Вимоги до якості котлової води

Вода поглинає більше тепла при певному підвищенні температури, ніж будь-яка інша звичайна неорганічна речовина. Вона розширюється в 1600 разів, коли випаровується, утворюючи пару при атмосферному тиску. Пара здатна переносити велику кількість тепла. Ці унікальні властивості води роблять її ідеальною сировиною для процесів опалення та виробництва електроенергії.

Усі природні води містять різну кількість розчинених і зважених речовин і розчинених газів. Кількість розчинених у воді мінералів коливається від 30 г/л у морській воді до будь-якої кількості та від 0,005 до 1500 мг/л у прісній воді. Оскільки домішки води спричиняють проблеми з котлом, слід уважно стежити за якістю води, яка використовується для виробництва пари – вимоги до якості котлової води.

Склад живильної води котла повинен бути таким, щоб домішки в ній не перевищували допустимі межі для конкретної конструкції котла. Якщо живильна вода не відповідає цим вимогам – вимоги до якості котлової води, її необхідно попередньо обробити для видалення домішок. Однак не завжди потрібно повністю видаляти домішки, оскільки хімічна обробка всередині котла може ефективно та економічно протидіяти їм.

Чистота живильної води залежить як від кількості домішок, так і від природи домішок: деякі домішки, такі як твердість, залізо та силікати, викликають більше занепокоєння, ніж, наприклад, солі натрію. Вимоги до чистоти будь-якої живильної води залежать від того, скільки живильної води використовується, а також від того, що може витримувати конкретна конструкція котла (тиск, швидкість теплопередачі тощо). Тому вимоги до чистоти живильної води вимоги до якості котлової води, можуть сильно відрізнятися. Як правило, жаротрубний котел низького тиску може витримувати високу жорсткість живильної води за належної обробки, тоді як у деяких сучасних котлах високого тиску з води необхідно видалити практично всі домішки.

Можна надати лише відносно широкі діапазони максимальних рівнів лугів, солі, кремнезему, фосфатів тощо щодо робочого тиску. Фактичні максимальні рівні необхідно отримати від виробника котла, який базуватиме їх на характеристиках даного котла.

Важливість хімії котлової води та пари – вимоги до якості котлової води

Чистота пари

Вимоги до чистоти або хімічного складу пари можуть бути такими ж простими, як максимальний вміст вологи, або можуть включати максимальні концентрації для різноманітних хімічних речовин. Часто для пари з будівельними або технологічними нагрівачами низького тиску вказується лише максимальний вміст вологи. Це може бути 0,5% або 0,1%. І навпаки, деякі виробники турбін вказують максимальну провідність катіонів парового конденсату, pH і максимальні концентрації для загальної кількості розчинених твердих речовин, натрію та калію, силікатів, заліза та міді. Загальна кількість розчинених твердих речовин у турбінній парі повинна бути менше 0,050 ppm, а в деяких випадках менше 0,030 ppm. Межі для окремих видів можуть бути навіть нижчими. Якщо пара має бути перегріта, необхідно ввести максимальну межу розчинених у парі твердих речовин, щоб уникнути надмірного осадження та корозії пароперегрівача. Ця межа зазвичай становить 0,100 ppm або менше. Навіть якщо застосування не вимагає вимог до чистоти пари, концентрації розчинених твердих речовин менше 1,0 ppm рекомендуються при тиску до 600 psig (4,1 МПа), менше 0,5 ppm при 600-1000 psig (4,1-6,9 МПа) і менше ніж 0,1 ppm вище 1000 psig (6,9 МПа).

Утворення піни або надмірне розбризкування над лінією води в барабані може спричинити надмірне винесення вологи, а отже, надмірну концентрацію домішок пари. Поширеними причинами піноутворення є надмірна кількість твердих речовин або лужності, а також наявність органічних речовин, таких як нафта. Утримання розчинених твердих речовин нижче концентрації, яка спричиняє піноутворення, потребує безперервної або періодичної продувки котла. Висока лужність котлової води збільшує потенціал піноутворення, особливо за наявності зважених речовин.

Якщо хімічна речовина досить летюча, вона також переноситься у вигляді пари в пару. Загальний перенос – це сума механічного та пароподібного переносу. Пароподібний перенос залежить від розчинності в парі та різний для кожного хімічного виду. Для більшості розчинених твердих речовин, які містяться в котловій воді, це незначно в порівнянні з механічним винесенням при тиску менше 2000 psig (13,8 МПа). Винятком є діоксид кремнію, для якого пароподібне винесення може бути значним при нижчому тиску. Винос пари залежить від тиску та хімічного складу котлової води. На це не впливає конструкція котла. Отже, якщо пароподібний перенос для певного виду є надмірним, його можна зменшити, лише змінивши хімічний склад котлової води. Конструкція котла впливає лише на механічне перенесення. Невзаємодіючі гази, такі як азот, аргон і кисень, майже повністю переносяться з парою, не маючи ніякого відношення до переносу вологи.

Надмірна концентрація домішок пари також може бути спричинена хімічним складом живильної та котлової води, який сприяє утворенню летючих речовин. Перенесення леткого силікату може бути проблематичним при тиску вище 1000 psig (6,9 МПа). Перенесення пароподібного силікату при pH 10,0 становить 88% від такого при pH 8,8. Перенесення пароподібного силікатуу при pH 11,0 становить 74% від такого при рН 8,8. Єдиним ефективним методом запобігання надмірному виносу силікату чи інших парів є зменшення концентрації котлової води. Іншим поширеним джерелом надлишкових домішок у парі є недостатня чистота охолоджуваної води. Усі забруднення, що містяться у розпилюваній воді, потрапляють безпосередньо в пару.

Відбір і аналіз проб води для котлів

Ефективний відбір проб є ключовим елементом у контролі хімічного складу води та пари. Це включає отримання репрезентативних зразків, запобігання забрудненню зразків і запобігання втраті зразків, які будуть аналізуватись.

Загалом лінії відбору зразків мають бути якомога коротшими та виготовленими з нержавіючої сталі, за винятком випадків, коли умови вимагають інше. Зразки слід отримувати з безперервного потоку води. Час між відбором проби та аналізом має бути якомога коротшим. Зразки слід швидко охолодити до 100F (38C), щоб уникнути зміни показників. Форсунки та лінії для відбору зразків повинні забезпечувати ізокінетичну швидкість зразка та підтримувати постійні високі швидкості води (мінімум 6 футів/с [1,8 м/с]), щоб уникнути втрати показників. 

Скрізь, де це можливо, онлайн-моніторинг слід розглядати як альтернативу взяттю зразків. Це надає дані в режимі реального часу, дозволяє стежити за тенденціями та надає записані дані. Однак онлайн-монітори вимагають калібрування, обслуговування та перевірки за допомогою взятих зразків або онлайн-синтезованих стандартних зразків для забезпечення надійності.

Адекватний контроль хімічного складу води залежить від здатності операторів котельні постійно вимірювати задані параметри. Отже, офіційні програми забезпечення якості повинні використовуватися для кількісного визначення та відстеження точності та упередженості вимірювань. Повинні бути розроблені детальні процедури, які охоплюють структуру лабораторії, навчання, стандартизацію, калібрування, збір/зберігання/аналіз зразків, звітність, записи про технічне обслуговування та процедури коригувальних дій.

Контроль чистоти води в котлі

Оскільки локальна концентрація домішок котлової води та хімікатів для обробки є властивою для виробництва пари, хімічний склад води  необхідно контролювати згідно – вимоги до якості котлової води, щоб концентрати не стали корозійними. Як приклад, корозія під час роботи котла часто спричинена концентрацією гідроксиду натрію, концентрацією їдких солей, таких як карбонат натрію, або концентрацією кислотоутворюючих солей, таких як хлорид чи сульфат магнію. Ефективна обробка живильної води разом із технічним контролем мінімізує корозію, зводячи до мінімуму потрапляння цих домішок у котел.

Вуглекислий газ від витоку повітря та від розкладання карбонатів і органічних сполук має тенденцію підкислювати живильну воду та конденсат пари. Необхідно також контролювати розчинений кисень у системі котла. У більшості робочих умов кисень є особливо корозійним, оскільки він сприяє окисленню заліза, міді та інших металів з утворенням розчинних іонів металів. При вищих температурах кисень гірше розчиняється у воді, але швидкість хімічної реакції збільшується. Поєднання кисню та залишкового хлору є особливо корозійним. Однак у системах з надчистою водою, таких як використовуються для високотискових котлів, контрольоване додавання кисню під час роботи є корисним, оскільки воно зменшує перенесення продуктів корозії до котла та, відповідно, зменшує швидкість осадження в котлі.

Перенесення домішок з котлової води в пару також властиве роботі котла. Хоча сепараційні пристрої в барабанних котлах видаляють більшість крапель води, які переносяться парою, деякі залишкові краплі, що містять невелику кількість розчинених твердих речовин, завжди переносяться разом з парою. Крім того, при більш високому тиску є деякий винос пари. Надлишок домішок може пошкодити пароперегрівачі, парові турбіни або наступне технологічне обладнання.

Живильна вода котла

Для підтримки цілісності та продуктивності котла, а також для отримання пари відповідної турбінної або технологічної чистоти живильна вода котла повинна бути очищена та хімічно кондиціонована. Кількість і характер домішок живильної води, які можуть бути прийняті, залежать від робочого тиску котла, конструкції котла, вимог до чистоти пари, типу внутрішньої обробки котлової води, швидкості продувки та того, чи використовується живильна вода для охолодження пари. Параметри хімічного складу живильної води, що підлягають контролю, включають розчинені тверді речовини, рН, розчинений кисень, жорсткість, зважені тверді речовини, загальний вміст органічного вуглецю (TOC), нафту, хлориди, сульфіди, лужність і схильність до утворення кислоти або основи.

Живильна вода для котлів повинна бути як мінімум пом’якшеною для котлів низького тиску та демінералізованою для котлів високого тиску – вимоги до якості котлової води. Вона повинен бути вільною від кисню та, по суті, вільною від компонентів жорсткості та зважених твердих речовин. Рекомендовані обмеження живильної води наводяться в паспорті до котла. Використання живильної води високої чистоти мінімізує вимоги до продувки в барабанних котлах і зводить до мінімуму потенційні проблеми винесення, осадження та корозії протягом пароводяного циклу.