Требования к качеству котловой воды

Вода поглощает больше тепла при определенном повышении температуры, чем любое другое обычное неорганическое вещество. Она расширяется в 1600 раз, когда испаряется, образуя пар при атмосферном давлении. Пар способен переносить большое количество тепла. Эти уникальные свойства воды делают ее идеальным сырьем для отопления и производства электроэнергии.

Все природные воды содержат разное количество растворенных и взвешенных веществ и растворенных газов. Количество растворенных в воде минералов колеблется от 30 г/л в морской воде до любого количества и от 0,005 до 1500 мг/л в пресной воде. Поскольку примеси воды вызывают проблемы с котлом, следует внимательно следить за качеством воды, используемой для производства пара – требования к качеству котловой воды.

Состав питающей воды котла должен быть таким, чтобы примеси в ней не превышали допустимые пределы конкретной конструкции котла. Если питательная вода не отвечает этим требованиям – требования к качеству котловой воды, ее необходимо предварительно обработать для удаления примесей. Однако не всегда нужно полностью удалять примеси, поскольку химическая обработка внутри котла может эффективно и экономично противодействовать им.

Чистота питательной воды зависит как от количества примесей, так и от природы примесей: некоторые примеси, такие как твердость, железо и силикаты, вызывают большее беспокойство, чем, например, соли натрия. Требования к чистоте любой питающей воды зависят от того, сколько питающей воды используется, а также от того, что может выдерживать конкретная конструкция котла (давление, скорость теплопередачи и т.п.). Поэтому требования к чистоте питательной воды требования к качеству котловой воды могут сильно отличаться. Как правило, жаротрубный котел низкого давления может выдерживать высокую жесткость питающей воды при надлежащей обработке, в то время как в некоторых современных котлах высокого давления из воды необходимо удалить практически все примеси.

Можно предоставить только относительно широкие диапазоны максимальных уровней щелочей, соли, кремнезема, фосфатов и т.п. Фактические максимальные уровни необходимо получить от производителя котла, который будет основываться на характеристиках котла.

Важность химии котловой воды и пара – требования к качеству котловой воды

Чистота пара

Требования к чистоте или химическому составу пара могут быть такими же простыми, как максимальное содержание влаги или могут включать максимальные концентрации для различных химических веществ. Часто для пара со строительными или технологическими нагревателями низкого давления указывается только максимальное содержание влаги. Это может быть 0,5 или 0,1%. И наоборот, некоторые изготовители турбин указывают максимальную проводимость катионов парового конденсата, pH и максимальные концентрации для общего количества растворенных твердых веществ, натрия и калия, силикатов, железа и меди. Общее количество растворенных твердых веществ в турбинном паре должно быть менее 0,050 ppm, а в некоторых случаях менее 0,030 ppm. Пределы для отдельных видов могут быть даже ниже. Если пар должен быть перегрет, необходимо ввести максимальный предел растворенных в паре твердых веществ во избежание чрезмерного осаждения и коррозии пароперегревателя. Этот предел обычно составляет 0,100 ppm или менее. Даже если применение не требует требований к чистоте пара, концентрации растворенных твердых веществ менее 1,0 ppm рекомендуются при давлении до 600 psig (4,1 МПа), менее 0,5 ppm при 600-1000 psig (4,1-6,9 МПа) и менее 0,1 ppm выше 1000 psig (6,9 МПа).

Образование пены или чрезмерное разбрызгивание над линией воды в барабане может привести к чрезмерному уносу влаги, а следовательно, чрезмерной концентрации примесей пара. Распространенными причинами пенообразования являются избыточное количество твердых веществ или щелочности, а также наличие органических веществ, таких как нефть. Содержание растворенных твердых веществ ниже концентрации, вызывающей пенообразование, требует непрерывной или периодической продувки котла. Высокая щелочность котловой воды увеличивает потенциал пенообразования, особенно при взвешенных веществах.

Если химическое вещество достаточно летучее, оно также переносится в виде пара в пар. Общий перенос – это сумма механического и парообразного переноса. Парообразный перенос зависит от растворимости в паре и различен для каждого химического вида. Для большинства растворенных твердых веществ, содержащихся в котловой воде, это незначительно по сравнению с механическим уносом при давлении менее 2000 psig (13,8 МПа). Исключением является диоксид кремния, для которого парообразное унос может быть значительным при низшем давлении. Вынос пара зависит от давления и химического состава котловой воды. На это не влияет конструкция котла. Следовательно, если парообразный перенос для определенного вида избыточный, его можно уменьшить, только изменив химический состав котловой воды. Конструкция котла влияет только на механическую переноску. Невзаимодействующие газы, такие как азот, аргон и кислород почти полностью переносятся с паром, не имея никакого отношения к переносу влаги.

Чрезмерная концентрация примесей пара также может быть вызвана химическим составом питательной и котловой воды, способствующим образованию летучих веществ. Перенос летучего силиката может быть проблематичным при давлении выше 1000 psig (6,9 МПа). Перенос парообразного силиката при pH 10,0 составляет 88% от такового при pH 8,8. Перенос парообразного силиката при pH 11,0 составляет 74% от такового при рН 8,8. Единственным эффективным методом предотвращения чрезмерного выноса силиката или других паров является уменьшение концентрации котловой воды. Другим распространенным источником избыточных примесей в паре является недостаточная чистота охлаждаемой воды. Все содержащиеся в распыляемой воде загрязнения попадают непосредственно в пар.

Отбор и анализ проб воды для котлов

Эффективный отбор проб является ключевым элементом в контроле химического состава воды и пара. Это включает получение репрезентативных образцов, предотвращение загрязнения образцов и предотвращение потери образцов, которые будут анализироваться.

В целом линии отбора образцов должны быть как можно короче и изготовлены из нержавеющей стали, за исключением случаев, когда условия требуют иное. Образцы следует извлекать из непрерывного потока воды. Время между отбором пробы и анализом должно быть как можно короче. Образцы следует быстро охладить до 100F (38C) во избежание изменения показателей. Форсунки и линии для отбора образцов должны обеспечивать изокинетическую скорость образца и поддерживать постоянные высокие скорости воды (минимум 6 футов/с [1,8 м/с]), чтобы избежать потери показателей.

Везде, где это возможно, он-лайн мониторинг следует рассматривать как альтернативу взятию образцов. Это дает данные в режиме реального времени, позволяет следить за тенденциями и предоставляет записанные данные. Однако онлайн-мониторы требуют калибровки, обслуживания и проверки с помощью взятых образцов или онлайн-синтезированных стандартных образцов для обеспечения надежности.

Адекватный контроль химического состава воды зависит от возможности операторов котельной постоянно измерять заданные параметры. Следовательно, официальные программы обеспечения качества должны использоваться для количественного определения и отслеживания точности и предвзятости измерений. Должны быть разработаны подробные процедуры, охватывающие структуру лаборатории, обучение, стандартизацию, калибровку, сбор/хранение/анализ образцов, отчетность, записи о техническом обслуживании и процедуры корректирующих действий.

Контроль чистоты воды в котле

Поскольку локальная концентрация примесей котловой воды и химикатов для обработки свойственна для производства пара, химический состав воды необходимо контролировать согласно требованиям к качеству котловой воды, чтобы концентраты не стали коррозионными. В качестве примера коррозия во время работы котла часто вызывается концентрацией гидроксида натрия, концентрацией едких солей, таких как карбонат натрия, или концентрацией кислотообразующих солей, таких как хлорид или сульфат магния. Эффективная обработка питающей воды вместе с техническим контролем минимизирует коррозию, сводя к минимуму попадание этих примесей в котел.

Углекислый газ от утечки воздуха и разложения карбонатов и органических соединений имеет тенденцию подкислять питательную воду и конденсат пара. Необходимо также контролировать растворенный кислород в котловой системе. В большинстве рабочих условий кислород особенно коррозионный, поскольку он способствует окислению железа, меди и других металлов с образованием растворимых ионов металлов. При более высоких температурах кислород хуже растворяется в воде, но скорость химической реакции увеличивается. Сочетание кислорода и остаточного хлора особенно коррозионно. Однако в системах с сверхчистой водой, таких как используются для высокодавленных котлов, контролируемое добавление кислорода во время работы полезно, поскольку оно уменьшает перенос продуктов коррозии к котлу и, соответственно, уменьшает скорость осаждения в котле.

Перенос примесей из котловой воды в пар также свойственен работе котла. Хотя сепарационные устройства в барабанных котлах удаляют большинство капель воды, переносимых паром, некоторые остаточные капли, содержащие небольшое количество растворенных твердых веществ, всегда переносятся вместе с паром. Кроме того, при более высоком давлении имеется некоторый вынос пара. Избыток примесей может повредить пароперегреватели, паровые турбины или последующее технологическое оборудование.

Питательная вода котла

Для поддержания целостности и производительности котла, а также для получения пара соответствующей турбинной или технологической чистоты питательная вода котла должна быть очищена и химически кондиционирована. Количество и характер примесей питающей воды, которые могут быть приняты, зависят от рабочего давления котла, конструкции котла, требований к чистоте пара, типа внутренней обработки котловой воды, скорости продувки и того, используется питающая вода для охлаждения пара. Параметры химического состава питающей воды, подлежащие контролю, включают растворенные твердые вещества, рН, растворенный кислород, жесткость, взвешенные твердые вещества, общее содержание органического углерода (TOC), нефть, хлориды, сульфиды, щелочность и склонность к образованию кислоты или основания.

Питательная вода для котлов должна быть как минимум смягчена для котлов низкого давления и деминерализована для котлов высокого давления — требования к качеству котловой воды. Она должна быть свободной от кислорода и, в сущности, свободной от компонентов жесткости и взвешенных твердых веществ. Рекомендуемые ограничения питающей воды приводятся в паспорте котла. Использование питательной воды высокой чистоты минимизирует требования к продувке в барабанных котлах и сводит к минимуму потенциальные проблемы выноса, осаждения и коррозии в течение пароводяного цикла.