Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса по теме исследования
1.1 Анализ эксплуатационной надежности судовых котлов и причин отказов 12
1.2 Механизм подшламовой коррозии и анализ причин окисного накипеобразования в котлах 16
1.3 Механизм образования окисных отложений 22
1.4 Методы химических очисток котлов от окисных отложений 27
1.5 Методы пассивации котельного металла 35
1.6 Постановка задач исследования 40
2. Оценка загрязненности котлов. теоретические исследования
2.1 Исследование состава и количества отложений на внутренних поверхностях котлов типа КЕГ-25 43
2.2 Мзтодика расчета периодичности очисток и общего количества отложений в главных котлах 50
2.3 Физическая модель очистки котла 59
2.4 Математическая модель очистки при вводе реагентов в горячий котел 63
2.5 Анализ результатов моделирования процесса очистки 67
2.6 Заключение и выводы 74
3. Экспериментальные исследования химических очисток судовых котлов композициями комплексонов
3.1 Методика проведения эксперимента. Описание экспериментальной установки 75
3.2 Схема измерений,отбор проб и контроль процесса промывки. Оценка погрешности эксперимента 78
3.3 Предварительное исследование процесса очистки котла типа КВГ-25 81
3.4 Анализ результатов предварительных исследований 83
3.5 Исследование условий переосаждения меди при комплексонной промывке котлов 89
3.6 Планирование эксперимента по исследованию кинетики очистки. Результаты эксперимента 92
3.7 Обработка экспериментальных данных и их анализ... 94
3.8 Заключение и выводы 106
4. Исследование процесса пассивации судовых котлов растворами комплексонов
4.1 Задачи и методика исследования процесса пассивации. 108
4.2 Исследование термического разложения комплексонатов железа в процессе пассивации котельной стали 110
4.3 Экспериментальные исследования режима пассивации котельного металла котлов КВГ-25 113
4.4 Обработка и анализ экспериментальных данных 117
4.5 Электронномикроскопическое исследование окисной пленки 125
4.6 Качественная оценка долговечности защитного покрытия 131
4.7 Заключение и выводы 132
Заключение и выводы 134
Литература 137
Пршкжения 147
- Методы химических очисток котлов от окисных отложений
- Мзтодика расчета периодичности очисток и общего количества отложений в главных котлах
- Предварительное исследование процесса очистки котла типа КВГ-25
- Экспериментальные исследования режима пассивации котельного металла котлов КВГ-25
Введение к работе
Повышение рентабельности работы морского транспорта является одной из задач развития народного хозяйства, принятых на 26 съезде КПСС. Выполнение этой задачи невозможно без увеличения эффективности использования судового энергетического оборудования.
В процессе работы судовой силовой установки на поверхности тешюобменных аппаратов образуются отложения, которые значительно снижают экономичность и надежность энергооборудования. Правила технической эксплуатации предусматривают периодические очистки теплопередаюших поверхностей от отложений и накипей в котлах и теплообменных аппаратах. Такие очистки требуют значительных трудозатрат обслуживающего персонала, большого объема работ во время ремонтов.
В настоящее время для очисток судового энергетического оборудования и оборудования стационарной энергетики широкое применение нашли химические препараты. Значительный вклад в разработку и внедрение химических средств для очистки энергооборудования внесли научные сотрудники ЦНИИ Морского Флота. Ими разработан ряд моющих препаратов и типовые методики по очисткам различного оборудования. Большую практическую работу по использованию современных препаратов на судах ШШ проводят теплотехнические лаборатории пароходств.
На теплопередаюших поверхностях главных судовых котлов, при установленных в настоящее время водных режимах, преобладают окис-ные отложения, которые наиболее опасны при высоких тепловых нагрузках. Из-за особенностей эксплуатации утилизационных котлов теплоходов, в составе отложений на их поверхностях также значительную часть составляют окислы железа. Очистка поверхностей котлов от окисных отложений требует разработки специальных методов.
В стационарной теплоэнергетике методам очистки и пассивации
5.
теплопередающих поверхностей котлов посвящены работы коллективов кафедры атомных электростанций Московского энергетического института, научно-исследовательских институтов - Центрального котло-турбинного института, Всесоюзного теплотехнического института, которые проводятся под руїшводством Т.Х.Маргуловой, П.А.Акользина и других.
Очистки котлов в стационарной теплоэнергетике проводятся по штатным промывочным схемам с использованием специального оборудования, под контролем работников химцехов,
Еместе с тем, современные методы очистки главных судовых котлов от окисных отложений разработаны недостаточно. Они требуют специальных исследований, которые должны учитывать конструктивные и эксплуатационные особенности судовых котлов, характер и состав отложений на теплопередающих поверхностях. Технология пассивации теплопередающих поверхностей при рабочих параметрах судовых котлов не исследована.
Актуальность темы. Обоснованная технология эксплуатационной очистки и пассивации судовых котлов позволит:
продлить межремонтный период эксплуатации энергетической установки судна,
сохранить построечные характеристики судовых котлов в течение всего периода их эксплуатации,
- снизить трудозатраты на ремонт и обслуживание котлов.
Разработанные методы очистки энергооборудования от окисных
отложений найдут применение не только на действующих судах с паротурбинными установками,но также и на судах с дизельными установками, которые комплектуются утилизационными и вспомогательными котлами.
Цель работы. Повышение эксплуатационной надежности трубных систем судовых котлов путем периодических эксплуатационных очисток поверхностей нагрева от окисных отложений с последующей пассива-
6.
идей котельного металла.
Научная новизна. Впервые разработаны физическая и математическая модели очистки барабанных котлов от окисных отложений, учитывающие условия ввода активных веществ в котел. Получены аналитические зависимости для кинетики процесса очистки с учетом конструктивных и технологических факторов.
Впервые получены экспериментальные значения кинетических постоянных процессов растворения окисных отложений композициями на основе трилона Б, установлена их зависимость от параметров процесса очистки.
Разработана методика расчета периодичности эксплуатационных очисток судовых котлов.
Исследован процесс пассивации теплопередающих поверхностей при обработке котельной стали раствором комплексонов в котлах среднего давления (4,4 МПа). Подтверждена возможность расширения температурных пределов этого метода для котлов среднего давления, которые наиболее распространены на морском флоте. Получены аналитические зависимости, описывающие процесс пассивации котлов.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволили сформулировать следующее научное положение.
Процесс очистки барабанных котлов от окисных отложений представляет собой задачу массопереноса в условиях идеального перемешивания моющего раствора. При этом процесс очистки идет в кинетической области, когда скорость растворения накипи определяется только скоростью химической реакции и не зависит от условий циркуляции раствора в контуре котла. Практическая ценность. Разработана и внедрена на судах технология эксплуатационных очисток котлов с последующей пассивацией котельного металла. Даны практические рекомендации для расчетов периодичности химических очисток и суммарного количества отложе-
7.
ний в парогенераторах.
Внедрение результатов работы проводилось в Черноморском ордена Ленина морском пароходстве в соответствии с планами внедрения новой техники,а также на рыбопромысловой базе "Восток" и танкерах Новороссийского пароходства. При этом подтвержденный экономический эффект от внедрения на судах Черноморского пароходства составил 37500 руб. на рыбопромысловой базе "Восток" 8000 руб. в год.
На защиту выносятся:
Результаты исследования кинетики очистки барабанных котлов, разработка и решение математической модели процесса очистки.
Результаты экспериментальных исследований процесса очистки котлов, результаты сопоставления эксперимента с теоретическими исследованиями, обоснование разработанной технологии очистки судовых котлов.
Результаты исследования процесса пассивации котельного металла путем комплексонной обработки при средних параметрах пара, результаты электронно-микроскопических исследований защитной магнетитовои пленки, образующейся на поверхности котельного металла в процессе пассивации.
В первой главе проведен анализ отказов главных судовых парогенераторов и причин повреждения испарительных поверхностей нагрева. Рассмотрен механизм подшламовой коррозии. Рассмотрены причины и механизм образования окисных отложений на теплопере-дающих поверхностях. Проведен анализ методов химических очисток теплоэнергетического оборудования на морском транспорте и в стационарной энергетике. Поставлены задачи исследования.
Во второй главе проведено исследование состава и количества отложений на внутренних поверхностях труб парогенераторов. Раз-
8.
работала методика расчета периодичности химических очисток судовых парогенераторов и общей массы отложений. Методика основана на известном уравнении Всесоюзного теплотехнического института для темпа образования железоокисных отложений. Представлены расчетные формулы.
Проведены результаты исследований кинетики очистки барабанных котлов. Химическая очистка котла рассматривается с позиций массопереноса, что позволяет представить этот процесс математической моделью, учитывающей основные технологические особенности процесса очистки и конструктивные характеристики котла. Получено решение математической модели, отражающее зависимости для времени очистки котла и изменения концентрации активных веществ в моющем растворе в процессе очистки. Определено влияние конструктивных особенностей котлов и технологических факторов промывочной схемы на кинетику растворения железоокисных отложений.
В третьей главе изложены результаты экспериментальных исследований очистки судовых котлов композициями комплексонов. Представлена методика проведения эксперимента и обработки экспериментальных данных. Проведено сопоставление результатов эксперимента с решением математической модели процесса очистки котла, подтвердившее принятые предположения о механизме растворения отложений. Показана возможность использования результатов исследования для прогнозирования динамики процесса очистки котлов других типов. Установлено переосаждение меди из моющих растворов на первом этапе очистки. Исследована эффективность моющих растворов различного состава при очистке от отложений окислов железа и меди. Установлена целесообразность проведения очистки в два этапа с преимущественным удалением на первом этапе медных компонентов накипи.
9.
В четвертой главе приведены результаты исследования процесса пассивации поверхности котельного металла при обработке раствором комплексонов. Показана возможность расширения температурных пределов этого метода и использования его для пассивации котлов среднего давления. Приведены результаты электронно-микроскопического исследования защитной пленки, полученной в процессе пассивации на поверхности котельной стали. Представлены электронограммы защитной пленки магнетита и микрофотографии поверхности котельной стали.
По результатам эксперимента получены эмпирические зависимости, отражающие динамику процесса пассивации. Установлено,что весь сложный комплекс физико-химических процессов, сопровождающих формирование защитной магнетитовой пленки на поверхности котельной стали, может быть представлен одной условной реакцией первого порядка.
Апробация "работы. Основные научные положения и выводы по диссертационной работе докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Одесского высшего инженерного морского училища в 1978, 1979 и 1983 годах, на семинаре по изучению процессов накипеобразования и методам борьбы с накипе образованием. (г.Севастополь) в 1978 году, на межотраслевой конференции "Совершенствование судовых котельных установок" (г.Севастополь) в 1983 году.
Основное содержание диссертации изложено в следующих работах: I. Захарчук О.Л., Ефремов В.Г., Молчадский М.Т.
Применение малеинового ангидрида и тиомочевины в композициях для удаления медной накипи. - Энергетик, 1975, .№ I, с.20-21.
10.
Захарчук 0.1., Сурин СМ. Опыт очистки главных судовых котлов от окисных отложений композициями на основе комплек-сонов. М.: ЦЕНТИ М№&. Морской транспорт. Серия "Техническая эксплуатация флота". Экспресс-информация, вып..№ II (399), 1976, С.&-П.
Сурин СМ., Захарчук О.Л. Рекомендации по периодичности химических очисток судовых парогенераторов типа КВГ-25 и КВГ-34 от окисных отложений. ЦЕНТИ МЮ. Морской транспорт. Серия "Техническая эксплуатация флота". Экспресс-информация, вып..№ 16 (404), 1976, с. 10-15.
Сурин СМ., Захарчук О.Л. Методика подсчета общего количества окисных отложений в главных судовых парогенераторах.
ЦБНТИ ММ. Морской транспорт. Серия "Техническая эксплуатация флота". Экспресс-информация, вып.№ 13 (425), 1977, с.21-24.
Захарчук О.Л., Сурин СМ. Пассивация внутренних поверхностей парогенераторов КВГ-25 и КВГ-34 растворами комплек-сонов. М.: ЦЕНТИ МШ. Морской транспорт.Серия "Техническая эксплуатация флота". Экспресс-информация, вып.^ II (447), 1978, с.32-40.
Захарчук О.Л., Острук В.И., Сурин СМ., Тихонин В.Л. Опыт эксплуатации утилизационных котлов КУП 130/5 и КУП 660/7.
М.:ЦЕНТИ М№. Морской транспорт. Серия "Техническая эксплуатация флота". Экспресс-информация, вып..№ 2 (486), 1980, с.1-8.
7. Захарчук-Кухарев О.Л.,Сурин СМ., Слободянюк И.М. - Иссле
дование пассивации комплексонами металла барабанных котлов
давлением 4,4 МПа. - Теплоэнергетика, 1981, Jfc 8, с.66-68.
II.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы из 95 наименований и приложения. Работа включает в себя 24 рисунка, 13 таблиц, 109 страниц машинописного текста. Общий объем работы 189 страниц.
12. I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Методы химических очисток котлов от окисных отложений
При сравнении различных методов химических очисток следует иметь в виду, что выбор способа эксплуатационных очисток судовых парогенераторов должен быть основан на следувдих требованиях: - химическая очистка должна проводиться в эксплуатационных условиях - в рейсе или на стоянке - силами машинной команды; - технология химической очистки должна предусматривать использование имеющегося на судне оборудования, без сооружения специальной промывочной схемы; - стоимость химической очистки (с учетом трудозатрат, стоимости реагентов, подготовительных работ) должна быть не выше стоимости этих работ в заводских условиях; - химические реагенты, используемые в моющих растворах, должны выпускаться отечественной промышленностью, быть недифи-питными и недорогими, безопасными при транспортировке и хранении на судах; - технология химической очистки должна предусматривать пассивацию очищенных поверхностей; - продукты химических реакций после химических очисток должны быть нейтральными, безопасными в обращении и не представлять опасность для окружающей среды; - контроль за ходом химических очисток должен осуществляться простыми методами, силами обслуживающего персонала. При очистке судового энергооборудования на судоремонтных заводах до настоящего времени широко используется ингибирован . ная соляная кислота НС 6 [14J . Очистка проводится в 4-6 % растворах при подогреве до 50-60С. Соляная кислота достаточно хорошо растворяет щелочноземельные накипи и окислы двухвалентного железа. Однако, очистка соляной кислотой имеет ряд недостатков: - скорость коррозии в растворах соляной кислоты велика, после очистки требуется последующая, достаточно продолжительная промывка поверхностей щелочными растворами; - требуются специальные меры предосторожности при транспортировке , хранении и использовании соляной кислоты на судах. Указанные недостатки не позволяют использовать соляную кислоту для эксплуатационных очисток судовых парогенераторов. В последние годы в судовой и стационарной энергетике для очистки от накипных отложений получила распространение сульфа-миновая кислота. Министерством морского флота, ЦНИИМ$ом и рядом морских пароходств изданы инструкции и рекомендации по очистке судового переоборудования от накипных отложений растворами сульфаминовой кислоты. Ряд публикаций об опыте очисток растворами сульфаминовой кислоты подтвердил высокую эффективность этого метода. [15, 16, 17, 18] . В работе [16] проведено сравнение эффективности воздействия некоторых химических препаратов на накипные отложения различных судовых теплообменников. При этом исследовалась растворимость, в основном, щелочноземельных отложений и сделан вывод, что сульфаминовая кислота близка по растворяющей способности к соляной кислоте. Опытная очистка от окисных отложений главных парогенераторов КВТ 80/80, установленных на судах "Кубань" и "Кавказ" (типа "Крым") была произведена в 1977 году в Новороссийском пароходстве [18] .Очистка проводилась по штатной схеме . 10 % раствором сульфаминовой кислоты при температуре кислотного раствора 85-90С. Циркуляция моющего раствора выполнялась насосом. Если судить по результатам очистки, приведенным в [18] и заключению авторов, применение сульфаминовой кислоты является лучшим средством очистки поверхностей главных парогенераторов от окисных отложений. Однако, ряд противоречий в тексте статьи делает выводы авторов недостаточно обоснованными. При принятой концентрации и температуре моющего раствора и огневом обогреве, происходила значительная коррозия котельного металла, на что указали авторы при осмотре бака для растворения кислоты. Лабораторные исследования, проведенные ОВИМУ [іб] и данные Маргуловой Т.Х. [55] подтверждают это. В связи с указанным, масса удаленных окисных отложений, оцененная по анализам концентрации железа в промывочном растворе, завышена.
После окончания процесса очистки, нейтрализация и пассивация поверхности котельного металла проведена не была, что является существенным недостатком принятой технологии. По указанным причинам, применение монорастворов сульфаминовой кислоты высокой концентрации (10 %) для очисток парогенераторов от окисных отложений малоэффективно. Метод очистки судовых парогенераторов от окисных отложений композицией на основе трилона Б впервые был разработан отделом теплохимических исследований ЦНИИМФа и использован в Новороссийском и Азовском морских пароходствах [її, 12. I3j . В Новороссийском пароходстве технологическая схема предусматривала очистку парогенераторов КЕГ-34 с помощью плавучей химза-чистной станции (ПХС) судоремонтного завода. Циркуляция моющего раствора обеспечивалась насосом, установленным на ПХС. Состав моющего раствора: трилон Б 2,0-2,5 %, тиомочевина I %, поверх . ностноактивное вещество ОЇЇ-7 0,1 %, Температура моющего раствора 65-85С. Общее время "очистки одного парогенератора, без учета времени на подготовку котла и сборку промывочной схемы -15 ч. Контроль за процессом очистки осуществлялся персоналом ПХС и включал определение концентрату свободного трилона Б и показатель рН моющего раствора. Рассмотренная схема не получила широкого распространения, так как содержит следующие существенные недостатки. 1. По данным [54,65] температура моющего раствора недостаточна для интенсивного комплексования окислов, которую рекомендует ЦНИИШ. В связи с этим, процесс очистки оказывается длительным, моющие растворы используются неполностью и в конце промывки содержат 4-Ю г/кг дорогостоящего трилона Б. 2. Композиция трилона Б с тиомочевиной в принятых концентрациях имеет рН порядка 4,5-5. При таком значении рН моющего раствора хорошо комплексуются только окислы двухвалентного железа ТеО и меди СиО, а трехвалентные окислы железа Zez05 и магнетит 5 растворяются намного хуже [53] ,хотя в составе отложений они преобладают. 3. При очистке парогенераторов композициями на основе ком-плексонов желательно проводить последующую пассивацию поверхности котельной стали. Принятая схема циркуляции моющего раствора не позволяет поднять температуру моющего раствора до уровня, обеспечивающего режим пассивации (более 250С). 4. Принятая технологическая схема с использованием ПХС не позволяет производить очистку парогенераторов без вывода судна из эксплуатации и для эксплуатационных очисток парогенераторов непригодна.
Мзтодика расчета периодичности очисток и общего количества отложений в главных котлах
Как было показано в разделе 1.3, для составления методики подсчета скорости накипеобразования в судовых парогенераторах целесообразно использовать формулу ВТИ (I.I) с учетом распределения теплового потока по поверхностям нагрева парогенератора.
Суммарное количество железоокисных отложений ( 0:е,кг) на поверхности ( J- ,иг) за время эксплуатации парогенератора ( Т ,ч) составит
Для судовых главных парогенераторов численные значения тепловых потоков на различных участках поверхности нагрева значительно отличаются друг от друга.Наиболее напряженными являются трубы первого ряда притопочного пучка (О =200-300 кВт/м ),так как они воспринимают не только тепло,переданное от мазутного факела излучением,но и тепло,переданное конвекцией от движущегося потока газов.Несколько ниже тепловая нагрузка труб бокового экрана (О =150-200 кВт/м2) при равномерном распределении факела топке. Вце ниже тепловая нагрузка второго и последующих рядов труб конвективного притопочного пучка ( о. = 20-100 кВт/м2). Тепловой поток через поверхность нагрева труб чисто конвективных пучков на 1-2 порядка ниже приведенных численных величин. Практика эксплуатации судовых парогенераторов показывает, что железо- и медаоокисные накшш наиболее интенсивно откладываются именно в трубах притопочного пучка и на освещенной части труб экранов. Поэтому, в качестве накипеобразующей поверхности Г в уравнении (2.2.) целесообразно подставлять только суммарную поверхность труб притопочного пучка и освещенную поверхность труб экрана. Для наиболее распространенных на морском флоте отечественных парогенераторов КЕГ-25 и КЕГ-34 эти накипеобразующие поверхности соответственно равны 126 иг и 161 м2.
Изменение теплового потока накипеобразующей поверхности (по данным теплового расчета) показано на рис. 2,1. и со среднеквадратичной погрешностью + 12$ описывается экспоненциальным уравнением
Здесь 4 - безразмерная накипеобразующая поверхность; f rFi+Ffo+Fz Fs+Ft/- накипеобразующая поверхность первого ряда труб притопочного пучка, освещенной части труб бокового экрана, второго, третьего и четвертого: ряда труб притопочного пучка, соответственно, ъг.
Если подставить текущее значение потока о, из уравнения (2.3) в (2.2.),получим интегральное уравнение для расчета суммарного количества железоокисных накипей в парогенераторе за время его эксплуатации после последней котлочистки. После интегрирования уравнения (2.4.) и преобразований получим удобную формулу для практического подсчета суммарного количества железоокисных накипей в парогенераторе
С учетом того,что котельные окисные накипи содержат в своем составе по среднестатистическим данным 20$ медных окислов,то суммарное количество окисных накипей в котле составит
С другой стороны,суммарное количество окисных отложений GH , кг можно подсчитать по средней толщине накшш о\м,ее плот-ности о ,кг/м3и суммарной накипеобразущей поверхности F .м2
Максимально допустимая толщина накипи О тах обычно ограничивается допустимой температурой стенки трубы [48]. В соответствии с уравнением (2.1.) текущая толщина накипи изменяется по поверхности в зависимости от величины теплового потока во второй степени 4 = L ( Здесь, численное значение для наиболее распространенных парогенераторов КЕР-25 и КЕГ-34 из рис. 2.1. составляет О = 0,3.106 Вг/м2 при X = 0
Если подставить значение Oi из уравнения (2.8.) в (2.7.) получим интегральное уравнение для расчета суммарного количества окисных накипей перед очередной химической очисткой / интегрирования и преобразований получим
Из совместного решения уравнений (2.6.) и (2.9.) получим зависимость для расчета периодичности химических очисток парогенераторов от окисных отложений
Уравнение (2.Ю.) можно использовать для практических расчетов. Содержание окислов железа &eJ мг/кг,ддя подстановки в уравнение необходимо выбирать по результатам анализа котловой воды, которые производились теплотехнической лабораторией пароходства. Пробу котловой воды желательно брать перед окончанием нижнего продувания. В этом случае в пробе окажутся только мелкодисперсные окислы, циркулирующие вместе с котловой водой и непосредственно участвующие в процессе железоокисного накипеобра-зования. Расчет периодичности котлоочисток по уравнению (2.10.) позволит учесть индивидуальные особенности водного режима каждого конкретного паротурбохода.
Результаты расчетов по уравнению (2.10.) хорошо согласуются с рекомендациями по периодичности эксплуатационных очисток парогенераторов, полученных опытным путем. Так, при максимально допустимой толщине отложения О/лох =0,2.10""3 м, содержании взвешенных окислов в котловой воде [9-е]К6 =0,5 мг/кг для парогенератора типа КНГ-25, периодичность очистки, подсчитанная по формуле (2.10.) составит Т = 16,3.103 ч.
Скорость окисного накипеобразования А,рассчитанная по урав нению (2.1.) для существующих значений содержания окислов в котловой воде ниже скорости поступления окислов с питательной водой. Это говорит о том, что значительное количество поступающих окислов оседает в виде шлама в местах с низкой скоростью циркуляции воды (водяной коллектор, экранный коллектор). Это подтверждается при внутренних осмотрах главных парогенераторов. Часть взвешенных окислов при работе парогенераторов удаляется с верхним продуванием (при этом концентрация окислов в продувочной воде равна концентрации окислов в котловой воде), а значительная часть осевшего шлама удаляется из нижних точек при периодическом нижнем продувании (при этом концентрация окислов в продувочной воде выше, чем в котловой).
Материальный баланс накопления окислов в парогенераторе без учета коррозии котельного металла на примере (] запишется следующим образом
Здесь?е] и №е]кб- концентрация окислов железа соответственно в питательной и котловой воде, мг/кг;В - паропроизводитель-ность котла, кг/час; X - время работы парогенератора на эксплуатационном режиме после последней котлоочистки, час;10- коэффициент продувки парогенераторов (в долях от единицы).
Суммарное количество отложений в парогенераторе Осуіл t складывается из прочных отложений (окисных накипей) GH » накапливающегося шлама Gm в местах с малой скоростью циркуляции воды, который не удаляется с продувкой, и шлама, удаляемого из па-рогенератороа при нижнем продувании Gnp.
Предварительное исследование процесса очистки котла типа КВГ-25
Поскольку проведение экспериментальной очистки котла является достаточно сложным процессом,для правильного планирования эксперимента потребовалась отработка ряда технологических вопросов, связанных с реализацией промывочной схемы,а также получение предварительной информации по основным параметрам области экспериментирования. Основной объем предварительных исследований был проведен при очистках котла типа КВГ-25 турбохода"Металлург Бардин".
Программой предварительной экспериментальной очистки котла КВГ-25 предусматривалось решение следующих вопросов: 1. Установить возможность обеспечения надежной естественной циркуляции .моющего раствора огневым обогревом и возможность поддержания необходимой температуры в процессе химической очистки и пассивации котельного металла. 2. Подтвердить целесообразность поэтапной отмывки поверхностей нагрева от железных и медных окисных отложений. 3. Дать оценку необходимой концентрации химикатов в моющей композиции для обеспечения качественной очистки,а также величины рН промывочного раствора в реальных условиях. 4. Разработать и испытать систему приготовления раствора химикатов и ввода их в котел. 5. Проверить надежность принятых методов контроля процесса химической очистки. 6. Обеспечить технику безопасности при проведении химической очистки котлов в эксплуатационных условиях на судне.
До промывки композицией комплексонов котел Л 2 турбохода "Металлург Бардин" проработал на фосфатнонитратном режиме около 70000 часов, химические очистки за это время не проводились.При внутреннем осмотре на поверхности коллекторов и трубок обнаружены плотные окисные отложения,покрытые рыхлым темнокоричневым шламом. В водяном коллекторе - незначительное скопление шламов (2-2,5 кг), на просматриваемых участках отдельных водогрейных труб в районе водяного коллектора обнаружено небольшое количество участков язвенной коррозии диаметром 1-2 мм.Состав шлама из водяного коллектора приведен в табл.2.2.
В связи со значительным содержанием меди в отложениях,химическая очистка котла проводилась в два этапа в соответствии с соображениями, изложенными в 1.4.
Первый этап промывки предусматривал преимущественное удаление отложений меди. В качестве моющего раствора была принята композиция трилона Б 7 г/кг и тиомочевины 14 г/кг. Приготовление концентрированных растворов реагентов производилось в баке мокрого хранения, ввод растворов в котел осуществлялся через клапан верхнего продувания.
После ввода реагентов в котел для обеспечения циркуляции раствора была включена одна форсунка и давление поднято до 0,4 МПа. Для определения содержания железа и меди в моющем растворе через каждые 0,5 часа отбирались пробы для лабораторного анализа. Оперативный контроль процесса промывки проводился путем определения концентрации свободного комплексона и водородного показателя рН моющего раствора.
В начале промывки показатель рН был равен 6,5,через 2,5 часа показатель рН достиг 8 и стабилизировался на этом уровне.
После этого промывка продолжалась еще около 1,5 часа,затем форсунка была выключена.Суммарное время собственно химической очистки на первом этапе составило 3 часа 30 мин.,после чего котел был охлажден до давления 0,3 МПа,промывочный раствор спущен в дренаж, а котел заполнен конденсатом.
Химическая очистка на втором этапе предусматривала преимущественное удаление железоокисных отложений и проводилась композицией трилона Б 7 г/кг и малеинового ангидрида 7 г/кг. Реагенты вводились в парогенератор раздельного той же технологии,что и на первом этапе. Затем была включена форсунка и давление в котле поднялось до 0,6 МПа.Оперативный контроль процесса проводился по величине рН и концентрации свободного комплексона.Для лабораторного контроля через каждые 0,5 часа отбирались пробы моющего раствора. В начале промывки величина рН=2,5, через 1,25 часа рН достигла 5 и стабилизировалась на этом уровне, при этом концентрация свободного комплексона упала до 150 мг/кг. Промывочный раствор был подкреплен дополнительным вводом трилона Б из расчета 5 г на I л раствора,после снижения давления в котле до 0.После этого промывка продолжалась еще 2,5 часа при почти неизменном значении рН раствора,равном б.После окончания очистки,котел был опорожнен и промыт конденсатом для удаления оставшегося шлама. Основные характеристики химической очистки представлены на рис.3.2 и 3.3 и в Приложении На обоих этапах очистки концентрация трилона Б резко снижается в течение 15 мин.,после ввода раствора в котел,что подтверждает высокую интенсивность реакции комплексообразования.
Экспериментальные исследования режима пассивации котельного металла котлов КВГ-25
В процессе разработки и по разработанной технологии была выполнена пассивация котельного металла всех котлов,подвергшихся химической очистке растворами комплексонов.
На начальной стадии проведения этой работы режим пассивации выполняется, как правило, в два этапа после отмывки конденсатом поверхностей парогенератора от промывочных растворов. При заполнении котла конденсатом осуществлялся ввод трилона Б из расчета создания начальной концентрации 300-500 мг/кг.
На первом этапе режима пассивации включалась одна форсунка и давление поднималось до 0,6 МПа и выдерживалось в течение одного часа. Затем, на втором этапе, давление подымалось до рабочего и выдерживалось в течение 8-12 часов, после чего парогенератор охлаждался либо включался под нагрузку, соответствующую стояночному режиму. Впоследствии, режим пассивации проводился в один этап, без отмывки котла от промывочного раствора. Котел заполнялся конденсатом, производился розжиг форсунки и давление поднималось до рабочего.
С целью обеспечения максимальных температур на пассивируемых поверхностях, котел сразу же вводился в работу под нагрузкой, т.е. режим пассивации совмещался с обычным подъемом пара и вводом котла в работу.
При проведении режимов пассивации, как в два этапа,так и в один этап, производился отбор проб котловой воды с целью контроля основных показателей, дающих представление о ходе процесса пассивации. Определялась концентрация железа в растворе,показатель рН котловой воды, температура (давление).
Наибольшую информацию о ходе термического разложения ком-плексонатов железа дает анализ содержания железа в растворе. Это хорошо иллюстрируется изменением содержания железа в котловой воде при проведении режима пассивации в два этапа. Повышение содержания железа в растворе на первом этапе происходит в результате доочистки котла. На втором этапе,а также при проведении режима пассивации в один этап,содержание железа в растворе снижается в результате термического разложения комплексонатов железа и образования магнетита на поверхности котельной стали.
На рис. 4.3 представлено изменение содержание железа в котловой воде и величины рН в процессе проведения пассивации котла J5 2 турбохода "Красный Октябрь". Как видно по снижению концентрации в воде с 60 мг/кг до 40 мг/кг, термическое разложение трилоната железа ещё завершено и процесс пассивации следовало продлить. Практически, в данном случае процесс пассивации был завершен после ввода указанного котла в работу, так как сразу же после проведения химической очистки турбоход вышел в рейс.
В таблице 4.1 представлены результаты анализа проб котловой воды, отобранных в процессе пассивации парогенератора $ I турбохода "Красный Октябрь". В этом случае проводился сразу второй этап режима пассивации. Отмывка поверхностей котла от промывочных растворов не проводилась, после продувки промывочного раствора котел был заполнен конденсатом, включена форсунка и за 40 минут поднято давление до рабочего. Через 2 часа котел был введен в работу с нагрузкой стояночного режима.
Как видно из результатов анализа, концентрация комплексона-тов железа в начале режима пассивации (35 мг/кг) оказалась вполне достаточной для образования магнетитовой пленки. Снижение содержания железа в котловой воде в процессе пассивации до 3,6 мг/кг произошло за 70 часов при давлении в котле 4,4 МПа и нагрузке 25 % от номинальной.
Для обеспечения хорошего качества защитной магнетитовой пленки на тешюпередающих поверхностях при проведении экспериментального режима пассивации котельного металла стремились обеспечить максимальные температуры пассивируемых поверхностей. Для этого второй этап режима пассивации совмещался с вводом котла в работу при частичной нагрузке на стояночном режиме либо на полной нагрузке при рабочем давлении 4,4 МПа. Хотя нагрузка на стоянке судна составляет 20-25 % от номинальной, расчеты показывают, что температура стенки трубок экрана и первого ряда притопочного пучка на 5-7С выше температуры кипения, а первых рядов конвективного пучка на 2-4С, что составляет соответственно 261С и 258С.
При работе котла на полной нагрузке температура стенок труб ещё выше и составляет для экрана и первого ряда притопочного пучка 263с, а для конвективного пучка 260С. Обычно на стоянке судна в работе находится один котел, а комплексонная обработка может проводиться на другом, после чего их роли меняются. При этом режим пассивации первого из обработанных котла начинается под стояночной нагрузкой, а режим пассивации другого котла при полной нагрузке на выходе судна в рейс. Результаты экспериментов по процессам пассивации парогенераторов ряда судов представлена в таблице 4.2.
Дія получения аналитических зависимостей, отражающих процесс пассивации, результаты этих экспериментов были сопоставлены с данными по исследованию термолиза трилонатов железа,выполненными в работе [76] . Указанное сопоставление приведено на рис.4.4. Здесь прямая линия отражает относительное изменение концентрации железа в процессе термолиза трилонатов железа, вычисленное по формуле (4.2). При этом константа скорости реакции для процесса термолиза в соответствии с [ 76 ] принималась равной К = I2»ICr5 сек-1 ддд температуры внутренней поверхности
