ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Паровые котлы и конденсаторы из "Коррозия и окисление металлов (перевод с англ)" Введение. Большинство неполадок с котлами нельзя приписывать непосредственно коррозии. Например, вспучивание труб обычно является результатом перегрева из-за ухудшения теплопередачи, обусловленного образованием на внутренней или внешней поверхности труб отложений оно может также возникнуть вследствие неудачного расположения горелок. Обезуглероживание же стали под действием водорода может привести к снижению механических свойств труб в этом примере химическое воздействие способствует механическому разрушению. [c.393] Разнообразные явления в котлах настолько переплетаются между собой, что при рассмотрении вопросов коррозии в котельном оборудовании следует учитывать образование в нем твердых отложений. [c.393] Навряд ли можно найти, такого автора, который смог бы в одной главе рассказать инженеру, как следует бороться с коррозией в современных котлах всех сущ,ествующих типов. Во всяком случае автор данной книги не в состоянии этого сделать. Все, что можно в этом направлении предпринять — это изложить научные основы, на базе которых инженер смог бы лучше использовать уже известные ему эмпирические данные. Многие из этих данных имеют реальное значение, поскольку они основаны на практическом опыте. Однако коррозионные явления в котлах иногда интерпретируются неправильно, и для обобщения опыта такая интерпретация не может принести пользы. [c.393] Когда же дающего такое объяснение спрашивают, почему в большинстве случаев эта реакция не приносит большого вреда котлам, он отвечает, что образуется защитная пленка из магнетита на вопрос о том, какова реакция образования этой пленки, он вновь ссылается на указанное выше уравнение. Если одно и то же уравнение является объяснением и болезни и ее лечения, то с его помощью нельзя предсказать условия, при которых можно достигнуть невосприимчивости к коррозии, даже если оно и представляет общий итог изменений, происходящих в обоих случаях. Но если это уравнение разбить на отдельные стадии, а при рассмотрении их учитывать и геометрические факторы, то разобраться в вопросе, почему иногда наблюдается коррозия, а иногда имеет место защита от коррозии, становится легче. [c.393] Типы установок. В технической литературе, а также в брошюрах, выпускаемых производителями котлов, описаны многочисленные конструкции паровых котлов и конденсаторов. Перед тем, как перейти к дальнейшему, для некоторых читателей полезно вспомнить основные типы котлов. [c.393] Для пароперегревателей обычно требуется применение легированных сталей широко используются для этих целей стали, содержащие 0,5% молибдена и 1 % хрома (а также без хрома). Для более высоких температур применяются стали с 1% молибдена и 2,25% хрома. В силовых установках последнего времени с перегревом выше 565° используются нержавеющие стали, содержащие 18% хрома, 12% никеля и 1% ниобия [2]. [c.395] После выполнения своей функции в машинах (возможно, в турбинах) пар уже со значительно более низким давлением и температурой поступает 8 конденсаторы. В конденсаторах горизонтально расположенные трубки укрепляются на концах в двух вертикальных трубных досках, отделяющих два водоприемных бака от центрального парового пространства. Охлаждающая вода (часто морская или загрязненная) проходит по трубкам обычно из медного сплава, пар же соприкасается с внешними стенками трубок и конденсируется в воду, которая перекачивается насосом в резервуар, откуда возвращается в котел. В эффективно работающей установке почти весь конденсат идет на питание котлов. Обычно, за исключением тех заводов, где количество пара безвозвратно расходуется на осуществление химических процессов, на цели теплофикации или на какие-либо иные цели, количество воды, необходимое для добавления в котел, небольшое. Следует, однако, иметь в виду, что эта добавочная вода требует тщательной обработки. [c.395] Цель обработки воды. Конденсат обычно имеет очень слабо кислую или щелочную реакцию и бывает загрязнен небольшими количествами меди и других металлов однако он не должен содержать солей и кислорода конструкторы должны учитывать желательность того, чтобы сконденсированная вода до ее впуска в котел не поглощала новых количеств кислорода. Неочищенная вода, идущая на восполнение убыли, как правило, содержит соли кроме того, она может поступать из загрязненного источника. Поэтому до введения ее в котел, эта вода обычно подвергается обработке. Главная цель обработки заключается в том, чтобы предотвратить образование на внутренней поверхности труб хорошо пристающей к ней накипи. Такая накипь мешает теплопередаче и служит причиной перегрева, что приводит к снижению прочности металла и создает угрозу внезапного разрушения трубы. Не пристающий к поверхности шлам может быть удален из котлов многих типов посредством продувки он является менее опасным. Перегрев может также привести к понижению термической отдачи, усилению окисления под воздействием топочных газов и, часто, к ускорению коррозии под воздействием воды. По этим причинам необходима обработка добавляемой воды. Обработка должна состоять 1) из умягчения воды химическим путем, перегонкой или методом обессоливания, имеющего целью максимально возможное удаление веществ, приводящих к образованию накипи и шлама, и 2) регулирования состава (кондиционирования) воды с целью обеспечения таких условий, чтобы выделяющиеся из воды вещества приводили к образованию шлама, а не накипи. [c.395] Здесь необходимо сделать несколько замечаний по основным вопросам образования накипи. Обсуждение отдельных ее составляющих выходит за рамки темы данной книги. Этот вопрос описан в работе [3], а вопрос определения наиболее вредных составляющих в воде рассмотрен также в работе [4]. [c.395] До сих пор еще нет уверенности в вопросе о том, какие факторы определяют характер образующегося отложения (образуется ли накипь или шлам). Одно время было принято считать, что любое соединение, растворимость которого с повышением температуры понижается, осаждается на горячих стенках, образуя накипь, тогда как соединение, растворимость которого с температурой повышается, оседает в виде шлама. Однако известны исключения из этого правила и в вопросе о том, что образуется — накипь или шлам, большую роль, вероятно, играет относительная способность к зарождению центров кристаллизации на различных участках. Некоторые соединения, если вода ими пересыщена, очень легко образуют центры кристаллизации на стенках сосуда и поэтому получается хорошо пристающая накипь возможно, что это обусловлено какой-то простой связью между межатомными расстояниями в окисле, покрывающем металлическую поверхность и в оседающем соединении. В других случаях центры кристаллизации сначала появляются в жидкости, в участках, расположенных на заметном расстоянии от металла в результате образуется шлам. В случае бикарбоната кальция распад его, по-видимому, иногда происходит на поверхностях пузырьков-пара, в которые может проникнуть углекислый газ поэтому карбонат кальция образует микроскопические частички, прилипающие к пузырькам, и поднимается с ним на поверхность, создавая пену. [c.396] Очистка или умягчение питательной воды. Перегонка считается обычно -одним из наиболее надежных методов получения чистой воды. На судах она, как правило, применяется в качестве единственного метода очистки, однако на суше перегонка в значительной степени заменена обессоливанием иногда же оба метода применяются совместно. Перегонка важна в тех случаях, когда подаваемая сырая вода очень жесткая или грязная или если количество воды, восполняюш,ее убыль, большое это имеет место в условиях, когда большая часть снятого пара безвозвратно используется для целей осуш,ествления какого-либо технологического процесса, или для нагревания, т. е. в условиях, когда количество воды, выходящей из главных конденсаторов, подключенных к котлам, значительно меньше количества воды, затраченной на производство пара. На типичных силовых станциях около 99% испаряемой воды может возвращаться в виде конденсата и обработка 1% воды, восполняющего убыль, делающая возможным ее применение в котлах, обычно может быть осуществлена методом обессоливания. [c.397] Умягчение воды натронной известью, добавлением карбоната натрия и гидроокиси натрия, осаждающих кальций в виде карбоната и магний в виде гидроокиси, обычно (если реактивы добавляются в избытке) придает воде щелочной характер. Поскольку щелочная реакция, как правило, желательна (стр. 413), то это может оказаться полезным. Однако гидроокись магния стремится остаться во взвешенном состоянии в виде положительно заряженных коллоидных частиц и, чтобы ее осадить, часто пользуются алюминатом натрия благодаря его гидролизу образуются отрицательно заряженные коллоидные частички гидроокиси алюминия противоположно заряженные группы частиц заставляют одна другую выпасть в осадок [9]. [c.397] В настоящее время все шире применяются ионообменные методы умягчения. В своем первоначальном виде этот метод заключался в пропускании жесткой воды через слой цеолита, в котором соли кальция заменяются на соли натрия вода, содержавшая вначале бикарбонат кальция, выходя из фильтра, содержит бикарбонат натрия. Бикарбонат натрия (который является коррозионноактивным при низких концентрациях) при нагревании теряет углекислоту и образует карбонат натрия, а затем (при температурах работы большинства современных котлов) — гидроокись натрия последняя до определенной концентрации служит в качестве ингибитора, но в более концентрированных растворах может иметь место явление щелочной хрупкости (стр. 414—429). Когда натрий в слое цеолита израсходуется, цеолит можно снова регенерировать пропусканием через него раствора хлористого натрия при этом происходит замена кальция на натрий. [c.397] В современных ионообменных установках для процесса обессоливания используются смолы с помощью этого метода можно удалять из воды все нежелательные ионы. Синтетические смолы, содержащие кислотные группы, могут заместить катионы Са или Mg на ионы Н смола, содержащая щелочные группы, может заместить 504 , С1 и другие анионы на ОН . Вода, поочередно пропущенная через ионообменные фильтры с кислыми и щелочными смолами, содержит очень мало посторонних ионов как ту, так и другую отработанные смолы можно регенерировать, промыв их кислотой и щелочью соответственно при этом в смолы снова вводятся ионы Н + и 0Н . В одном из вариантов этого метода питательная вода проходит через фильтр, содержащий смесь частиц двух смол когда наступает время их регенерации, обе смолы отделяются друг от друга при этом используют различие их удельных весов [10]. [c.397] Интересный электрический метод удаления солей из воды заключается в пропускании воды через центральный отсек трехкамерной ячейки, в которой анод и катод размещены в двух боковых камерах. Обе диафграмы состоят из мембран, проницаемых для анионов и катионов соответственно, так чта весь ток, проходящий через первую мембрану, переносится анионами, а ток, проходящий через вторую — катионами таким образом, оба типа ионов удаляются из воДы в центральном отсеке. Учитывая свойства мембран, имеющихся в настоящее время, существуют сомнения в отношении пригод ности этого метода для подготовки котловой воды. Принципиально, однако, такой метод может быть разработан, и исследования в этом направлении заслуживают внимания [12]. [c.398] Одно из преимуществ метода обессоливания воды заключается в очень высокой степени очистки её от кремнекислоты иногда содержание кремнекислоты в воде ниже того значения, которое могут определить методами химического анализа. То же относится к воде, приготовленной методом перегонки, так как кремнекислота не уносится с паром при 100°. Кремнекислота, однако, может заноситься в открытый котел из воздуха и от обуви работающих, а в новый котел — и из кирпича. [c.398] Не считая кислорода, который требует специального определения (стр. 411), качество конденсата большей частью оценивается по его электропроводности. [c.398] По спецификации Главного управления по выработке электроэнергии для установок, работающих при 105 и 165 ат, верхний предел электропроводности воды равен 0,3 10 ом/см при 20° (при отсутствии аммиака и других летучих оснораний). [c.398] Однако имеется другая точка зрения, согласно которой вместо добавки в воду твердых реактивов, которые должны привести к образованию какого-то твердого осадка, следует обрабатывать воду таким образом, чтобы она по возможности не содержала твердых тел, а вещества, добавляемые в воду, должны быть летучими. Так, щелочная реакция воды должна достигаться добавкой аммиака (или, может быть, амина), а не гидроокиси или фосфата натрия вместо же сульфита натрия, который служит для связывания растворенного кислорода, следует применять гидразин. Некоторые идут даже дальше, настаивая на том, что вода должна быть ультрачистой и что к ней совсем не следует ничего добавлять. Такие методы были приняты в Германии для котлов Бенсона. Этот вопрос разбирается ниже . [c.399] Вернуться к основной статье