Сравнительный анализ эффективности очистки поверхности от накипи

20

Министерство Образования и Науки Украины

Национальный Технический Университет

• Научно-исследовательская работа
• на тему: "Сравнительный анализ эффективности очистки поверхности от накипи"
• Выполнила: Белозёрова А.С.
• Руководитель: Семёнов Е.А.

Харьков 2001

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Источники образования накипи

1.2 Способы очистки

2. Физико-химические основы

2.1 Физико-химические основы образования накипи и отложений

2.2 Влияние характера поверхности на образование накипи и отложений

2.3 Физико-химические основы реакций реагентов с накипью

3. Экспериментальная часть

3.1 Методика эксперимента

3.2 Скорость очистки для различных реагентов

3.3 Влияние температуры и концентрации кислот на скорость очистки

4. Обсуждение результатов

4.1 Кинетические зависимости

4.2 Зависимость от температуры

4.3 Выбор оптимального реагента

Выводы

Литература

Как в промышленности, так и в нашей повсеместной жизни используется различное оборудование, в котором происходит нагрев воды или пара. При высоких температурах происходит воздействие пара или воды на поверхность, с которой они соприкасаются, при этом наблюдается образование различного рода отложений и накипи. Эти отложения способны вызывать опасный перегрев этих поверхностей или снижение экономичности и эффективности работы аппарата. Всё это может привести к нарушению режима работы химических аппаратов или вывести их из строя. На электростанциях образование отложений недопустимо, так как они могут привести к выводу из строя оборудования электростанции, либо к аварии. В быту подобное явление приводит к снижению экономичности работы и к увеличению затрат на нагрев агрегатов. После образования отложений и накипи необходимы соответствующие мероприятия по очистке поверхности которые позволят после очистки нормально функционировать аппаратуре повысив её эффективность и экономичность до прежнего значения.

Актуальность проблемы очистки поверхностей от накипи и отложений, очень велика: поэтому необходим сравнительный анализ эффективности очистки поверхностей от накипи и детально рассмотреть этот процесс.

Образующийся слой веществ может называться накипью, когда его толщина достигает размеров, вызывающих опасный перегрев металлических стенок или когда присутствие этих веществ снижает экономичность работы агрегата. Следует заметить, что часто накипью называют только слой тех веществ, который образуется из растворенных или взвешенных в воде соединений [1].

Соединения, поступающие с питьевой водой в парогенераторы разных типов и атомные реакторы при определенных условиях способны либо образовывать накипи, либо выделяться в форме рыхлых осадков (шлама) [2]. Накипь образуется в результате взаимодействия воды или присутствующих в ней реагентов с теплопередающейся поверхностью металла, а также в результате выделения различных растворенных в воде веществ при ее кипении, нагревании и испарении.

Образующейся в парогенераторах накипи согласно классификации могут быть по своему составу разделены на 5 групп [2].

1. Щелочноземельные, т.е. состоящие из соединений Са и Мg. При этом в зависимости от анионной составляющей кальциевой накипи подразделяются на сульфатные (СаSО4), силикатные (СаSіО3), карбонатные (СаСО3) и фосфатные [Са3(РО4)2]; магниевые накипи подразделяются на гидроксильные [Мg; Мg(ОН)2] и фосфатные.

2. Медные накипи, состоящие в основном из металла меди.

3. Железные накипи, которые подразделяются на силикатные, ферросиликатные Na2O · Fe2O3 · 4 SiO2, фосфатные [Fe3(PO4)2, NaFePO4] и оксидные [Fe3O4]

4. Алюмоферросиликатные и силикатные с преобладанием свойств SіО2.

5. Накипи из легкорастворимых солей: NaРO4, Na2НРO4.

По химической природе преобладающего компонента отложения могут быть классифицированы на кремневые, натриевые, магниевые, кальциевые, железные, медные и т.д.[2].

Известно, что фосфарит Са3(РО4)2 выделяется на поверхности нагрева в виде накипи, тогда как весьма мало отличающихся от него по составу гидроксилапатит Са[Са3(РО4)2]3(ОН)2 всегда кристаллизуется в толще воды, образуя отдельные частички, не пристающие к поверхности нагрева. Известно так же, что гидроксоокиси некоторых металлов выпадают в шлам, другие же образуют накипь.

Кремниевые отложения встречаются в проточной части паровых турбин; они состоят из аморфной двуокиси кремния и кристаллического SiО2 ( б - кварц) с примесью различных силикатов натрия.

Натриевые отложения, чаще называют солевыми, встречаются в трубах пароперегревателей, на лопаточном аппарате турбин, иногда в прямоточных котлах. Они состоят из различных соединений натрия: в пароперегревателях - фосфатов, силикатов; на лопаточном аппарате турбин - хлорида, силиката, феррита и соды; в прямоточных котлах - из смеси этих солей с окислами железа, меди и соединениями кальция и магния.

Кальциевые отложения подразделяются на карбонатные, сульфатные, силикатные и фосфатные, образуются в подогревателях сырой воды, в трубах конденсаторов паровых турбин, в охладительных устройствах двигателей и так далее. Во всех этих аппаратах образуется преимущественно накипи, состоящие в основном из СаСО3 обычно с примесью основного карбоната магния, кремнекислоты, окислов железа и алюминия, иногда карбоната марганца и других соединений.

Фосфатные кальциевые накипи отмечались в подогревателях высокого давления и в водяных экономайзерах.

Железные накипи подразделяются на железоокисные, железосиликатные и железофосфатные. Железоокисные отложения образуются в паровых котлах, питательных магистралях, обратных кондесаторопроводах, трубопроводах очищенной воды. Железофосфатные отложения, как и медные, накипи встречаются в паровых котлах.

Теплопроводность накипи в десятки, а зачастую в сотни, раз меньше теплопроводности стали из которой изготовлены теплообменники. Поэтому даже тончайший слой накипи создает большое термическое сопротивление, которое приводит к перегреву труб и их разрыву [3].

Твердые отложения, образующиеся на внутренних стенках труб паровых котлов, пароперегревателей, испарителей и других теплообменных аппаратов, в которых происходит испарение и нагревание воды, содержат те или иные соли.

Основным компонентом отложений в настоящее время в парасиловом хозяйстве является медь и окислы железа с более или менее значительной примесью кремниевой кислоты и окислов цинка. В котловой воде обычно присутствуют различные соединения кальция: СаSО4, CaSiO3 и другие, распадающиеся в водном растворе на ионы Са2+, SiO3-.

Это расширение видов накипеобразований указывает на связь между процессами коррозии питательного тракта и конденсатных трубок с одной стороны, и накиобразователем с другой. Возникновение железных и медных накипей в парогенераторах не только приводит к образованию отдулин и свищей, но вызывает коррозию металла.

Образование накипи предупреждается предварительной химической обработкой воды, поступающей в котлы и теплообменники [4], однако несмотря на эти мероприятия образование накипи всё равно происходит. Удаляют накипь механическим и химическим способами или комбинированными [5].

Известные способы очистки теплообменных труб выпарных аппаратов от накипи путем обработки ее соляной кислотой с добавлением в нее ингибиторов например, уротропина. Однако, применение таких ингибиторов при соляно-кислотном способе очистки нерационально, так как процесс удаления накипи с поверхности нагрева выпарного аппарата ведется при температуре соответствующей установленному температурному режиму (75-125єС). Кроме того, эти присадки вследствие их разложения при повышении температуры и коагуляции в присутствии ионов железа не предохраняют металл от наводораживания и межкристаллической коррозии. Для предотвращения таких последствий, а также ускорения процесса очистки в качестве ингибитора используется смесь, состоящая из хлорида триметиламнимония, йодида калия и формалина. Количество хлорида триметиламнимония состоит 1,5 - 5,0 г/л формалина 30 - 50 мл/л и йодида калия - 0,5 - 1,0 г/л [5].

Термически инертные отложения органического происхождения удаляют путем промывки кислыми водными растворами, затем прогревают до температуры 300-500єС, продувают кислородосодержащим газом до полного их окисления, а оставшиеся отложения неорганического происхождения удаляют повторной промывкой кислотными растворами [5].

Рассмотрим подробнее технологию этого способа. Сначала промывкой кислыми водными растворами удаляется растворимая часть отложений - железооксидных, фосфатных и карбонатных. Наиболее рационально применение 3-4 процентного раствора соляной кислоты (ингибированной) при температуре 65-70єС. Оставшиеся нерастворимые термически инертные отложения прогреваются перегретым паром до температуры 300-500єС, после прекращения подачи пара продуваюся воздухом или чистым кислородом в течение 1-1,5 часа из расчета 8-12 м3 воздуха или 1-1,5 м3 кислорода на 1 кг углесодержащих отложений, при этом происходит выгорание последних. Остаток растворимых отложений удаляется повторной промывкой 2-3 процентной соляной ингибиторной кислотой при температуре 55-60єС или другими кислотными растворами.

В большинстве производств на теплообменных поверхностях аппаратов на основе карбонатной накипи образуются многокомпонентные отложения, не растворяющиеся в растворах серной кислоты. Недостатком способа являются также дополнительные расходы хлорида натрия NaCl не участвующих в основной химической реакции - растворении карбонатной накипи. Из-за необходимости многократного повторения процесса растворения ввиду малой растворяющей способности раствора серной кислоты увеличивается длительность процесса [4].

Известен способ очистки теплообменников от карбонатной накипи потоком моющего раствора, в который предварительно вводят кислоту и пенообразователь, причем отношение объемных частей сжатого воздуха, подаваемого импульсом и моющего раствора поддерживается в пределах от 1:5 до 1:2 [4].

В глиноземном производстве наиболее экономичным и приемлемым в настоящее время является кислотный способ очистки. Используется серная, соляная, фосфорная щавелевая кислоты, а также смесь щавелевой и фосфорной кислот, причем последняя является самой эффективной для полного растворения накипи при температуре 60єС в течение 5 минут при концентрации 5% [5].

Для удаления органических отложения с поверхности оборудования могут применяться составы на основе трилона Б (5-10 г/л) в сочетании с лимонной или винной кислотой (по 5-10 г/л) или смесь двух последних. В качестве ингибитора коррозии рекомендуется 2-мерноптобезтазол в концентрации 1 г/л и 0,17 г/л соответственно [5].

Для очистки проточной части турбины от отложений предложен ряд методов. Опробован метод очистки с помощью гидразина. Этот способ применен впервые на турбине сверхвысокого давления (малой мощности), а в последствии на блоке Н-300-240. Очистка турбины от отложений проводилась влажным паром (5%) "на ходу" при снижении мощности [4]. Гидразинная очистка проточной части турбины может быть использована во всех случаях, когда ожидаются отложения окисных соединений и растворимых солей. Для очистки турбины от отложений металлической меди гидразин не используется.

Разработан способ очистки проточной части турбины от металлической меди аммиачными растворами карбоната аммония с последующей обработкой поверхности серной кислотой, содержащей гидразин [4].

Аналогичный метод очистки турбины на основе применения бикарбоната аммония и окислителей при рН ? 10 [4].

Промывка может быть также осуществлена моющим раствором при работе валоповоротного устройства, температура раствора 90 - 95°С рН ? 10. Раствор состоит из смеси генсаметафосфата натрия 2-5%, соды 2-5%, персульфата аммония 0,5%.

Для решения задач за рубежом предлагаются два новых метода предпусковой очистки: слабым 0,0001% раствором серной или соляной кислоты с гидразином и 3% раствором лимонной кислоты [4]. Лимонная кислота образует с ионами железа, растворенными в воде комплекс, не разрушающийся при повышении значений рН с 4 до 8, т.е. устойчивый во время водных отмывок и даже при щелочении. Таким образом, при промывке лимонной кислотой все окислы железа переходят в раствор, а затем сбрасываются с котла.

При использовании растворов гидразина, подкисленного серной или соляной кислотой, эффект очистки достигается за счет активизации растворов подогревом до 100 - 120°С . Действие гидразина, образующего защитную пленку на очищенной поверхности, дополняется регенерацией части кислоты, кроме того, по некоторым данным гидразин восстанавливает окислы железа и тем способствует их растворению [4].

Страницы: 1, 2, 3