Сульфитно-спиртовая барда (концентрат) 3—4
Щелочное число Аг представляет собой общую щелочность в перерасчете на NaОН (мг/л). Для измерения щелочности используются также фосфатное число Рг, нитратное число и показатель концентрации водородных ионов рН.
Фосфатное число — это избыток гринатрийфосфата, который содержится в котловой воде и определяется количеством фосфатного ангидрида РО4(мг/л).
Нитратное число — это содержание в воде NаNОз(мг/л). Вводится нитрат натрия NаNОз для нейтрализации агрессивного действия свободной щелочи в котельной воде, что практически исключает межкристаллитную коррозию и хрупкость металла в местах вальцовки и других соединений при наличии в них про- паривания.
Водородный показатель рН (показатель концентрации водородных ионов) характеризует стеиень щелочности или кислотности воды и определяет ее коррозионную активность. Чистая нейтральная вода при температуре 22 0С имеет рН=7. Если рН>7, то вода имеет щелочную реакцию, если рН<7. то кислую. С помощью показателя рН определяют щелочность питательной воды, для этого на современных судах на питательном трубопроводе ставят датчики к рН-метру.
Содержание газов — важнейший показатель качества воды. В воде могут находиться в растворенном виде кислород О2, азот N2 и углекислый газ СО2. Азот является нейтральным газом и на протекание процесса коррозии и обработку воды влияния практически не оказывает. Кислород — основной коррозионный агент, вызывающий химическую коррозию пароводяного тракта котла. Содержащийся в воде углекислый газ влияет на процессы обработки воды. Кроме того, в присутствии в воде СО2 также начинают активно протекать коррозионные процессы с вы делением водорода.
Растворимость газов в воде зависит от парциального давления и температуры воды. С повышением давления растворимость газов увеличивается, а с повышением темперы уменьшается. При кипении растворимость кислорода стремится к нулю. Нормы качества питательной и коткотловой воды устанавливаются инструкциями завода-изготовителя и судовладельца по каждой серии судов в зависимости от параметров пара и конструктивных особенностей котлов.
2 Водообработка и питательная система котла
Водообработка. Для исключения накипеобразования на поверхностях нагрева котла и коррозии элементов пароводяного тракта проводится обработка воды перед поступлением её в котел и внутри него (докотловая, внутрикотловая).
Докотловая обработка воды на морских судах сводится главным образом к фильтрации конденсата, приготовлению высококачественной добавочной воды из забортной и удалению газов из питательной воды. Масло и нефтепродукты могут по- пасть в питательную воду из-за неплотностей змеевиков систем обогрева в топливных и масляных емкостях, грузовых танках, подогревателях , а такжес конденсатом отработавшего пара паровых поршневых механнзмов.Очистка питательной воды от нефтепродуктов имеет особо важное значение, так как теплопроводность накипи, пропитанной нефтепродуктами, весьма низка. Из-за ухудшения передачи теплоты от металла к воде металл может перегреться и произойдет авария котла. В питательной воде водотрубных котлов с давлением пара выше 2 МПа содержание нефтепродуктов в воде не допускается. В пароэнергетических устиновкахсовременных судов пар для обогрева нефтепродуктов и для работы паровых поршневых механизмов обычно вырабатывается в испарителях грязных конденсатов (ИГК).
Испаритель грязных конденсатов представляет собой вспомогательный котел, работающий на теплоте первичного греющего пара, подводимого в ИГК по петлям или змеевикам от котла или частично отбираемого от главной турбины на ходу. Конденсат от систем обогрева нефтепродуктов и образовавшийся из отработанного пара поршневых механизмов поступает в корпус ИГК, где благодаря теплоте, первичного пара превращается во вторичный пар, направляемый вновь к тем же потребителям. Следовательно конденсат, который содержит (или может содержать) в себе нефтепродукты, заключен в автономную систему и в основную систему питания котла не поступает
На морских судах с другими энергетическими установками для очистки конденсата от иных плавающих продуктов обычно применяют теплый ящик — сборник конденсата, где очистка питательной воды от механических примесей и масла осуществляется одновременно и отстаиванием, и фильтрацией (рис. 7.1),
Теплый ящик представляет собой прямоугольную сварную цистерну разделенную на две части горизонтальной перегородкой 2. Верхняя часть теплого ящика разделена вертикальными перегородками 3 на ряд каскадных отсеков. В первых трех отсеках нефтепродукты только отстаиваются и оседают механические примеси. В последних двух отсеках происходит фильтрация,
Рис. 7.1 Схема тёплого ящика | Рис.7.2 Схема деаэратора |
для чего в них установлены фильтры 4, заполняемые коксом, поверх которого обычно укладывают манилъскую или сезальскую пеньку, люфу или древесную стружку. Иногда в дополнение к этим фильтрующим материалам применяют тканевые материалы (махровое, полотно, сукно) и поролон.
Очищенная вода из последнего отсека поступает в нижнюю часть теплого ящика, откуда по трубе 5 забирается питательным насосом. Все перечисленные выше фильтрующие материалы задерживают только грубодисперсное (капельное) масло. Масло же в виде эмульсии может быть удалено из воды при фильтровании только через активированный уголь. Обычно фильтр с активированным углем размещают в отдельном от теплого ящика корпусе. В ряде случаев на напорной магистрали питательного насоса (после теплого ящика) устанавливают фильтры, фильтрующий элемент у которых представляет собой латунную сетку, обтянутую фланелью.
Для удаления из воды кислорода и углекислого газа в пароэнергети- ческих установках с давлением пара выше 2МПа широко используют термическую деаэрацию питательной воды в агрегатах, называемых деаэраторами. Термическая деаэрация основана на принципе снижения растворимости газов в воде при повышении температуры и снижении давления. Деаэратор, кроме того, ляется сборником конденсата и одной из ступеней подогрева питательной воды (рис. 7.2).
Деаэратор состоит из головки 2, бака-аккумулятора 7, охладителя 3, трубопроводов и арматуры. Из конденсатора пароэнергетической установки конденсат с помощью насоса подается по трубопроводу 9 в головку 2. Проходя предварительно через охладитель выпара, конденсат немного подогревается. В деаэрационную головку по трубопроводу 5 подаётся также греющий пар, который в паротурбинных установках на ходу забирается обычно из отбора турбоагрегата, а на стоянке и маневрах, от пароохладителя.
Для обеспечения быстрого нагрева поступающего конденсата необходима возможно большая поверхность соприкосновения паровой и жидкой фаз. В деаэрационной головке это обеспечивается с помощью разбрызгивающих устройств в виде форсунок или перфорированных тарелок, благодаря чему создается большая верхность контакта воды и пара. Пар, двигаясь навстречу струям воды, нагревает воду до температуры кипения, что способствует интенсивному выделению из нее газов. В процессе нагрева воды значительная часть греющего пара конденсируется. Смесь выделившихся газов и части несконденсировавшегося пара, называемая выпаром, направляется в охладитель 3 выпара, где пар конде~ руется, отдавая свою теплоту движущемуся по трубам конденсату, а газы отводятся в атмосферу.
Из-за малого времени пребывания воды в головке деаэратора стекающая из нее в бак-аккумулятор деаэрированная вода все же может содержать некоторое количество растворенного газа, поэтому с помощью барботажного устройства 6 через воду в баке дополнительно пропуск пар, что способствует лучшей деаэрации. Деаэрированная вода по трубопроводу 8 забирается нз деаэратора. питательным насосом. Для создания подпора деаэратор располагают на 8-10 м выше всасывающего патрубка питательного насоса. В системах, обслуживающих деаэратор, предусмотрены регулятор 1 уровня воды и регулятор 4 подачи пара.
Для более глубокого обескислороживания питательной воды в дополнение к термической деаэрации иногда предусматривают химические способы полного связывания кислорода. С этой целью в воду вводят химические реагенты — сульфит натрия (Na2SO3) или гидразин (N2H4), которые взаимодействуют так:
2Na2SO3+О2-- 2Na2 SO4 ;N2Н4+ О2-- 2Н2О+ N2
При термической деаэрации остаточное содержание кислорода в воде составляет примерно 0,03-0,05 мг/л. Благодаря дополнительной химической обработке кислородосодержание в питательной воде быть снижено до 0,01 мг/'л. |В настоящее время у котлов невысоких давлений находят распространение безреагентные методы обработки воды и в первую очередь магнитный (электромагнитный) способ. Сущность его заключается в том, что после воздействия на воду магнитного поля определенных значений напряжённости и полярности соли жесткости теряютспособность к образованию накипи и выпадают в виде шлама.
Электромагнитный прибор для обработки воды (рис. 7.3) состоит из цилидрического корпуса 1, внутри которого размещен сердечник 2. На сердечник намотано шесть соединенных последовательно катушек электромагнитов 3 с таким расчетом, чтобы на гребнях сердечника расположились одноименные магнитные полюсы. Сердечник с катушками заключён в стакан 5 в виде вертикальной трубы Катушки изолированы от сердечника электроизоляционным картоном 4 и разрезными гетинаксовыми шайбами 6. Питательная вода, поступая в прибор, движется по кольцевому каналу между корпусом и внутренним им стаканом. Опыты показывают, что при магнитной обработке воды не только предотвращается накипеобразование, но и происходит разрушение старой накипи. Вместе с тем метод не обеспечивает полного устранения накипеобразования, что исключает его применение в высоконапряженных котлах. Применяется также ультразвуковая обработка воды, основанная на воздействии ультразвука, нарушающего процесс образования накипи.
Основным способом получения воды нужного качества на морских судах является метод термического обессоливания, т. е. получение дистиллята из забортной морской воды в испарительных установках, в которых под воздействием теплоты подводимого пара или
Рис. 7.3. Электромагнитный прибор для обработки воды
другой среды происходит испарение морской забортной воды с последующей конденсацией образовавшегося пара. Устройство и принцип работы различных типов и разновидностей испарительных установок изучаются в предмете «Судовые автоматизированные вспомогательные механизмы».
3. Внутрикотловая водообработка.
Внутрикотловой водообработкой обеспечивают оптимальный режим питания котла, что достигается введением внутрь котла присадок. При этом соли, вносимые с питательной водой, не откладываются в качестве накипи на поверхностях нагрева, а выпадают в виде шлама, удаляемого при продуваниях.
Накипь и шлам образуются из насыщенных и перенасыщенных растворов, что и происходит в основном в результате непрерывного парообразования, приводящего к росту концентрации солей в котельной воде. Процессы накипе- и шлакообразования очень сложны, при этом нельзя четко разграничить сами явления. Соли, кристаллизующиеся на поверхностях нагрева и образующие накипь, с течением времени могут превращаться в шлам, но и шлам, не удаленный при продуваниях котла, в свою очередь может «прикипеть» к поверхности нагрева, образовав так называемую вторичную накипь.
Требования к питательной и котельной воде предъявляются в зависимости от назначения котла и давления производимого им пара. Исходя из этого осуществляют и внутрикотловую водообработку, заключающуюся в постоянной корректировке состава котельной воды путем ввода противонакипных и противокоррозионных реагентов с последующими периодическими продуваниями котла.
В настоящее время на морских судах применяют фосфатно-щелочной, фосфатно-нитратный и фосфатный режимы внутрикотловой обработки воды. Конкретные режимы водообработки для котлов тех или иных типов устанавливает служба судового хозяйства судоходной компании.
Фосфатно-щелочной режим применяют обычно у котлов с давлением пара не выше 2 МПа. При таком режиме обработки предусматривается введение в котловую воду следущих реагентов: едкого натра (каустика) NаОН, кальцинированной соды Na2СОз и тринатрийфосфата Na3РО4. Обычно эти реагенты подают в виде смеси постоянного состава, называемой противонакипином. Отечественный противонакипин МФ содержит (%):
Na2СОз 25—30
Na3РО4 . 67— 69
Сульфитно-спиртовая барда (концентрат) 3—4
Противонакипин представляет собой белый порошок с незначительна количеством темных крупинок концентрата сульфитно-спиртовой барды. Щелочи, содержащиеся в противонакипине, вступая в химическую реакцию с растворенными в воде солями жесткости, переходят из раствора в осадок.
В результате увеличения щелочности воды она может стать коррозионно-активной средой, вызывая коррзионное разрушение металла. Это явление называется щелочной хрупкостью. Для его предотвращения применяют фосфатно-нитратный режим водообработки, рекомендуемый для любых котлов с давлением пара до 6 МПа. Сущность режима заключается в том, что вместе с фосфатом натрия вводят дополнительную присадку — нитрат натрия (селитру NаNОз в количестве 35—45% концентрации щелочи. При введении нитрата натрия образуется защитная пленка на внутренних стенках котла.
Тринатрийфосфат и натриевую селитру вводят в котел раздельно непосредственно в паровой коллектор или сепаратор утилизационного агрегата; дозировка регулируется инструкцией.
Фосфатный режим рекомендуется применять у главных котлов с давлением пара выше 6 МПа, причём вводится только тринатрийфосфат. При чисто фосфатном режиме вода, должна быть с минимальным содержанием кислорода, хлоридов, солей жесткости и иных примесей. В противном случае в котле образуется очень много шлама, из-за чего потребуется увеличение числа продувок котла, а значит произойдет увеличение расхода добавочной воды.
Следует отметить, что при высоких давлениях пара в котлах содержащиеся в питательной воде соединения железа и меди способствуют развитию коррозионных процессов. Которые нельзя предотвратить, используя фосфатный режим. Поэтому максимальное содержание соединений железа и меди в питательной роде регламентировано требованиями норм показателей качества питательной воды. Достаточно эффективным средством борьбы с этим явле-
нием служит гидразин, который обладает способностью не только связывать кислород, но и восстанавлиать окислы железа в их закиси, которые не образуют накипи и находятся в котле только в виде шлама.
Ввод в котловую воду реагентов осуществляется с помощью дозерной установки, в которую входят бачок для раствора присадки и насос, подающий подготовленный раствор по отдельному трубопроводу в питательную магистраль котла.
Во вспомогательных котельных установках теплоходов применяют бач- ки-дозаторы, из которых приготовленный водный раствор присадки подают во всасывающий трубопровод питательного насоса или непосредственно в теплый ящик (после фильтров). Для последнего варианта возможно также приготовление раствора присадки в какой-либо переносной емкости.
4. Контроль за водообработкой.
Во премя работы котла отбирают пробы воды для определения ее состава, для чего на судах имеются химические экспресс-лаборатории водоконтроля.
Пробы котловой воды берут непосредственно из котлов через пробный кран или клапан, а питательной воды — из питательной магистрали перед экономайзером (если таковой имеется) или сразу после питательного насоса. Объем пробы анализа должен быть не менее 0,5 л. Чтобы для проведения анализа получить котловую воду уже охлажденной, современные котельные установки оборудуют холодильником, через который прокачивается охлаждающая вода. Объем и периодичность контроля устанавливаются службой судового хозяйства пароходства для каждого типа судна. Результаты анализов котловой и питательной воды отражаются в машинном журнале.
Если котлы работают на фосфатно- нитратном водно-химическом режиме, используется судовая комплектная лаборатория анализа воды СКЛАВ-1 (рис. 7.4), которая предназначена для контроля качества конденсата, добавочной,питательной и котловой воды. С помощью этой лаборатории можно определить общую жесткость, щелочность, содержание хлоридов, нитратов, фосфатов, растворенного кислорода и нефтепродуктов в воде. Лаборатория представляет собой шкаф с набором посуды и реактивов.
Для возможности предъявления единых требований и единого контроля режимов водообработки на судах теплотехнические лаборатории пароходств по возможности стараются комплектовать суда одинаковыми моделями судовых лабораторий водоконтроля, заменяя их по мере разработки и поступления новыми более совершенными образцами. Способы определения показателей качества воды приводятся в инструкциях для каждой конкретной марки лаборатории водоконтроля.