В паровых котельных предприятий с водоподготовительными установками,
оснащенными натрий-катионитными фильтрами и атмосферными деаэраторами,
отмечается различная по интенсивности внутренняя коррозия изготовленных
из углеродистой стали баков-аккумуляторов (баков) деаэраторов,
питательных трубопроводов и экономайзеров котлов. Нестандартность
ситуации заключается в том, что коррозия оборудования возникает
вследствие воздействия воды, подготовленной для питания котлов, т. е.
прошедшей обработку, снижающую до минимума ее агрессивность по отношению
к углеродистой стали. Не являются исключением котельные, в которых
коррозия оборудования происходит настолько интенсивно, что приходится
затрачивать значительные средства на его ремонт. Следует отметить, что
внутренняя коррозия самих котлов в таких котельных значительно (на
порядок) меньше.
Поэтому персонал относится к коррозионной
активности питательной воды по отношению к оборудованию, не
подведомственному Котлонадзору, как к неизбежному злу, ограничиваясь
принятием мер по исключению ущерба для производства в результате
аварийных остановов котельных путем проведения более частых ремонтов и
замены этого оборудования более дорогим, но стойким к коррозии.
Кроме
того, в некоторых котельных про-слеживается связь между интенсивностью
внутренней коррозии баков деаэраторов и качеством их наружной
теплоизоляции. Она сильнее в местах, где теплоизоляция поверхности баков
недостаточна, и отсутствует или гораздо меньше там, где теплоизоляция
соответствует нормативным требованиям.
Из документации,
предоставляемой наладочными организациями, следует, что при испытаниях
деаэраторов после их наладки получены положительные результаты, поэтому
коррозионные процессы должны быть минимальными. Повторные работы с
привлечением других наладочных организаций повторяют результаты
первичной проверки и ничего не проясняют.
В качестве примера рассмотрим ситуацию в котельной челябинского завода "Трубодеталь”:
стальные
экономайзеры за котлами ДКВР- 10-13 через 2 года эксплуатации вышли из
строя и заменены чугунными. Проект был разработан специализированной
проектной организацией, а наладка проводилась ведомственной
специализированной наладочной организацией;
питательные трубопроводы котлов имеют неоправданно короткий срок службы;
произошло
разрушение бака деаэратора в результате повреждения внутренней
коррозией с очень тяжелыми последствиями для обслуживающего персонала,
находившегося рядом с ним в момент аварии. Днище деаэратора от¬валилось
от обечайки по линии их сопряжения. Оно не имело тепловой изоляции, так
как его поверхность служила источником теплоты для обогрева
деаэрагорного помещения.
Еще два примера:
в системе теплоснабжения
Челябинского ликероводочного завода стальные экономайзеры двух котлов
котельной, работавшие на деаэрированной в атмосферном деаэраторе воде 5
лет с минимальными повреждениями, обусловленными коррозией, после
окончания очередного отопительного сезона стали очень часто выходить из
строя, а ремонт их выполнялся путем исключения из работы поврежденных
внутренней коррозией трубок. В итоге стальные экономайзеры за 1,5 мес
вышли из строя окончательно и были заменены чугунными. Следует отметить,
что технологическая (летняя) нагрузка на котельную в тот период была в 2
раза ниже, чем в предшествующие годы;
в котельной Тюбукского
спиртзавода стальной бак экономайзера, не имевший теплоизоляции и
используемый для обогрева помещения, из-за интенсивной внутренней
коррозии за несколько лет эксплуатации оказался неремонтопригодным и был
заменен баком из не¬ржавеющей стали.
Если сравнить процессы
деаэрации по описанию в учебно-справочной литературе с процессами в
деаэраторах реальных котельных, то можно заметить одно существенное
различие. В первом случае рассматривается деаэрация паром без каких-либо
примесей. В действующей же котельной поступающий от котлов в деаэратор
пар содержит в различных концентрациях диоксид углерода, что существенно
меняет ситуацию. В этом случае дегазированная в деаэрационной колонке
вода, по¬ступая в бак деаэратора, насыщается в нем через барботажное
устройство диоксидом углерода, что может служить причиной коррозионных
повреждений оборудования в рассмотренных примерах.
Из-за
сезонности проведения наладки деаэраторов создается видимость
благополучия в работе деаэраторов, а это вводит в заблуждение
эксплуатационный персонал котельных. Наладка проводится, как правило, в
начале отопительного сезона при установившихся нагрузках, близких к
номинальным. Для такого режима работы и подбирается соотношение
распределения подачи греющего пара на деаэрационную колонку и в
барботер, чтобы обеспечить максимальную эффективность процесса
деаэрации. При нагрузках значительно ниже номинальных, а также при
частых остановах котельной из-за отсутствия нагрузки или в связи с
проведением ремонтных работ в теплое время года настройка деаэратора не
про¬водится, поэтому велика вероятность неудовлетворительной деаэрации
(этот факт часто умалчивается в отчетах по наладке). Следует отметить,
что при таких режимах работы котельной настройка эффективной деаэрации
невыполнима при существующих схемах регулирования деаэраторов. Этим
объясняется наличие коррозионных повреждений оборудования ко¬тельных при
положительных результатах наладки, предоставляемых в отчетах
специалистов.
Процесс генерации диоксида углерода в котлах при
использовании воды, умягченной в фильтрах, является естественным.
Исключить его можно только путем замены натрий-катионирования другой,
более сложной системой водоподготовки [1]. Повреждения самого котла,
подпитываемого умягченной водой, насыщенной диоксидом углерода, не
происходит, если он эксплуатируется в нормативном режиме. Следовательно,
деаэратор защищает от углекислотной коррозии только собственный бак-
аккумулятор, экономайзеры и трубопроводы от деаэратора до котлов.
Рассмотрим
более детально роль барботажного устройства для бака деаэратора.
Насыщение подпиточиой воды диоксидом углерода в деаэраторе происходит
только при температуре воды в баке ниже допустимой. Пониженные
температуры могут отмечаться локально или по всему объему бака при
неустановившихся режимах (при пуске деаэратора, в случае недостаточной
подачи пара, при неудовлетворительной теплоизоляции бака, неполадках в
системе автоматики, регулирующей давление пара, при нагрузках
значительно ниже номинальных и др.). Следовательно, недогревы воды в
деаэраторах наблюдаются во всех котельных с той лишь разницей, что в
одних — чаще, в других — реже. Насыщение деаэрируемой воды через
барботажное устройство диоксидом углерода при недогретой воде в баке
происходит тогда, когда содержащие диоксид углерода паровые пузырьки,
выходящие из отверстий барботера, всплывая, охлаждаются. Водяной пар, из
которого они в основном состоят, кон¬денсируется, и они схлопываются,
не вынося содержащийся в них диоксид углерода на поверхность воды.
Несконденсировавшееся содержимое паровых пузырьков остается в объеме
воды в виде микропузырьков. Подъемная сила, действующая на них, весьма
мала, и на процессы перемещения микропузырьков к поверхности воды
начинает оказывать влияние вязкость воды. Поэтому значительная их часть
"зависает” в объеме воды и перемещается вместе с ней в питательный
трубопровод.
В случае, когда насыщенная микропузырьками вода
соприкасается с охлажденными из-за неудовлетворительной теплоизоляции
поверхностями конструктивных элементов бака деаэратора, микропузырьки
диоксида углерода растворяются в охлажденном на поверхности металла слое
воды и становятся угольной кислотой, разрушающей эти недостаточно
нагретые элементы бака. По данной причине наблюдается интенсивная
коррозия в зоне острых углов соединения днищ бака с обечайкой, где
охлаждение воды происходит из-за повышенного теплоотвода, и в нижней
части бака, в местах его крепления к поддерживающим конструкциям,
которые являются "мостиками холода” в теплоизоляции. Если соединения
днища и обечайки деаэратора выполнены по технологиям с использованием
промежуточных конструктивных элементов из вальцованных в кольцо уголков
или швеллеров, велика вероятность возникновения так называемой щелевой
коррозии, которая возникает в узких зазорах сопрягаемых элементов
котельного оборудования, заполненного горячей водой [2]. При насыщении
воды в баке деаэратора диоксидом углерода создаются условия для
суммирования разрушительного воздействия щелевой и углекислотной
коррозии. Поэтому процессы углекислотной коррозии особенно нежелательны в
баках деаэраторов такой конструкции.
Микропузырьки диоксида
углерода поступают с водой из бака в питающий трубопровод, где в
результате снижения температуры воды за теплообменником и повышения
давления после питательного насоса создаются благоприятные условия для
растворения в воде диоксида углерода. Микропузырьки растворяются, и
образующаяся угольная кислота активно взаимодействует с железом
питательных трубопроводов и трубок стальных экономайзеров. В пользу
микропузырькового характера процесса насыщения диоксидом углерода
питательной воды в деаэраторе свидетельствует неравномерность
коррозионного разрушения питательных трубопроводов котлов: более высокая
интенсивность разрушения участков трубопровода после питательного
насоса, чем до него. Это можно объяснить только тем, что участки после
насоса, хотя и более удаленные от деаэратора, находятся в условиях
повышен¬ного во много раз давления воды, когда растворимость
микропузырьков с газообразным диоксидом углерода также во много раз
выше.
Описание процессов, происходящих в деаэраторе, и механизма
коррозионного разрушения оборудования котельной и трубопроводов
диоксидом углерода выполнено лишь на основе анализа наблюдавшихся
коррозионных повреждений, поэтому не может претендовать на абсолютную
точность. Но возможные не¬точности не имеют принципиального значения,
так как представленная модель вполне корректна для решения проблемы
углекислотной коррозии оборудования. Это решение (фактически с нулевыми
затратами) заключается в щелочении воды в деаэраторе продувочной
котловой водой. Оно обеспечивает полное прекращение коррозионных
процессов оборудования, обусловленных присутствием диоксида углерода в
питательной воде. Такое утверждение основано на опыте успешного решения
аналогичной проблемы и наблюдения в течение 4 лет за работой системы
отопления предприятия с пароструйным подогревателем сетевой воды,
внедрение которого позволило прекратить разрушительное воздействие
углекислотной коррозии на теплосети с помощью продувочной котловой воды
[3]. Таким образом, нейтрализация диоксида углерода в деаэраторе
продувочной котловой водой может сыграть роль универсальной технологии,
обеспечивающей требуемое качество питательной воды.
Подать в
деаэратор продувочную котловую воду можно, используя котловое давление:
проложить трубку соответствующего диаметра от коллектора непрерывной
продувки котлов к деаэратору и установить вентиль в качестве устройства,
регулирующего подачу. Подача продувочной воды под парораспределительное
устройство деаэрационной колонки наиболее целесообразна для
предохранения бака деаэратора от углекислотной коррозии. Эффективность
нейтрализации угольной кислоты определяется на основе замера показателя
pH подпиточной воды после деаэратора, значение которого должно быть в
пределах 8,5 - 9. Естественно, количество подаваемой в деаэратор
продувочной воды должно соответствовать этому показателю. Поддержание pH
котловой воды на максимальном уровне 10,5, допустимом для паровых
котлов с давлением пара до 40 МПа [4], обеспечивается регулировкой
продувки котлов по типовой схеме.
В публикациях о защите от
углекислотной коррозии оборудования и трубопроводов с конденсатом
рекомендуется нейтрализовать угольную кислоту на месте его образования,
т. е. в теплообменных аппаратах и конденсатных баках, подавая туда
продувочную воду от котлов. Но в связи с тем, что обогреваемое паром
оборудование может размещаться на весьма удаленном от котельной
расстоянии, такое предложение оказывается трудно реализуемым, поэтому
целесообразнее нейтрализовать угольную кислоту конденсата в деаэраторе.
Конденсат можно подавать в деаэратор за счет давления конденсатных
насосов потребителя пара или котлового давления, т. е. отказаться от
устройства конденсатного бака в котельной. Кроме того, в большинстве
случаев технология нейтрализации угольной кислоты продувочной водой
позволяет подавать кон¬денсат в бак, минуя деаэрационную колонку, т. е.
существенно уменьшить ее размер, который будет определяться только
количеством подаваемой на деаэрацию химически очищенной воды.
Естественно, схема подачи котловой воды в деаэратор должна быть иной,
чем предложенная выше. Потоки конденсата и продувочной котловой воды
должны соединяться до поступления в бак деаэратора. В не-которых случаях
может оказаться целесообразнее для стабилизации режима работы колонки
деаэратора часть конденсата подавать на верхнюю ее тарелку.
Выводы
1.
При существующих конструкции и системе регулирования атмосферных
деаэраторов невозможно устранить углекислотную коррозию оборудования
котельных, оснащенных натрий-катионитными фильтрами.
2. Подача в
деаэратор котловой продувочной воды от непрерывной продувки котлов для
нейтрализации диоксида углерода — эффективный способ защиты от
углекислотной коррозии изготовленных из углеродистой стали бака
деаэратора, питательных трубопроводов и экономайзеров. Нейтрализация
угольной кислоты продувочной котловой водой позволит расширить
использование стальных экономайзеров.
3. При оснащении бака
деаэратора системой подачи продувочной воды для нейтрализации угольной
кислоты отпадает необходимость в барботажном устройстве, если оно не
служит дополнительным средством для удаления из деаэрируемой воды
кислорода.
4. Качественная теплоизоляция бака деаэратора снижает вероятность его повреждения углекислотной коррозией.
1.
Технология нейтрализации угольной кислоты в деаэраторе продувочной
котловой водой позволяет подавать конденсат в бак, минуя деаэрационную
колонку, поэтому можно устанавливать колонку существенно меньших
размеров, определяемых только количеством воды, поступающей от
химводоочистки. ЗахР. Г. Котельные установки. — М.: Энергия, 1968.
2. Лапотышкина Н. П., Сазонов Р. П. Водоподготовка и водно-химический режим тепловых сетей. — М.: Энергоиздат, 1982.
3. Волков В. Л. Опыт эксплуатации струйного апарата в системе отопления предприятия. — Энерге¬тик, 2003, № 9.
4. Правила устройства и безопасной эксплуатации па¬ровых котлов и водогрейных котлов. — М.: НПО ОБТ, 1993.
|
+7 (846) 243-23-70
