Расчёт дозировок химических реагентов

Тринатрийфосфат дозируется в таких количествах, при которых после взаимодействия его с накипеобразователями, поступающими в котёл с питательной водой, в котловой воде постоянно поддерживается заданное количества фосфатов.

Расчёт дозировок тринатрийфосфата Т,г, производится по следующим формулам:

при полной смене воды в котле:

Т=(31,7Ж+Ф₀)∙4V, (2.3.1)

где 31,7 – количество фосфатов необходимое для осаждения солей жесткости в 1 т воды, жёсткость которой равна 1 мг-экв/дм³;

Ж – жёсткость общая питательной воды, мг-экв/дм³;

Ф₀– заданная норма фосфатного числа, мг/дм³;

4 – переводной коэффициент фосфатов РО₄^-3 в тринатрийфосфат;

V – водяной объём парового котла, м³.

В период эксплуатации:

Т= 24 Д∙127Ж+4V(Ф₀-Ф₁), (2.3.2)

где 24 – число часов в сутках;

Д – фактическаяпаропроизводительность котла, т/ч

127 – количество тринатрийфосфата, необходимое для осаждения солей жёсткости в 1 т воды, жёсткость которой равна 1 мг-экв/дм³;

Ф₁- фактическое фосфатное число, определенное анализом, мг/дм³.

Если при анализе котловой воды для расчёта суточной дозировки тринатрийфосфата окажется, что фактическое щелочное число находится ниже 15 мг/дм³, то независимо от полученного результата в котёл необходимо ввести такое количество тринатрийфосфата, которое обеспечит повышение щелочного числа более 15 мг/дм³.

Нитрат натрия дозируется в таких количествах, чтобы в котле постоянно поддерживалось соотношение между ним и щелочью в пределах 0,4-0,5. Расчёт дозировки селитры производится в зависимости от щелочного числа котловой воды по следующей формуле:

С=Vх(Н₀-Н), г, (2.3.3)

где С – дозировка натриевой селитры, г;

Н₀- норма нитратного числа, мг/дм³ (Н₀ = 0,5 щ.ч);

Н – фактическое нитратное число, мг/дм³.

Примеры.

Определение дозировки селитры при первоначальном вводе её в котёл.

Спустя 2 часа после введения тринатрийфосфата определяют щелочное число котловой воды. Допустим, что щелочное число равно 30мг/дм³, тогда Н₀ = 0,5 щ.ч=15 мг/дм³. Дозировка нитрата натрия будет составлять:

С=1х15=15 мг/дм³. (2.3.4)

Определение дозировки селитры в условиях эксплуатации.

По анализу котловой воды получены следующие показатели её качества.

Щелочное число щ.ч.=40 мг/дм³; нитратное число Н=10мг/дм³;водяной объём котла равен V=1 м³. Поскольку щ.ч.=40 мг/дм³, то норма нитратного числа Н₀ = 20 мг/дм³. Тогда дозировка селитры составляет:

С=1х(20-10)=10 г. (2.3.5)

Порядок ввода в котёл реагентов.

Для обеспечения безнакипной работы котлов, качество воды, используемой в котельных установках, должно находиться под постоянным контролем и отвечать требованиям, предъявляемым к качеству питательной и котловой вод. При обнаружении отклонений от установленных норм какого-либо показателя качества воды, должно немедленно корректироваться. Оперативным приёмом регулирования качества котловой воды является изменение дозировки химических реагентов.

Следует избегать случаев срабатывания реагентов в котле до нижнего предела. Особенно важно недопускать срабатывания таких показателей, как фосфатное и щелочное число. Не допускается, во всех случаях введение химических реагентов в котёл с «запасом». Последовательность расчёта дозировок химических реагентов в условиях эксплуатации и ввода их в котёл следующая:

определяется содержание фосфатов, хлоридов и остаточной жёсткости котловой воды; определяется общая жёсткость питательной воды.

Вопросы самопроверки:

1. Когда применяется фосфатно-щелочной режим?

2. Факторы, вызывающие появление щелочной коррозии.

3. Применение фосфатно-нитратного режима.

4. Химические препараты, применяемые при фосфатно-нитратном режиме.

5. Как регулируется показатели качества котловой воды (общее солесодержание, содержание хлоридов, фосфатные числа, щелочные числа и нитратные числа).

Тема 3. Водные режимы предупреждающие образование накипи и коррозии

3.1 Фосфатный режим

Фосфатный режим применяется в водотрубных котлах с давлением выше 6 МПа. При этом режиме показатель рН котловой воды должен поддерживаться на уровне, соответствующем минимальной интенсивности щелочной коррозии (8,2<рН<8,5).

В котёл вводится только тринатрийфосфат и значение рН котловой воды поддерживается в пределах от 8,2 до 8,5, что соответствует минимальным скоростям щелочной коррозии. При этом фосфатное число котловой воды необходимо иметь в пределах 8-15 мг/дм³РО₄^3-.

При низких давлениях, когда в котёл подаётся питательная вода, состоящая из конденсата и добавочной воды – дистиллята испарителей, - можно обеспечить безнакипный режим и защиту котла от кислородной коррозии, вводя в котёл только тринатрийфосфат.

Практика показала, что при неравномерном распределении щелочей в котле необходимо для гарантии поддерживать щелочное число около 30 мг/дм³NaOH.

При гидролизе тринатрийфосфата

Na₃РO₄+H₂O Na₂НРO₄+NaOH (3.1.1)

Щелочь, получаемая при гидролизе тринатрийфосфата, называется связанной. Она не вызывает щелочной коррозии. При упаривании раствора из него начинает выпадать в твёрдую фазу,тринатрийфосфат при этом значение щелочного числа в воде будет оставаться ниже опасного предела. Если соблюдается условие Щ≤0,4 Ф, щелочная коррозия в котле не возникает.

Для соблюдения данного условия и предотвращения кислородной коррозии при фосфатном режиме необходимо поддерживать фосфатное число, равным Ф=70-80 мг/дм³РО₄^3-.

Нормы качества котловой воды

Таблица 3.1.1 – Нормы качества котловой воды

Вода	Показатель качества	Единица измерения	Главные, вспомогательные и утилизационные котлы	Главные котлы (водотрубные) давлением
газотрубные давлением до 2МПа	газоводотрубные и водотрубные давлением до 2МПа	Свыше 2 до 4 МПа	Свыше 4 до 6 МПа	Свыше 6 до 9 МПа
Котловая вода	Общее солесодер-жание	мг/дм3	Не более 13000	Не более 3000	Не более 2000	Не более 300	Не более 250
Хлориды	мг/дм3
Щелочное число	мг/дм3	150-200	150-200	100-150	10-30	10-15
Фосфатное число	мг/дм3	10-30*	10-30*	20-40	30-50	10-20
Нитратное число	мг/дм3	75-100*	75-100*	50-75	5-15	-
Жёсткость остаточная	мг-экв/дм3	Не более 0,4	Не более 0,2	Не более 0,05	Не более 0,02	Не более 0,02

* Для котлов, переведенных на фосфатно-нитратный режим.

Примечание.

1. Нижние пределы щелочных чисел соответствуют более низким значениям общего солесодержания котловой воды.

2. Значение нитратных чисел должна составлять 50 % от фактического щелочного числа.

При фосфатно-нитратном и фосфатном воднохимическихрежимах дозировка тринатрийфосфата регулируется по фосфатному и щелочному числам, определяемым анализом. Дозировка селитры регулируется по нитратному числу, которое поддерживается на уровне 50 % фактического значения щелочного числа, определенного анализом. Нитрат натрия, вводимый в котёл в виде технической натриевой селитры, служит пассиватором и образует на внутренних стенках котла защитную плёнку, предупреждающую развитие межкристаллитной коррозии. Нитрат натрия не вступает в химические реакции с солями котловой воды, поэтому его количество уменьшается только за счёт выноса из котла паром и продувок котла.

Внутрикотловая водообработка должна обеспечивать качество котловой воды в пределах установленных норм которые зависят от применяемого воднохимического режима и типа котла.

Вопросы самопроверки:

1. Фосфатный режим и его применение.

2. По каким показателям регулируется дозировка, тринатрийфосфата при фосфатном и фосфатно-нитратном режимах?

3. В каких пределах поддерживается значения рН при фосфатном режиме.

4. Нормы качества котловой воды при фосфатном режиме.

Тема 4. Особенности коррозии металлобарабанных и
утилизационных котлов

4.1 Общие сведения о коррозии

Коррозией называют самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие физико-химических взаимодействий их с окружающей средой. Коррозия протекает на границе раздела двух фаз: металла и окружающей (коррозионной) среды; различают два типа коррозии: электрохимическую и химическую.

К электрохимической коррозии относят – коррозионные процессы, протекающие в растворах электролитов и сопровождающиеся упорядоченным движением электронов и ионов, т.е. электрическим током. Коррозия, наблюдаемая в парогенераторах, чаще всего является электрохимической.

К химической коррозии относят процессы непосредственного химического взаимодействия металла с агрессивной средой, которые не сопровождаются возникновением электрического тока.

По характеру разрушения металлакоррозия может быть сплошной (общей) и местной. Сплошная коррозия, в свою очередь, делится на равномерную (а), неравномерную (б) и избирательную (селиктивную) (в). При избирательной коррозии разрушается только одна из структурных составляющих металла.

Местная коррозия может развиваться в виде пятен (г), язв (д), точек (е). Местная коррозия называется межкристаллитной, если она возникает и развивается только по границам кристалла (ж).

Особым видом местной коррозии является коррозионное растрескивание, развивающееся при одновременном воздействии коррозионной среды и растягивающих напряжений (з). Коррозионные трещины в этом случае распространяются по границам зёрен (межкристаллитно) и через тело зерна (транскристаллитно).

Рисунок 4.1.1 – Виды коррозии поверхностей нагрева паровых котлов: а – сплошная равномерная; б – сплошная неравномерная; в – сплошная избирательная; г – пятнами;

д – язвенная; е – точечная; ж – межкристаллитная; з– транскристаллитная

Одним из признаков являются условия их протекания. С этой точки зрения применительно к парогенераторам можно выделить следующие виды коррозии:

- кислородная коррозия в электролитах (коррозия металла при соприкосновении с парогенераторной водой, содержащей кислород);

- стояночная или атмосферная (коррозия во время изготовления или хранения парогенераторов);

- газовая (коррозия под действием продуктов сгорания и перегретого пара);

- коррозия под напряжением (разрушение металла при одновременном воздействии коррозионной среды и механических напряжений).

Кислородная коррозия

Кислородная коррозия возникает при питании парогенератора водой, содержащей кислород. Проявляется эта коррозия в виде язвин и питтингов на трубах. Причиной питтинговой коррозии является двойственное влияние кислорода на коррозионный процесс. С одной стороны, кислород является активным деполяризатором и ускоряет катодный процесс и коррозию в целом. С другой стороны, окисляя металл и образуя окислы, кислород играет роль пассиватора, снижающего скорость коррозии. В результате в присутствии кислорода уменьшается число анодных участков и возрастает площадь катодных участков. Коррозия становится местной, интенсивность её возрастает, разрушения идут, вглубь образуя язвы. Язвенный характер кислородной коррозии делает её особенно опасной.

Наблюдается кислородная коррозия главным образом в экономайзерах. При значительном содержании кислорода в питательной воде (более 0,3 мг/кг) кислородная коррозия может протекать в пароводяном коллекторе и отпускных трубах парогенераторов с естественной циркуляцией.

Величина кислородной коррозии пропорциональна содержанию кислорода в питательной воде.

Подъёмные парообразующие трубы также могут разрушаться вследствие кислородной коррозии. Однако коррозионный процесс в них протекает менее интенсивно и практически мало зависит от содержания кислорода. Это обстоятельство связано с деаэрирующией способностью пара при кипении воды в подъёмных трубах.

Повышение давления и температуры при неизменном содержании кислорода приводит к усилению коррозии. Это связано с возрастанием скорости диффузии кислорода к катодным участкам.

Скорость кислородной коррозии зависит от плотности теплового потока, скорости циркуляции, наличия в воде солей. Если в питательной воде наряду с О₂ содержатся хлориды, то коррозия усиливается. Происходит это потому, что ионы хлора внедряются в защитную окисную пленку и вытесняют кислород. При этом образуется растворимое в воде хлористое железо, что приводит к увеличению площади анодных участков и скорости коррозии.

Щелочная коррозия.

При высокой концентрации щелочи в парогенераторной воде может происходить растворение защитного слоя магнетита Fe₃O₄.

Fe₃O₄+4NaOH→2Na₂FeO₂+Na₂FeO₂+2H₂O (4.2.1)

Образовавшиеся ферриты под действием воды разлагаются:

2Na₂FeO₂+H₂O→2NaOH+Fe₂O₃ (4.2.2)

Кроме того, щелочь при высокой концентрации реагирует непосредственно с железом:

Fe+2NaOH→Na₂FeO₂+H₂ (4.2.3)

Эти реакции объясняют ускорение коррозии труб при высоких значениях рH.

Рисунок 4.2.1 – Изменение скорости коррозии стали в воде при 310°Св зависимости от величины рН, измеренной при 25°С.

В связи с этим содержания щелочи в парогенераторной воде ограничивают 300 мг/кг.

Щелочная коррозия иногда наблюдается на входных участках труб пароперегревателей. Это связано с забросом влаги в пароперегреватель и её упариванием, которое сопровождается резким увеличением концентрации щелочи.

При наличии в парогенераторной воде свободной щелочи может возникнуть коррозия особого вида, известная под названием щелочной хрупкости металла или межкристаллитной коррозии.