Как улучшить качество питательной воды, чтобы предотвратить коррозию котла

Отказ котла является серьезной проблемой для тепловых и электростанций, и известно, что основной причиной является коррозия, связанная с качеством воды в котле. Общая стоимость отказов котельных труб на электростанциях оценивается примерно в 5 миллиардов долларов в год (обратите внимание, что эта цифра относится к 2009 году, поэтому, вероятно, она намного выше). качество воды должно постоянно поддерживаться в пределах допустимых требований котла.

Загрязнения питательной воды котла

Источники воды содержат примеси, которые при определенных уровнях могут быть очень вредными. При высоких температурах даже следовые количества определенных веществ в питательной воде могут за короткое время вызвать серьезное повреждение оборудования и трубопроводов. Проблемные растворенные твердые вещества или взвешенные вещества, кислород, двуокись углерода и органические вещества могут вызвать образование накипи, загрязнение и коррозию. Например:

• Железо может откладываться на внутренних деталях и трубах котла, повреждать последующее оборудование и влиять на качество некоторых производственных процессов.
• Медь может вызывать отложения в турбинах высокого давления, снижая их эффективность и требуя дорогостоящей очистки или замены оборудования.
• Двуокись кремния может привести к очень сильному образованию накипи, особенно в котлах высокого давления.
• Кальций может вызывать образование накипи в нескольких формах в зависимости от химического состава питательной воды котла.
• Магний может прилипать к внутренней части котла и трубам с покрытием, притягивая больше твердых частиц и способствуя образованию накипи, особенно в сочетании с фосфатом.
• Алюминий может откладываться в виде накипи внутри котла и может реагировать с кремнеземом, что еще больше увеличивает вероятность образования накипи.
• Жесткость вызывает отложения и накипь на деталях котла и трубопроводах.
• Растворенные газы, такие как кислород и углекислый газ, могут вызвать сильную коррозию труб и деталей котла.

Наиболее распространенным типом коррозии является точечная коррозия из-за растворенного кислорода. Это характеризуется небольшими, но глубокими отверстиями, которые проникают в стенки трубы и в конечном итоге вызывают отказ. Факторы, влияющие на тяжесть, включают концентрацию растворенного кислорода, рН и температуру. (Связанное чтение:Как эффективно распознавать, предотвращать и лечить точечную коррозию.)

Чтобы предотвратить коррозию, котловая вода должна быть несколько щелочной, а не кислой. Неправильная кислотность и слабощелочная вода могут растворить металл и защитную пленку на металлических поверхностях.

Кислотная атака возникает, если рН падает ниже 8,5. В этом состоянии материалы подвержены истончению поверхности, вызванному травлением. Любая напряженная область будет наиболее уязвима для этого типа атаки.

Разъедание щелочью происходит, если pH выше 12,9, и часто встречается при высоких температурах в котлах, обработанных фосфатами. Отложения в зонах высокой теплопередачи могут сдирать пленку магнетита с основного материала.

Перенос пены

Перенос пены возникает из-за слишком высокой концентрации обычных примесей в котле, чрезмерной обработки химическими веществами или случайного попадания органических веществ (жира или масла) в питательную воду котла или возврат конденсата. Пена внутри котла легко вытесняется из выхода пара котла и может привести к серьезным повреждениям. Примерами могут служить гидравлический удар в паропроводе, эрозия паропровода и низкий уровень воды в котле.

Рисунок 1. Видео, описывающее работу котла.

Системы очистки питательной воды котлов

Система очистки питательной воды котла состоит из нескольких отдельных технологий, направленных на приведение питательной воды в соответствие с требованиями конкретного котла. Система очистки состоит из компонентов, необходимых для удаления примесей, которые всегда присутствуют независимо от источника. Базовая система очистки питательной воды котла обычно включает коагуляцию, фильтрацию, ионный обмен, удаление щелочи, деаэрацию и мембранные процессы, такие как обратный осмос. Эти компоненты описаны в следующих разделах. (Связанное чтение:Как избежать коррозии на основе хелата в трубе котловой воды.)

Коагуляция и химическое осаждение

После того, как все крупные объекты удалены из исходного источника воды, в реакционный резервуар добавляются различные химические вещества для удаления сыпучих взвешенных твердых частиц и других различных загрязняющих веществ. Этот процесс начинается с набора смесительных реакторов, которые обычно представляют собой один или два реактора, в которые добавляют определенные химические вещества для удаления всех более мелких частиц из воды путем объединения их в более тяжелые частицы посредством коагуляции, которые в конечном итоге осаждаются и оседают.

Фильтрация и ультрафильтрация

Следующим шагом обычно является фильтрация воды для удаления любых взвешенных частиц, таких как осадок, мутность и некоторые типы органических веществ. Часто бывает полезно сделать это на ранней стадии процесса, поскольку удаление взвешенных твердых частиц на входе может помочь защитить мембраны и ионообменные смолы от загрязнения на более поздних этапах процесса предварительной обработки.

Ионообменное умягчение

Смягчающая смола может использоваться для устранения высокой жесткости, содержащей бикарбонаты, сульфаты, хлориды или нитраты. В этой процедуре используется сильнокислотный катионообменный процесс, при котором смола заряжается ионом натрия. Жесткая вода проходит через умягчитель, а кальций и магний меняются местами с ионами натрия. Ионы натрия удерживаются свободно и легко заменяются ионами кальция и магния. Во время этого процесса в воду выделяются «свободные» ионы натрия.

Деалкализация

Удаление щелочи может снизить щелочность или pH, которые являются примесями, вызывающими пенообразование, коррозию и охрупчивание. Декальцинация хлоридом натрия использует сильную анионообменную смолу для замены бикарбонатов, сульфатов и нитратов на анионы хлора.

Обратный осмос и нанофильтрация

Обратный осмос (RO) и нанофильтрация (NF) пропускают воду под давлением через полупроницаемые мембраны, улавливая загрязняющие вещества, такие как бактерии, соли, органические вещества, диоксид кремния и жесткость, пропуская при этом концентрированную очищенную воду. Эти фильтрующие установки используются в основном с котлами высокого давления, где необходимо поддерживать крайне низкую концентрацию взвешенных и растворенных твердых частиц.

Деаэрация или дегазация

Возвращаемый конденсат смешивается с очищенной подпиточной водой и поступает в процесс деаэрации или дегазации. Любые следы кислорода и двуокиси углерода могут быть чрезвычайно агрессивными для котельного оборудования и трубопроводов. Следовательно, удаление этих газов до приемлемого уровня необходимо для максимального увеличения срока службы и безопасности котельной системы. Существует несколько типов деаэрационных устройств различной конфигурации, но наиболее распространенными типами являются деаэраторы тарельчатого или распылительного типа для дегазации или поглотители кислорода.

Котлы высокого и низкого давления

Требования к качеству питательной воды зависят от давления и расхода. При определенном давлении существует максимальный уровень загрязняющих веществ, и по мере увеличения давления он становится более важным для тщательной очистки воды, которая дает воду более высокого качества.

Котлы низкого давления (600 фунтов на квадратный дюйм и ниже) и вода с низким общим содержанием растворенных твердых веществ (TDS) обычно требуют только простой фильтрации и умягчения воды. В зависимости от химического состава воды или повышения давления может потребоваться декальцинатор.

Котлы высокого давления (600 фунтов на квадратный дюйм и выше) обычно требуют определенного типа деминерализации, ионного обмена или многослойных или смешанных полирующих устройств на основе смолы. Обратный осмос, используемый в сочетании с технологией полировки, очень популярен там, где требуется вода чрезвычайно высокой чистоты.

Тестирование и контроль качества питательной воды

Предотвращение и минимизация коррозионных процессов в котлах очень важны в теплоэнергетике. Качество питательной воды следует поддерживать на уровне, соответствующем проектным стандартам, с последующим отслеживанием любых колебаний измеряемых параметров. Существуют чувствительные онлайн и автономные аналитические инструменты, которые можно использовать для измерения ключевых диагностических параметров, имеющих решающее значение для безопасности и производительности котла.

Знание соотношения качества источника питательной воды и качества воды, необходимого для конкретного котла, имеет важное значение, поскольку неправильная очистка воды может привести к образованию накипи, коррозии и загрязнению котла и последующего оборудования.