Мастер-Ватт

Технологии и оборудование
для промышленных котельных


Защита конденсатной системы паровых котельных

При эксплуатации систем паровых котлов одной из главных задач - максимальное повышение энергетического кпд и надежности парового котла, а также сведение к минимуму незапланированных простоев, обусловленных  проблемами, связанными с водой.

УВЕЛИЧЕНИЕ ОБЪЕМОВ ВОЗВРАТА КОНДЕНСАТА
Одним из методов является увеличение объемов возврата конденсата. Возвратный конденсат, т.е. сконденсировавшийся пар, отличается высокой степенью чистоты и высоким теплосодержанием. Увеличение объема возвратного конденсата может способствовать улучшению экономических показателей системы паровых котлов за счет экономии воды и энергии.

Чем больше возврат конденсата, тем меньше требуется подпиточной воды, в результате чего возможна не только экономия вод, но и значительное снижение издержек на обработку подпиточной воды. Высокая степень чистоты конденсата позволяет увеличить коэффициент упаривания в паровом котле до получения определенной концентрации и, следовательно, снизить потери воды и энергии на частичный отвод концентрированной воды из системы (продувки).

Высокое теплосодержание конденсата может обеспечить значительную экономию энергии. Коррозия в системах конденсации пара приводит к снижению качества и ограничению объема возвратного конденсата, поскольку продукты коррозии, железо и медь, могут осаждаться на теплопередающих поверхностях паровых котлов. В результате снижается кпд теплопередачи и может произойти забивка труб.
 
Борьба с коррозией в системах конденсата необходима не только для защиты оборудования, трубопроводов и емкостей, но и для того, чтобы иметь возможность использовать конденсат в качестве источника подпиточной воды высокого качества. Коррозия в системах конденсации пара может привести к увеличению издержек на техобслуживание и ремонт, на замену оборудования, привести к потерям энергии за счет утечек пара и также снижению кпд теплопередачи.

ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ КОРРОЗИИ В СИСТЕМАХ КОНДЕНСАТА
Коррозия в системах конденсата обусловлена наличием в водяном паре газов, которые растворяются в конденсате с образованием агрессивного раствора. Можно выделить три газа, которые обычно присутствуют в системах конденсации пара: кислород, двуокись углерода и аммиак.

Двуокись углерода и кислород являются наиболее агрессивными по отношению к сплавам на основе железа, в то время как кислород и аммиак - по отношению к меди и медным сплавам. Присутствие в системе только двуокиси углерода или только кислорода уже может привести к возникновению коррозии; поэтому в присутствии двух газов одновременно скорость коррозии значительно повышается (на 10-40% быстрее по сравнению с суммой скоростей коррозии в случае присутствия в системе какого-либо одного из этих газов)

ИСТОЧНИКИ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА
Основной источник двуокиси углерода в водяном паре - разрушение бикарбонатов и карбонатов, имеющих щелочные свойства, в питательной воде парового котла.

1. 2NaHCO3 → Na2HCO3+CO2+H2O

2. Na2HCO3  + H2O → NaОH+CO2

Первая реакция протекает полностью на 100%. Вторая реакция протекает примерно на 80%. Высвобожденный СО2 уноситься паром в систему конденсата. Становиться очевидным, что из питательной воды с высокой щелочностью  образуется в высокой степени коррозионно агрессивный конденсат.

РЕАКЦИЯ С УЧАСТИЕМ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА
Двуокись углерода не является опасной для систем конденсата до тех пор, пока она не раствориться в конденсате. Растворяясь в конденсате, двуокись углерода образует угольную кислоту. 

СО2 + Н2О  ↔  Н2СО3  ↔  Н+ +НСО3

Поскольку степень чистоты конденсата очень высокая, то даже очень небольшого количества угольной кислоты достаточно, чтобы значительно снизить рН и повысить коррозионную агрессивность конденсата. Скорость коррозии повышается с повышением температуры.



Так как конденсат горячий, то это делает его еще более агрессивным по отношению к металлическим поверхностям. Кислотная коррозия под действием угольной кислоты характеризуется разрушениями металлических поверхностей сглаживающего характера. 

МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА
Содержание двуокиси углерода в питательной воде можно снизить за счет снижения ее щелочности. В этих целях при хорошо налаженном контроле можно использовать технологии известкового умягчения, снижение щелочности, деминерализации или дегазации.

Хотя щелочность питательной воды может быть уменьшена, однако определенная  ее щелочность необходима для поддержания соответствующего  уровня щелочности котловой воды. Следовательно, СО2 всегда будет присутствовать в паре. Для нейтрализации угольной кислоты и повышения рН конденсата в систему вводятся нейтрализующие амины. В систему также могут вводиться и пленкообразующие амины для создания защитной пленки на металлических поверхностях оборудования и труб. 

ИСТОЧНИКИ КИСЛОРОДА
Кислород всегда присутствует в большинстве источников подпиточной воды и его, как правило, удаляют до парового котла механическими и термическими способами. Если кислород не был удален, то он подвергнется мгновенному испарению вместе с водяным паром и таким образом попадет в систему конденсата. Однако основной источник кислорода в таким системах - это его подсос самой системой конденсата.

Воздух (кислород) может проникнуть в систему конденсата, главным образом через воздушники приемных резервуаров, сальники вакуумных насосов, клапаны в случае их неправильного техобслуживания, узлы, работающие под вакуумом или периодически создающие вакуум по мере охлаждения оборудования.

Кислород и двуокись углерода, попадающие в систему конденсации пара таким образом, могут  вызвать сильную коррозию. Несмотря на то, что существуют разнообразные химические методы решения таких проблем, более предпочтительным способом решения проблем попадания воздуха в систему конденсата является ремонт проблемных участков системы.

РЕАКЦИЯ С УЧАСТИЕМ КИСЛОРОДА
Как и в системе предварительного  испарения, кислород, растворившийся в конденсате, вступает в реакцию с металлическими поверхностями с возникновением коррозии и образованием отложений FeO, FeO2 Fe3O4. С повышением температуры скорость коррозии также повышается.

Как правил, кислород присутствует в системе вместе с двуокисью углерода. При рН < 6,0 коррозия под действием двух газов характеризуется общими потерями металла, шероховатостью металлических поверхностей, а также наличием отдельных язв. При более высоком рН признаки питтинговой коррозии становятся более очевидными.

МЕТОДЫ БОРЬБЫ С КОРРОЗИЕЙ ПОД ДЕЙСТВИЕМ КИСЛОРОДА
Если имеется попадание кислорода в систему конденсации пара, то необходимо немедленно выявить и устранить источник такого попадания. Для защиты металлических поверхностей в систему могут быть введены пленкообразующие амины, однако при этом необходимо держать под постоянным контролем рН и их дозировку. Можно также использовать летучие поглотители растворенного кислорода / пассивирующие агенты (металлы); однако для того, чтобы произошла пассивация значение рН должно поддерживаться выше 8,3.

ИСТОЧНИКИ АММИАКА
Аммиак может присутствовать в некоторых источниках воды или может образовываться вследствие разрушения добавок, например, гидразина, вводимых в котловую воду.

РЕАКЦИЯ С УЧАСТИЕМ АММИАКА
Аммиак, отличающийся высокой летучестью, неравномерно распределяется в системе конденсации пара, в результате чего рН конденсата повышается только на определенных участках системы. При недостаточном числе точек отбора проб конденсата может создаться ошибочное впечатление, что защита от коррозии предусмотрена для всей системы. При рН > 9,2 коррозия меди и медных сплавов становиться очевидной. Особенно опасным для меди является совместное воздействие аммиака и кислорода. Такая коррозия еще более усиливается при рН < 8,5 и рН > 9,2

ПРОГРАММЫ ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Нейтрализующие амины -  это азотосодержащие смеси, которые вводятся в паровые системы для нейтрализации угольной кислоты и повышения рН конденсата. Нейтрализующие амины не гарантируют никакой защиты от коррозии под действием кислорода и. следовательно, их применение должно ограничиваться теми системами, в которых нет проблем, связанных с попаданием кислорода. Программы с использованием нейтрализующих аминов являются наиболее эффективными, когда амины вводятся для поддержания значения рН в пределах от 8,5 до 9,0. При таких значениях рН защита от коррозии усиливается, поскольку при рН > 8,3 СО2 не существует. В этих пределах рН возможна максимальная защита от коррозии меди и медных сплавов.

Нейтрализующие амины вводятся в систему в количестве, прямо пропорциональном содержанию двуокиси углерода в водяном паре. Следовательно, при высокой щелочности питательной воды в системе, где возможно образование СО2, для нейтрализации угольной кислоты нейтрализующие амины могут потребоваться в большом количестве (в таких случаях необходимо использовать пленкообразующие амины). Нейтрализующие амины характеризуются определенной летучестью (испаряемостью), способность к нейтрализации кислот и основностью.
 


 

ДОПОЛНИТЕЛЬНО ПОСМОТРЕТЬ

ПАРОВЫЕ КОТЕЛЬНЫЕ СРЕДНЕГО ДАВЛЕНИЯ
П
РИМЕНЕНИЕ В СХЕМЕ ПАРОВОГО КОЛЛЕКТОРА (ГРЕБЕНКА)