предпусковых очистках. Это позволяет ограничиться очисткой только загрязненной части котла.

При выборе метода эксплуатационной химической очистки необходимо иметь в виду следующее:

) Эксплуатационные очистки за время службы котла должны производиться неоднократно. Поэтому большое значение имеет агрессивность промывочных растворов и их ингибирование.

) Длительность периода между очистками зависит от условий эксплуатации котла, соблюдения установленных норм водного режима, длительности и степени нарушения норм водного режима, длительности простоев и методов консервации и т.п.

) Эксплуатационные загрязнения в подавляющем большинстве случаев имеют структуру менее плотную, чем технологическая окалина. Степень сцепления их с основным металлом также обычно меньшая.

) Состав эксплуатационных отложений обычно бывает смешанным, однако доли отдельных компонентов могут варьироваться весьма широко. Это зависит от ряда факторов: состава питательной воды, типа котла (барабанный или прямоточный), параметров работы (в особенности для прямоточных), величины тепловой нагрузки и т.п.

) Простои котла, связанные с его химической очисткой, уменьшают выработку электроэнергии и коэффициент использования оборудования.

) Стоимость очистки может увеличить себестоимость вырабатываемой электроэнергии.

Исходя из этих соображений, выбираемый метод эксплуатационной химической очистки должен быть: высокоэффективным, но не требующим большого количества реагентов - особенно дорогих - и потому относительно дешевым; не требующим длительного простоя котла; коррозионно не опасным для металла; простым в осуществлении с максимальным использованием рабочей схемы котла.

Эксплуатационная химическая очистка котла или отдельных его участков и поверхностей нагрева производится в следующих случаях:

) если появились пережоги труб, вызванные наличием на их внутренней поверхности существенного количества нерастворимых в воде отложений

) если производимые периодически вырезки образцов труб выявляют наличие водонерастворимых отложений в количестве, могущем вызвать недопустимые перегрев металла

) если указанные вырезки образцов труб, хотя и не могут вызвать перегрева металла, но имеют среднее количество отложений, превышающее

г/м2, которое может привести к серьезным затруднениям в проведении последующих химических очисток.

Наиболее эффективна очистка раствором композиции трилона Б (или двухзамещенной аммонийной соли ЭДТК) с лимонной кислотой, так как этот раствор обладает высокой эффективностью растворения оксидов железа, в том числе, наиболее труднорастворимого из них гематита; характеризуется образованием хорошо растворимых комплексов с ионами Fe(II) и Fе (III); высокой "железоемкостью" при минимальном количестве навешенных веществ в растворе (не более 3-5%). Использование эффективных смесей ингибиторов позволяет снизить коррозионные потери котельных сталей до минимума при температурах до 100-180°С. Раствор коррозионно безопасен по отношению к аустенитным сталям.

Недостатками применения данного раствора являются высокая стоимость реагентов, сложность нейтрализации отработанных растворов и недостаточная эффективность действия при применяемых концентрациях компонентов для удаления плотных железоокисных отложений или окалины при загрязненности 400-600 г/м2 и выше.

Достаточно высокую эффективность удаления эксплуатационных отложений из котлов, обеспечивают композиции трилона Б с заменителями лимонной кислоты: серной кислотой, фталевым ангидридом, адипиновой кислотой.

Для получения оптимального значения рН раствора комплексона, равного 3,0-3,5, к раствору трилона Б или аммонийной соли ЭДТК добавляются концентрированные растворы серной, адипиновой, фталевой кислот. По сравнению с композицией с лимонной кислотой эти композиции характеризуются меньшей степенью растворения Fe2O3 и Fe3O4, за счет чего в них образуется больше взвешенных веществ (до 8-10%). Для снижения коррозионных потерь котельных сталей до допустимых значений (2-5 г/м2·ч) в них следует вводить смеси ингибиторов. Необходимо принимать во внимание, что при снижении значение рН растворов ниже 2,5 наблюдается резкое снижение защитного действия ингибиторов и увеличение содержания взвешенных веществ в растворе. В связи с этим нельзя допускать передозирования концентрированных растворов кислот в контур и понижения рН раствора ниже 2,5.

2.2 Сущность и назначение основных этапов очистки котлов

Способы очистки оборудования и конкретная технология ее осуществления весьма разнообразны. Однако весь процесс химической очистки можно разделить на ряд последовательно осуществляемых этапов, назначение которых в принципе одинаково, несмотря на различие применяемых реагентов, режимов очистки, её продолжительности и т.д. При этом в зависимости от конкретных условий те или иные этапы могут быть пропущены или повторены.

а) Предварительная промывка водой

Эта промывка осуществляется обычно при максимально возможной скорости движения воды. В недренируемых поверхностях она должна быть не менее 2,0- 2,5 м/сек, а в дренируемых - не менее 1,0-1,5 м/сек. Цель - удаление из оборудования случайных грубых и слабо связанных с поверхностью металла частиц отложений и посторонних загрязнений (сварочный грат, песок и т.д.) для снижения расхода реагентов и ускорения основного этапа очистки. Также предварительная водная промывка служит для удаления воздушных «пробок», которые могут образоваться в верхних петлях отдельных змеевиков, препятствуя заполнению этих змеевиков водой и промывочными растворами. Обычно, сначала проводят промывку холодной водой на сброс (по разомкнутому контуру) для удаления основной части загрязнений, а затем ведут промывку горячей водой для частичного эмульгирования и удаления маслянистых загрязнений ( до ) по замкнутому циркуляционному контуру, после чего горячую грязную воду вытесняют опять холодной водой на сброс при высоком ее расходе.

б) Предварительное щелочение (обезжиривание)

Щелочение осуществляется путем циркуляции по замкнутому контуру или кипячения при температуре около , иногда и выше (до ), раствора щелочных реагентов: едкого натра, кальцинированной соды, тринатрий фосфата, аммиака или специальных детергентов (раствора ОП-7 или ОП-10). Основное назначение - обезжиривание поверхности металла, т.е. удаление маслянистых загрязнений, обеспечивающее хорошее смачивание и проникновение вглубь отложений основного реагента - растворителя. Попутно достигается частичное удаление кремниевой кислоты, некоторое разрыхление отложений, облегчающее их растворение и удаление, а также, хотя и в незначительной степени, диспергирование и удаление из оборудования части рыхлых отложений. Скорость движения раствора при принудительной его циркуляции обычно применяется порядка  до  в дренируемых поверхностях и  в недренируемых поверхностях нагрева. Суммарная концентрация реагентов в растворе обычно составляет .

в) Обработка отложений основными реагентами

Целью основного этапа химической очистки является растворение или диспергирование «подготовленных» предыдущим щелочением отложений.

Продолжительность операции, состав, концентрация и температура растворам определяются составом и толщиной отложений, а также основными и вспомогательными реагентами, выбранными для удаления отложений. Скорость движения среды в дренируемых поверхностях - от  до , а в недренируемых . Раствор реагентов приготовляется на обессоленной воде, не содержащей активирующих анионов (хлориды, сульфаты) и накипеобразователей, лишь при использовании соляной или серной кислоты можно применить осветленную техническую воду.

Обработка отложений раствором основных реагентов может сопровождаться рядом явлений, связанных с коррозией основного металла, поэтому независимо от вида применяемого реагента необходимо в промывочный раствор добавлять ингибиторы коррозии. Также во избежание скопления в верхних частях промывочного контура «гремучей» смеси водорода и воздуха, способной взрываться, необходимо предусматривать отвод газов из котла во время очистки, а также осуществлять вентиляцию барабанов котла и аккумуляторных баков термических деаэраторов при вскрытиях перед их осмотром.

При проведении этой стадии химической очистки необходимо всеми мерами обеспечивать непрерывность процесса. Даже кратковременный перерыв может в ряде случаев вызвать выпадение из моющего раствора твердых частиц, которые при возобновлении циркуляции раствора далеко не всегда полностью снова переходят во взвешенное состояние, это особенно важно для вертикально петлевых змеевиков, в которых при большой загрязненности промывочного раствора выпавшая взвесь может полностью закупорить змеевик.

г) Удаление отработанного промывочного раствора

Цель - удаление из котла растворенных или диспергированных отложений и остатков неиспользованных реагентов. Осуществляется обычно вытеснением раствора водой. Дренирование раствора не рекомендуется, так как очищенная поверхность металла очень быстро окисляется и покрывается ржавчиной. После этого агрегат промывают водой, сначала холодной на сброс, затем горячей по замкнутому контуру и вновь холодной на сброс с максимально возможной скоростью.

д) Нейтрализация остатков реагента

Назначение данной операции - нейтрализация щелочью (каустик, сода, аммиак) возможных остатков кислых реагентов и частичное пассивирование очищенной поверхности металла. После нейтрализации из котла вытесняют щелочной раствор и промывают его водой (обессоленной или конденсатом).

е) Пассивирование поверхности металла

В большинстве случаев, особенно при очистках минеральными кислотами, очищенная поверхность металла склонна к весьма быстрому ржавлению под действием влажного воздуха во время простоя оборудования после очистки перед вводом его в эксплуатацию.

Для создания на поверхности металла сплошной защитной пленки окислов железа применяют операцию - пассивирование металла. Оно достигается путем обработки очищенной поверхности металла окислителями (создание пленки окислов типа ) или восстановителями с образованием защитной пленки магнетита. Отработанный раствор дренируют, и котел после этого водой не промывают. Если непосредственно после химической очистки котел в работу не включается, то пассивирующий раствор оставляют в котлоагрегате. Пассивирующий раствор следует приготовлять на конденсате или химически обессоленной воде, так как наличие в растворе активирующих анионов (хлориды, сульфаты) препятствует пассивированию металла. При очистке оборудования комплексообразующими реагентами (моноаммонийцитрат, трилон Б), которые сами способствуют пассивированию поверхности металла, осуществление данной операции не обязательно.

2.3 Принципы химических очисток

Существует шесть основных принципов химического удаления водонерастворимых отложений, которые различаются механизмами взаимодействия используемых реагентов с элементами, входящими в состав отложений.

Первый принцип - превращение нерастворимого отложения в соль, хорошо растворимую в воде. Сущность-замена анионной   части вещества отложения (карбонатный, фосфатный остаток, кислород окислов) анионом растворителя.

Пример - растворение карбонатной накипи соляной кислотой:

 (2.1)

Аналогично происходит удаление указанной кислотой фосфатного шлама:

 (2.2)

 (2.3)

Очистка соляной кислотой от железоокисных отложений лишь частично протекает по данному принципу, так как из трех видов окислов железа (вюстит , магнетит , гематит ) хорошо растворяется в этой кислоте только вюстит:

 (2.4)

Второй принцип очистки - связывание катионной части нерастворимого вещества отложения в прочный комплекс, хорошо растворимый в воде. На этом принципе основана очистка оборудования всеми комплексообразующими реагентами, обычно органического характера, такими, как моноаммонийцитрат, этилендиаминтетрауксусная кислота и ее соли и т.д. На этом же принципе основано растворение окислов меди аммиаком с образованием растворимых аммиакатов меди:

 (2.5)

Третий принцип заключается в превращении вещества отложения в другое вещество, также нерастворимое в воде, но способное растворяться в кислоте, других реагентах согласно первому или второму принципу очистки или легко уноситься потоком воды. На этом принципе основаны следующие методы:

а) обработка отложений раствором фосфата натрия или соды с превращением их в растворимые в соляной кислоте фосфаты или карбонаты (обычно  или )

 (2.6)

 (2.7)

б) обработка отложений, содержащих металлическую медь, окислителями, с последующим растворением полученных окислов меди соляной кислотой или комплексообразующими реагентами. В качестве таких окислителей применяют персульфат аммония, нитрит или гипохлорит натрия и другие реагенты, например:

 (2.8)

в) Обработка железоокисных отложений гидразином, восстанавливающим окислы  до окислов , которые легче растворяются адипиновой кислотой или связываются в комплексы солями этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТУ)

 (2.9)

г) Очистка котлов от железоокисных отложений гидразином при высокой температуре в связи с восстановлением окислов до металлического железа, уносимого потоком промывочной воды, в виде тонко-дисперсной взвеси. Протекание такого процесса описывается реакциями

 (2.10)

 (2.11)

которые не могут рассматриваться как конечные, так как сопровождаются повторным окислением.

Четвертый принцип удаления отложений - разрушение подслоя отложений, прочно связанного с поверхностью металла, с последующим удалением разрыхленных и отставших от поверхности нагрева отложений потоком воды. На этом принципе основана очистка котлов от железоокисных или смешанных отложений, нерастворимых в кислотах, путем растворения подслоя вюстита серной или соляной кислотой (обычно при кипячении раствора в котле):