Сборник статей по организации водно-химического режима теплоэнергообъектов

Иван Тихонов

Сборник включает в себя ряд статей на тему организации водно-химического режима паровых котельных установок. Информация не разбивает ВХР на отдельные части, а позволяет взглянуть на него в целом, как на комплекс взаимосвязанных физико-химических процессов, что помогает понять его на более качественном уровне.Благодаря простому языку заявленная тема доступна для усвоения даже тем, кто с ней не знаком или имеет поверхностное представление. Для опытных же читателей она станет полезным дополнением.

Дегазация воды с использованием обратноосмотических мембран

В статье рассмотрено, как одновременно с обратноосмотическим обессоливанием воды можно произвести ее дегазацию.

Содержание растворенных агрессивных газов СО₂ и О₂ в воде является причиной коррозии оборудования и трубопроводов. При повышении температуры воды подвижность молекул кислорода увеличивается и коррозионная агрессивность воды растет.

Проблему удаления кислорода и диоксида углерода из воды решают преимущественно двумя способами. Это термическая и химическая дегазация (деаэрация).

При термической дегазации происходит удаление растворенных газов из воды в деаэрационной колонке. Вода в состоянии насыщения растекается по тарелкам деаэрационной колонки тонкой пленкой. При этом часть воды выпаривается, унося с собой растворенные газы, которые выделяются с поверхности воды при ее кипении. Чем больше поверхность испарения воды и чем выше температура насыщения, тем эффективнее происходит дегазация воды.

При химической дегазации удаления газов не происходит. Происходит только их связывание в неорганические соединения.

При использовании сульфита натрия

2Na₂SO₃+O₂ → 2Na₂SO₄ ⠀⠀ (1)

При использовании гидразингидрата

N₂H₄*H₂O+O₂ → 3H₂O+N₂ ⠀⠀ (2)

Связывание углекислого газа в бикарбонат-ион (подщелачивание) происходит по реакции:

NaOH+H₂СO₃ = NaHCO₃+H₂O ⠀⠀ (3)

Химическая деаэрация и подщелачивание имеет ряд существенных недостатков:

1. При проведении химической деаэрации значительно (для поверхностных вод до 50 и более процентов) увеличивается солесодержание питательной воды и, соответственно, растет непрерывная продувка парового котла. Для связывания 1 мг кислорода тратится 10 мг сульфита натрия. Необходимо отметить, что при использовании гидразингидрата солесодержание воды не увеличивается, но сам реагент чрезвычайно токсичен (относится к первому классу опасности), пожароопасен и требует специфических условий хранения, что исключает его применение для паровых котельных, особенно работающих на пищевых производствах.

2. При проведении химической деаэрации в воде остаются сульфиты (SO₃), что связано с их избыточным дозированием для гарантированного связывания кислорода. Как правило, производители котлов достаточно жестко регламентируют содержание сульфитов в котловой воде (5—10 мг/л), что представляет значительную сложность в организации процесса дозирования сульфита натрия в питательную воду. Сульфит-ион (SO₃) является сильным восстановителем и значительно усиливает коррозионные процессы, протекающие в котле и пароконденсатном тракте путем разрушения пассивирующего слоя на поверхности металла. Контакт сульфит-иона, находящегося в паре, с продуктом недопустим. Сульфит натрия относится к веществам 3-го класса опасности. Сульфит натрия наиболее применим для связывания незначительного остаточного содержания кислорода в питательной воде после термического деаэратора.

3. Еще одним не всегда учитываемым моментом является то, что при дозировании сульфита натрия в воде образуется сульфат натрия Na₂SO₄, который, по сути, увеличивает содержание сульфат-иона в питательной воде, и при проскоке жесткости или постоянно повышенной жесткости в питательной воде в котле возможно образование нерастворимого сульфата кальция СaSO₄ (гипса). Сульфат кальция образует на испарительных поверхностях плотные отложения (накипь), которые значительно увеличивают термическое сопротивление и приводят к перегреву металла труб и значительному перерасходу топочного газа. Более того, гипс практически невозможно удалить с поверхности труб химической мойкой котла ингибированной соляной кислотой.

4. Подщелачивание питательной воды каустической содой всего лишь связывает угольную кислоту в бикарбонат натрия (уравнение 3), который в котле снова перейдет в угольную кислоту, которая выделится в виде углекислого газа в пар при кипении воды и впоследствии перейдет в конденсат, вызывая понижение значения рН конденсата и значительно увеличивая его коррозионные свойства. Таким образом, подщелачивание питательной воды позволяет избежать углекислотной коррозии питательного и котлового тракта парового котла, но при этом увеличивает коррозионную агрессивность конденсата.

Термическая дегазация для паровых котельных в настоящее время является наиболее приемлемым вариантом. Деаэратор является также накопительным баком питательной воды, куда поступает подпиточная вода и конденсат. За счет небольшого избыточного давления не происходит повторного загрязнения воды агрессивными газами из атмосферы.

Тем не менее термическая дегазация требует целого ряда сложных технических решений при проектировании и обладает значительной стоимостью основного и вспомогательного оборудования. Так, необходимо обеспечить подогрев подпиточной воды перед деаэратором не менее 80 ^оС, что представляет значительную техническую сложность, особенно при переменном расходе подпиточной воды. При резком снижении расхода подпиточной воды в деаэратор за счет инерционности регулятора пара на теплообменник подпиточной воды температура подпиточной воды после теплообменника резко увеличивается и наблюдается закипание воды в трубопроводе от теплообменника до деаэратора. При этом в данном трубопроводе начинается выделение кислорода из воды и интенсивная кислородная коррозия. Для исключения повреждения данного трубопровода целесообразно его выполнять из нержавеющей стали.

Конец ознакомительного фрагмента.