Введение. Растворенные вещества в воде могут вызывать те или иные неполадки в работе энергетического оборудования

Растворенные вещества в воде могут вызывать те или иные неполадки в работе энергетического оборудования. В основном это связано с образованием в тепловых агрегатах отложений и коррозии поверхности нагрева. При больших щелочностях и солесодержании имеют место вспенивание котловой воды и занос солей в пароперегреватель.

В настоящее время в котлах предусматриваются специальные сепарационные устройства, ступенчатое испарение, промывка пара и другие способы, способствующие получению жесткого пара. Допускаемое конструкцией котла солесодержание в чистом и солевом отсеках оговаривается заводом-изготовителем в паспортных данных к котлу.

В теплофикационных водогрейных котлах кроме карбонатных отложений при подогреве воды выше 130 ºС сильно снижается растворимость CaSO₄, что потребовало принять нормы качества подпиточной и сетевой воды, исключающие выпадение из раствора гипса (образующего очень плотные накипи). В теплообменной аппаратуре работающей при 25-50 ºС возникают так называемые низкотемпературные отложения, основным компонентом которых является карбонат кальция CaCO₃. Образующиеся налипные отложения значительно снижают теплопроизводительность теплообменников (иногда требуется установка дополнительных), а также увеличивают потери напора в трубах.

В подогревателях горячего водоснабжения (подогрев воды до 70 ºС) использующих недеаэрированную исходную воду, налипные отложения могут быть очень велики, поэтому применение исходной воды без предварительной обработки ограничивается соответствующими нормами.

Наряду с карбонатными отложениями в теплообменной аппаратуре идет накопление продуктов коррозии. Довольно характерным является состав отложений, отобранных из подогревателей горячего водоснабжения:

CaО – 25,98%; MgO – 1,97%; Fe₂O₃ – 23,46%; SiO₂ – 6,2%; SO₃ – 0,42.

В современных котлах, особенно сжигающих мазут и газ (высококалорийное топливо), тепловой поток в экранированных трубах может достигать 580-700 кВт/м² [500-600Мкал/(м²·ч)]. Образование на внутренней поверхности нагрева незначительных по толщине (около 0,1-0,2 мм), но малотеплопроводных отложений приводит к перегреву металла и как следствие плавление отдушин, свищей и даже разрывов в экранных трубах.

Отложения, образующиеся непосредственно на поверхности нагрева принято называть первичной накипью, грубодисперсные частицы, находящиеся в объеме воды (шлам) впоследствии могут оседать на поверхности нагрева, образуя вторичные отложения (вторичная накипь).

Образование отложений на поверхности нагрева происходит вследствие протекания в нагреваемой среде процессов, связанных с образованием труднорастворимых веществ вследствие концентрирования солей при многократном упаривании в котле питательной воды, а также понижения растворимости ряда веществ с повышением температуры (соли с отрицательным температурным коэффициентом растворимости, например CaSO₄).По химическому составу накипи подразделяют на:

а) накипи щелочноземельных металлов, которые содержат CaCO₃, CaSO₄, CaSiO₃, Ca₃(PO₄)₂, MgO·Mg(OH)₂, Mg₃(PO₄)₂, 5CaO·5SiO₂·H₂O. В зависимости от преобладающего аниона они разделяются на карбонатные, сульфатные, фосфатные, силикатные.

б) железоокисные и железофосфатные накипи.

в) медные накипи.

Как уже отмечалось выше, карбонатная накипь образуется в теплообменниках, тепловых сетях, конденсаторах турбин и др. В условиях некипящей среды накипь образуется плотнее, кристаллического характера. В условиях кипящей среды CaCO₃ обычно выпадает в виде шлама.

Сульфатные накипи, как правило, образуют плотные отложения, прочно связанные с металлом.

Силикатные накипи сложны по своему составу: CaSiO₃, 5CaO·5SiO₂·H₂O, 3MgO·2SiO₂·H₂O, Na₂O·Fe₂O₃· SiO₂ и др., а по своей структуре разнообразны и образуют пористые и коксовые отложения.

Железокислые накипи, состоящие в основном из Fe₃O₄ отлагаются обычно в зоне высоких температур (экранные трубы).

В медных налипах содержится до 30 и более % меди с примесями оксидов железа, соединений кальция и магния. Медь в накипи присутствует в виде металла и оксидов. Такие накипи образуются в зоне высоких температур на стороне трубы обращенной в топку.

Поступает медь в котел с питательной водой как продукт коррозии латуни и других медных сплавов конденсатного тракта.

Все материалы, из которых выполняется теплоэнергетическое оборудование, в силу своей природы подвергается коррозии – разъеданию под воздействием среды, с которой они соприкасаются. В водной среде происходит электрохимическая коррозия, обусловленная действием большого количества микрогальванических пар, возникающих на поверхности металла. Поляризация электродных участков затормаживает электродный процесс. Увеличение электропроводности водной среды и присутствие в ней деполяризаторов ускоряет коррозию. Электрохимическая коррозии подвержены водоподготовительное оборудование, тракт питательной воды, котел, теплосеть.

Химическая коррозия обуславливается протеканием химических реакций непосредственно между молекулами среды и атомами металла. Примером этого вида коррозии является разрушение углеродистой стали в высоконагретом водяном паре при t = 450-500 ºC:

3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂↑

По внешнему виду коррозионных повреждений различают общую коррозию, когда вся поверхность разрушается с равномерно одинаковой скоростью, и местную коррозию, когда разрушаются отдельные участки поверхности металла. При этом возможны различные формы: Коррозия лотками, язвенная, точечная, меткристаллитная и транскристаллитная.