Оптимизация технологий применения реагентов марки АМИНАТ для коррекционных режимов паровых котлов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оптимизация технологий применения реагентов марки АМИНАТ для коррекционных режимов паровых котлов

Гусева О.В., к.т.н., ООО «НПФ Траверс», Москва

В последние годы на отечественных промышленных котельных вводятся в эксплуатацию змеевиковые прямоточные паровые котлы, поставляемые в основном зарубежными компаниями. К наиболее распространенным маркам змеевиковых котлов относятся котлы Booster (Южная Корея), Steamrator (Финляндия), Garioni Naval (Италия), LOOS (Германия), AMELIN (Канада). Широкому внедрению этих котлов способствовали их преимущества: пар генерируется через несколько минут после включения котла, экономный расход топлива, малые габариты, простота эксплуатации и технического обслуживания т.п.

В отличие от барабанных котлов в змеевиковых паровых котлах нагрев и испарение воды осуществляется за один проход среды по тракту. Образующаяся в змеевиках пароводяная смесь поступает в сепаратор, после которого пар идет к потребителю, а отсепарированный конденсат либо сбрасывается, либо возвращается в питательный бак. Количество сбрасываемого конденсата зависит от требований к качеству пара и в первую очередь к его влажности.

При этом примеси поступающие с питательной водой не могут быть выведены из котла с продувкой части котловой воды. Поэтому часть примесей может осаждаться на внутренней поверхности труб, а часть уносится с паром. В связи с этим требования к качеству питательной воды должны быть более жесткими.

В первую очередь качество питательной воды зависит от схемы водоподготовительной установки (ВПУ). В настоящее время самой распространенной схемой является двух - ступенчатое натрий - катионирование. Однако для вод с высокой минерализацией и высокой щелочностью (или концентрацией сульфат-ионов) возникает опасность выпадения солей жесткости на трубках змеевиков даже при предварительном умягчении воды. Поэтому для таких вод оптимальной схемой ВПУ для змеевиковых котлов является установка обратного осмоса. Однако в случае если на поверхности труб змеевиков все же образуется накипь необходимо организовать коррекционную обработку питательной воды котлов.

Для предотвращения накипеобразования на поверхностях нагрева прямоточных котлов, обрастания и забивания труб специалистами ООО «НПФ Траверс» разработан реагент АМИНАТ КО-3П. Данный реагент обеспечивает полное отсутствие шлама, переводя все примеси в растворенное состояние. Помимо предотвращения образования солей жесткости реагент также растворяет продукты коррозии и приводит к образованию защитной пленки на поверхностях труб змеевика.

Необходимая доза АМИНАТа КО-3п рассчитывается на основании данных по качеству питательной воды D =f(Ж,Fe) (жесткости и содержания железа). Однако следует учитывать, что передозированка реагента может привести к возникновению очагов коррозионного поражения. Поэтому определение оптимальной дозы должны проходить при постепенном увеличении дозы АМИНАТа КО-3п с минимального значения, рассчитанного по значению жесткости. Увеличение дозы реагента для растворения продуктов коррозии должно осуществляться только после проведения мероприятий по предотвращению процессов коррозии.

Основными факторами, определяющими протекание процессов коррозии, является растворенные в воде кислород и углекислота, для удаления которых в схемах подготовки питательной воды паровых котлов предназначены деаэраторы. Однако для змеевиковых прямоточных котлов установка деаэратора часто не предусмотрена, а предусмотрено только частичное удаление агрессивных газов из воды в питательном баке. При этом глубина удаления агрессивных газов зависит от температуры нагрева питательной воды. Поэтому необходимо также предусмотреть коррекционную обработку с целью дообескислороживания питательной воды (реагент АМИНАТ КО-2).

Другим источником поступления продуктов коррозии в питательную воду может являться конденсат паро - конденсатного тракта. Причиной протекания процессов коррозии в паро-конденсатном тракте является углекислота, образующаяся в результате гидролиза и разложения бикарбонат - ионов при кипении котловой воды:

СО32- + Н2О = НСО3- + ОН-

2НСО3- = СО32- + СО2 + Н2О

реагент паровой котел

Уносимая с паром углекислота при растворении в конденсате понижает рН и приводит к протеканию коррозии с водородной деполяризацией.

Для защиты пароконденсатного тракта от коррозии необходимо поддерживать рН конденсата в пределах 8,5 -9,5. В настоящее время ООО «НПФ Траверс» разработал реагенты АМИНАТ марки ПК на основе нейтрализующих аминов.

Только после анализа качества питательной воды и проведения мероприятий по предотвращению или ограничению поступления продуктов коррозии должна определяться оптимальная доза реагента АМИНАТа КО-3п.

Учитывая способность компонентов реагента АМИНАТа КО-3п переводить все отложения в растворенную форму и их способность создавать комплексы как с катионами жесткости, так и с железом был разработан реагент АМИНАТ ДМ 50А для отмывки отложений теплопередающих поверхностей барабанных паровых котлов. При этом удаление отложений может осуществляться без останова котла, т.е. отмывка «на ходу».

Условия работы барабанных котлов низкого и среднего давления таковы, что основная задача коррекции их водного режима состоит в предотвращении кальциевого накипеобразования. Фосфатирование является наиболее распространенным методом, надежно переводящим кальциевые соединения в шлам - гидроксилапатит, выводимый с продувкой. Однако при этом на внутренних поверхностях экранных труб котлов все же образуются железофосфатные и железоокисные отложения, которые приходится удалять периодическими химическими очистками. Проблема вторичного образования железоокисных отложений остро встает в случае поступления продуктов коррозии с возвратным конденсатом.

Учитывая выше изложенное, для отмывки теплообменных поверхностей котлов нами предлагается периодический переход с режима фосфатирования на дозирование реагента АМИНАТ ДМ 50А. При этом продолжительность отмывки «на ходу» может продолжаться 2-4 недели с увеличенной продувкой в этот период.

Таким образом, предлагаемая отмывка «на ходу» имеет следующие преимущества:

- отмывка проводится без останова работы котлов;

- реагент не агрессивен к поверхности металла;

- образует защитную пленку на поверхности металла;

- не ограничена продолжительность отмывки;

- эффективно удаляет отложения всех типов (соли жесткости, соединения железа, меди и т.п.)

- для дозирования можно использовать линии ввода других реагентов (например, фосфатов);

- отложения удаляются в основном в растворенном виде.

Перечисленные выше преимущества отмывки «на ходу» имеют еще большее значение в тех случаях, когда отложения неравномерны и находятся в трудноудаляемых местах.

Разработанная специалистами ООО «НПФ Траверс» технология отмывки «на ходу» была внедрена для отмывки паровых котлов предприятия ЗАО «Завода электроизоляционных материалов - Элинар» (г. Нарофоминск Моск. обл.).

Для обеспечения технологических нужд и системы отопления ЗАО «Завода электроизоляционных материалов - Элинар» предназначена производственная котельная. В котельной установлено три паровых котла марки ДКВР 10-13, один из которых работает в водогрейном режиме, и три паровых котла марки ДЕ 16-14. Пар, вырабатываемый котлами, поступает на технологические нужды в цеха предприятия и в бойлеры и теплообменники системы теплоснабжения.

Добавочная вода для подпитки котлов проходит обработку на водоподготовительной установке (ВПУ) по схеме двух-ступенчатого натрий -катионирования. После ВПУ умягченная вода поступает в конденсатный бак. В конденсатный бак по двум основным коллекторам возвращается также конденсат с производства и конденсат системы отопления.

Смесь умягченной воды и конденсата из конденсатного бака направляется на керамзитовые фильтры с целью удаления продуктов коррозии и поступает в деаэратор атмосферного типа ДСА-50, а затем на подпитку паровых котлов. Из конденсатного бака осуществляется также подпитка закрытого контура теплосети. При этом подпиточная вода теплосети не проходит этап деаэрирования.

Основной проблемой при эксплуатации паровых котлов являлась коррозия паро - конденсатного тракта, что привело к значительному образованию отложений продуктов коррозии на теплопередающих поверхностях котлов и к замене экономайзеров котлов. В составе отложений определялись также соединения солей жесткости (карбоната кальция), что было вызвано периодическим повышением жесткости в возвращаемом конденсате.

С целью обеспечения безнакипного режима работы котлов и ограничения процессов коррозии в котельной ЗАО «ЗЭИМ ЭЛИНАР» в конце 2005 года был внедрен коррекционный ВХР паровых котлов с использованием реагентов марки АМИНАТ. Для предотвращения отложений солей жесткости дозируется реагент АМИНАТ КО-3 на основе неорганических фосфатов.

С целью предотвращения углекислотной коррозии пароконденсатного тракта котлов было отлажено дозирование реагента АМИНАТа ПК-1 на основе летучих аминов. Использование АМИНАТа ПК-1 позволило повысить значение рН конденсата с 5,5 -6,0 до 8,5-9,5, а содержание железа в возвращаемом конденсате и котловой воде снизилось в 5-10 раз.

Реагенты АМИНАТ КО-3 и АМИНАТ ПК-1совместимы, поэтому для обеспечения требуемых доз реагентов использовался один комплекс пропорционального дозирования. Точка ввода реагентов была организована в питательную воду котлов после деаэратора на всас питательных насосов. В результате внедрения коррекционного ВХР котлов образование новых отложений на поверхностях нагрева практически прекратилось. Однако наличие старых отложений снижало надежность эксплуатации оборудования и эффективность работы котлов.

В период эксплуатации паровых котлов неоднократно проводились как кислотные, так и водные (гидродинамические) промывки для удаления отложений.

Для кислотных отмывок ранее использовалась ингибированнная соляная кислота, которая наряду с преимуществами (доступностью, дешевизной, интенсивностью воздействия и др.) имеет и серьезные недостатки. К их числу относятся:

- агрессивность воздействия, в результате которой наряду с удалением окислов железа травится и чистый металл;

- в отмывочном растворе соединения железа содержатся в основном в виде крупной взвеси с возможностью ее повторного осаждения и даже закупоркой труб;

- необходимость монтажа и последующего демонтажа специальных промывочных схем с установкой циркуляционных насосов в кислотоупорном исполнении;

- необходимость нейтрализации сбросных вод;

- требования обеспечения соответствующей техники безопасности.

Применение соляной кислоты приводило к неравномерному и частичному удалению отложений. Отложения были плотные и слоистые с высокой степени адгезии к поверхности, поэтому и гидродинамические очистки котлов практически не дали положительных результатов

Учитывая прочность сцепления и локальный характер отложений, оставшихся после проведенных ранее отмывок на поверхностях, было рассмотрено предложение специалистов ООО «НПФ Траверс» по применению технологии очистки «на ходу» с использованием реагента АМИНАТ ДМ-50А.

Продолжительность первой отмывки с использованием АМИНАТа ДМ-50А составляла 1 неделю. Перед началом отмывки дозирование фосфатов было прекращено. В рабочей емкости готовился рабочий раствор смеси реагентов АМИНАТа ПК-1 и АМИНАТа ДМ-50А. Перед отмывкой отмываемый котел (№ 6) вскрывался и осматривался. В ходе отмывки «на ходу» ежесуточно отбирались пробы котловой воды с продувкой котла, расход которой увеличивали на период отмывки до 15-20%.

Эффективность отмывки оценивалась по содержанию железа в котловой воде. В котловой воде определялось общее содержание железа, включающее соединения комплексов железа с компонентами реагента и нерастворимые продукты коррозии. Отдельно определялось содержание соединений железа не связанных в комплексы, т.е. содержание нерастворенных продуктов коррозии. Результаты определений приведены на рис.1.

Как видно из рисунка характер изменения соединений общего железа и нерастворенных продуктов коррозии одинаков. Содержание общего железа в котловой воде резко возрастает на вторые сутки и сохраняется на максимальном уровне в течение 4 -5-ти суток, а к концу седьмых - восьми суток снизилось до исходного значения. При этом кривая 2 показывает, что максимальное растворение и вынос нерастворимых отложений также максимальный происходил на третьи - четвертые сутки.

Необходимо отметить, что содержание свободных не связанных (нерастворенных) компонентов АМИНАТа ДМ-50А имеет такой же характер. Таким образом, увеличение содержание реагента в котловой воде приводило к переводу отложений в растворенное состояние и одновременное подтравливание с поверхности отложений. А затем происходило взаимодействие компонентов реагента с поверхностью металла и образованию защитной пленки.

На основании полученных результатов было решено через месяц провести более продолжительную повторную отмывку в течении 2-х недель. При этом технология отмывки была несколько изменена - через каждые 3-4 дня доза реагента АМИНАТа ДМ-50А незначительно увеличивалась - примерно на 10%.от предыдущего значения. Результаты данной отмывки приведены на рис.2. Как видно из рисунка данная технология позволила удалить большое количество отложений в растворенном виде. Этот уровень отмывки поддерживался постоянным уровнем свободного реагента - около 40 мг/л, который обеспечивал как растворение отложений, так и образование защитной пленки на отмываемых поверхностях.

Осмотр поверхностей котла после окончания отмывки показал, что отложения стали более рыхлыми и удалялись послойно, при этом полного удаления отложений получить не удалось. Несмотря на это наблюдалось понижение температуры уходящих газов после включения котлов в нормальный режим, что свидетельствовало об эффективности проведенной отмывки. Необходимо также отметить, что теплообменные поверхности не покрытые отложениями приобрели ровный защитный слой.

В апреле-мае 2009 года была проведена очередная отмывка «на ходу» котла №6. Отмывка «на ходу» проводилась в течение двух недель. При этом в ходе отмывки также увеличивали дозу АМИНАТа ДМ-50А (через пять и четыре дня). Состав реагента АМИНАТа ДМ-50А был скорректирован за счет добавления эффективного диспергатора. Результаты отмывки приведены на рис.3.

Как видно из рисунка, количество железа, удаляемого в первые дни с продувкой практически в два раза больше, чем в предыдущее две отмывки. Однако, несмотря на увеличение дозы АМИНАТа ДМ-50А в ходе отмывки содержание железа в продувке постоянно уменьшалось, что свидетельствовало о снижении эффективности отмывки.

Эффективность отмывки в первые дни обусловлена, очевидно, добавлением в состав реагента диспергатора. Общий же характер зависимости количества соединений железа в продувке в ходе отмывки обусловлен изменением режима работы котла. В отличие от предыдущих отмывок, в связи с пониженными нагрузками котельной, в течение отмывки котел переводился на ночь в режим горячего резерва. Дозирование реагентов в этот период прекращалось.

Растворение отложений при дозировании отмывочного реагента является суммой двух процессов - непосредственно химической реакцией и подводом реагента к поверхности. Так как в период останова котла реагенты не дозировались, не было подпитки и продувки котла - эффективность самой отмывки также снижалась.

Таким образом, проведенные испытания показали эффективность технологии отмывки «на ходу» с использованием реагента АМИНАТа ДМ-50А. Самое главное преимущество предложенной технологии - эффективное удаление отложений с поверхностей при работе паровых котлов в эксплуатационном режиме.

Размещено на Allbest.ru