Паровой котёл питательная вода и безопасная работа

Паровой котёл питательная вода и безопасная работа

Паровая котельная станция видится идеальной системой, когда работает безопасно, максимально эффективно в плане сжигания топлива и теплоотдачи. Как правило, достигаются эти критерии (а также длительный срок службы при минимальном техобслуживании), когда питательная вода котла подвергается химической обработке. Качество питательной воды, заливаемой в котёл, во многом предопределяет эксплуатационные критерии бойлера.

Критерии качественной работы бойлера

Жёсткость питательной воды плюс неконтролируемый химический состав, — всё это потенциальные причины появления отложений на теплопередающих поверхностях котла. Соответственно, уменьшается теплопередача, падает эффективность работы оборудования.

Подобная ситуация провоцирует организацию частой очистки рабочих поверхностей бойлера. В экстремальных случаях могут возникать локальные точки перегрева, что приводит к механическим повреждениям, вплоть до серьёзного разрушения труб.

Если питательная вода бойлера содержит растворенные газы (особенно кислород), всегда существует риск коррозии внутренних поверхностей котла, трубопроводов и другого оборудования. Когда значение pH питательной воды слишком низкое, кислотная среда воздействует на металлические поверхности.

Однако при чрезмерно высоких значениях pH процесс эксплуатации тоже сопровождается негативными явлениями. Образуется щелочная среда, способствующая появлению других достаточно серьёзных проблем эксплуатации бойлеров, например, – образование пены.

Пена котловой воды
Активное образование пены на поверхности питательной воды котла свидетельствует о серьёзных недостатках по качеству очистки и обработке питательного ресурса

Следует избегать каустического крекинга (щелочного растрескивания), так как это явление вызывает разрушение металлических конструкций. Каустический крекинг — результат слишком высокой концентрации гидроксида натрия.

Старые кованые котлы особо восприимчивы к воздействиям такого рода. Современные сварные конструкции тоже требуют ухода и защиты.

Качественный выход пара

Если примеси питательной воды котла не обрабатываются должным образом, остаётся высокой вероятность переноса питательной воды в область накопления пара. Подобное явление приводит к сбою нормальной работы системы парового котла.

Так, загрязнение поверхностей регулирующих клапанов нарушает нормальный ход этих устройств. По этой причине точность регулировки режима работы оставляет желать лучшего.

Загрязнение теплообменных поверхностей технологической установки способствует увеличению теплового сопротивления. В свою очередь тепловое сопротивление снижает эффективность теплопередачи бойлера.

Сужение диаметров отверстий выхода пара приводит к уменьшению мощности паровых накопителей. В конечном итоге этот дефект ведёт к значительной доле закупоривания прохода и резкому уменьшению выхода пара.

Результат повышенного пенообразования
Вот такой результат обычно получается, когда питательной воде котла не уделяется должного внимания. Справа — начало эксплуатации. Слева — спустя два года после эксплуатации

Перенос воды в область пара может быть вызван двумя факторами:

Заливка — выброс воды бойлера в паровую область по причине слишком высокого уровня воды или по причине работы котла с рабочим давлением ниже расчётного. Также подобная ситуация возможна в условиях чрезмерного отбора пара.

Пенообразование — процесс появления пены в области поверхности воды и отвода пара. Чем выше степень пенообразования, тем значительнее усугубляется ситуация с безопасностью и эксплуатационными дефектами.

Возможные последствия вспенивания:

  1. Нарушается функциональность калибровочного стекла, чем затрудняется точное определение уровня воды.
  2. Уровневые датчики, поплавки и датчики дифференциального давления также не дают точного определения уровня воды.
  3. Возможны аварийные срабатывания, с выходом сигналов тревоги и блокировкой горелки. Эти моменты требуют ручного сброса с панели управления котлом.

Отмеченные дефекты проявляются при полном либо частичном вспенивании в котле. Однако по отношению к питательной воде бойлера вспенивание часто носит эндемический характер. Поэтому важно лучше понимать свойства котловой пены.

О свойствах котловой пены

Например, пена кружки пива «сидит» поверх жидкости и в этом случае граница жидкости/пены четко определена. Для случая с кипящей жидкостью котла ситуация иная.

Граница здесь нечёткая — варьируется от десятка мелких пузырей пара на дне сосуда до массы крупных пузырьков ближе к поверхности. Тенденция на увеличение вспенивания отмечается ​​в конструкциях мало-объёмных котлов уже при средней скорости парообразования.

Схема катионообменного умягчения питательной воды
Схема катионообменного умягчения: 1 — питательная вода; 2 — краны запорные; 3 — рассол регенерации; 4 — сильнодействующая кислотная катионная смола; 5 — формиат натрия; 6 — умягчённая вода (220 промилле)

Малые котлы имеют меньшую площадь поверхности воды, поэтому скорость выпуска пара на квадратный метр акватории увеличивается. Соответственно, увеличивается частота перемешивания на поверхности и эффект образования пены.

Практически подмечено — на жёсткой воде пена не образуется. Однако жёсткую воду намеренно размягчают, чтобы предотвратить образование накипи. Соответственно, пенообразования не избежать. Загрязнение котельной воды коллоидными веществами также приводит к появлению пены.

Уровень TDS (Total Dissolved Solids) — мера комбинированного содержания всех неорганических и органических веществ. Эти вещества содержатся в жидкости в молекулярной, ионизированной или микрогранулированной (коллоидная соль) взвешенной форме.

По мере увеличения уровня TDS в питающей котёл воде, пузырьки пара приобретают большую стабильность и силу. Процесс отделения и разрушения пузырьков проходит более сложно, с высоким напряжением.

Предотвращение переноса воды в область пара

Для минимизации пенообразования в котле доступны следующие варианты:

Правильная эксплуатация – важная составляющая работы котла. При условии работы оборудования под стабильной нагрузкой, в пределах расчетных параметров, количество влаги, переносимой и захватываемой паром, не должно превышать 2% границу.

Если изменения нагрузки значительны и большой величины, давление в котле может значительно снижаться, что приведёт к возникновению экстремально турбулентных условий.

Хуже того, снижение давления сопровождается ростом удельного объёма пара, пузырьки пены пропорционально увеличиваются. Если условия эксплуатации котла таковы, что существенные изменения в нагрузке являются нормальными, разумно рассмотреть:

  1. Автоматическое регулирование уровня воды в котле.
  2. Регулирование границ ограничения уровня давления.
  3. Внедрение аккумулятора пара.
  4. Внедрение элемента управления «подачи вперёд» до максимального рабочего давления котла.

Средства химического контроля

Питательную воду котла допустимо разбавлять антипенными веществами. Эти вещества действуют на разрушение образующихся пенных пузырьков. Однако такие агенты не эффективны при обработке пены, вызванной взвешенными твердыми частицами.

Схема деалкализации питательной воды
Схема деалкализации: 1 — питательная вода; 2 — запорные краны; 3 — кислотная регенерация; 4 — рассольная регенерация; 5 — деалкализер; 6 — слабокислотная катионная смола; 7 — вода; 8 — дегазатор; 9 — базовый умягчитель , 10 — сильнокислотная катионная смола; А — NaOH; Б — углекислый газ; 11 — умягчённая вода

Контроль TDS необходимо осуществлять балансом, найденным между:

  1. Высоким уровнем TDS и сопутствующей экономией работы.
  2. Низким уровнем TDS и минимизацией вспенивания.

Опасности перегрева из-за масштаба и коррозии по причине растворенных газов легко понять. Образование пены, окалины, осадка может привести к такой ситуации, когда контроль уровня воды в котле определяется неправильно. Создаётся опасность для персонала и процесса в целом.

Очевидный момент: по возможности, на паровых котлах основная обработка питательной воды должна выполняться на внешней стороне по отношению к бойлеру.

Внешние процессы очистки воды

Обратный осмос — процесс, при котором чистая вода подается через полупроницаемую мембрану, оставляя концентрированный раствор примесей. В последующем примеси отбрасываются в отходы.

Лайм (обработка известью) — при размягчении воды известью, гидратная известь (гидроксид кальция) реагирует с бикарбонатом кальция и магния. При этом образуется удаляемый осадок. Этот процесс уменьшает щелочную (временную) твердость.

Кальцинированная сода даёт умягчение, снижающее нещелочную (постоянную) жёсткость воды путём химической реакции.

Ионный обмен — наиболее широко используемый метод очистки воды для котлов-оболочек, производящих насыщенный пар.

В целом, следует рассмотреть три процесса обработки воды:

  • базовое умягчение,
  • выщелащивание,
  • деминерализация.

Базовое умягчение — это простейшая форма ионного обмена, достаточно часто используемая. Сначала активируется (заряжается) полимерный пласт.

Затем через пласт пропускают 7-12% раствор рассола (хлорида натрия или поваренной соли). Рассолом полимерный пласт насыщается ионами натрия.

После этой процедуры, подлежащую размягчению воду прокачивают через полимерный пласт, благодаря чему происходит ионный обмен. Ионы кальция и магния вытесняют ионы натрия из полимера, оставляя проточную воду богатой натриевыми солями.

Соли натрия остаются в растворе при очень высоких концентрациях и температурах и не образуют вредных наростов внутри котла.

Краткое описание процессов

Выщелащивание – процесс предварительного удаления щелочности за счёт использования деалкализера.

Так как недостатком размягчения базовым способом является отсутствие уменьшения TDS и щелочности, дополнительно к базовой методике применяется выщелащивание.

Существует несколько типов деалкализеров. Как правило, используются устройства, действующие по принципу размягчения с разделением потока.

Деалкализер редко используется без основного смягчителя, так как полученный раствор является кислотным и вызывает коррозию, плюс вода с постоянной жёсткостью проходит в котел.

Установка деалкализации удаляет временную жёсткость. Эта система обычно используется, когда необходимо использовать очень высокий процент питательной воды.

Деминерализация – процесс, удаляющий практически все соли. Деминерализация включает процедуру пропускания сырой воды через катионную и анионообменную  систему. Иногда смолы могут содержаться в одном сосуде, и это называется деминерализацией смешанного слоя.

Схема деминерализации воды
Деминерализация воды: 1 — питательная вода; 2 — запорные краны; 3 — кислотная регенерация; 4 — щелочная регенерация; 5 — катионная смола; 5.1 — форма водорода; 6 — дегазатор; 7 — вода; 8 — анионная смола; 8.1 — гидроксильная форма; 9 — очищенная вода; А — углекислый газ

Процесс удаляет практически все минералы и производит очень качественную воду, содержащую практически нерастворенные твердые вещества. Деминерализация используется для котлов высокого давления.

Если сырая вода имеет большое количество взвешенных твердых частиц, ионообменный материал быстро загрязняется, резко увеличивая эксплуатационные расходы. В этих случаях может потребоваться некоторая предварительная обработка сырой воды, такая как очистка или фильтрация.

Краткое подведение итога изложения

Для безопасной эксплуатации котельной установки необходима высококачественная очистка воды. Экономически выгодно инвестировать в установку по очистке воды, так как это действие позволит свести к минимуму все возможные дефекты. Выбор способа очистки часто ограничивается деминерализацией или установкой обратного осмоса.


При помощи материалов: Pointing.spiraxsarco


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *