ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ ПРИРОДНЫХ ВОД НА НАДЁЖНОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ ТЭС
Как известно, в теплоэнергетике для получения пара используются, в основном, воды из природных источников - рек, водохранилищ. Качество этих вод зависит от состава компонентов соприкасающейся почвы. Чем больше солесодержания в почве, тем больше содержание примесей в природной воде, которая имеет хорошую растворяющую способность.
В природных водах всегда встречаются хорошо и труднорастворимые в ней примеси. Примеси, загрязняющие природные воды, бывают в различных формах, классификация которых представлена на рис.1 .
Исследования показывают, что самыми распространенными соединениями природных вод являются соединения кальция Ca2+ и магния Mg2+, содержание которых обуславливают жесткость воды. С увеличением их повышается показатель общей жесткости воды.
Катионы натрия Na+ в природных водах всегда образуют хорошо растворимые соединения и его все соединения обладают положительным температурным коэффициентом.
Содержание анионов хлора СГ, сульфата SO42- , нитрата NO3- характеризует солесодержание вод и с увеличением их концентрации в природных водах повышается солесодержание воды.
Соединения углерода (С2) в природных водах бывают в виде свободной угольной кислоты СО2 ,молекулярной формы Н2СО3 и в виде анионов НСОз" и СО32-.Форма образовании углеродных соединений в природных водах зависит от значения рН среды и влияет на такие показатели воды, как щелочность, кислотность и карбонатная жесткость.
Зависимость содержания различных форм соединений углерода от показателя рН показана на рис.2.
Как видно из графика, при увеличении рН воды от 3 до 12 повышается степень диссоциации молекулярной формы угольной кислоты: НСО3" Н+ + СО32-, а при рН от 1,0 до 4,5 95% угольной кислоты практически находится в виде молекул в недиссоциированной форме.
При рН от 8,5 до 14 увеличивается диссоциация бикарбонат анионов: НСО3" Н+ + СО32- с образованием карбонат иона СО32-.
Следует отметить, что для получения пара в паровых котлах рН питательной воды по нормам ПТЭ находится в пределах 9 - 10,5 [1]. В этих условиях углекислотные соединения в питательной воде паровых котлов бывают в форме карбонат ионов СО32- и в рабочей среде при температуре 200 ОС идет образование труднорастворимого соединения на внутренних поверхностях нагрева парового котла - карбоната кальция СаСО3 в связи с отрицательным его температурным коэффициентом. Эти отложении, имеющие низкие значения теплопроводности (0,6 - 0,7Вт/мК), очень влияют на теплообмен между металлом и рабочей средой, увеличивая: во-первых - температуру металла внутренней поверхности нагрева; во-вторых - расход топлива и в третьих - скорость процесса коррозии на этих поверхностях. Это приводит к аварийным ситуациям, снижению КПД котла и ухудшению режимных норм эксплуатации.
Кремниевые соединения, подобно углекислотным соединениям, также находятся в природных водах в различных формах: молекулярной форме nSiO2 • тН2О, Н2 SiO3 и в виде анионов HSiO3-, SiO3-2. Форма образования кремниевых соединений в природной воде также зависит от показателя рН.
При показателе рН от 6 до 8 всего 8-9% молекулы H2SiO3 диссоциациируют с образованием ЖЮ3", остальные бывают в виде молекулы НЮ3 или nSiO2 • тН2О в коллоидном состоянии.
Когда рН больше 8 кремниевые соединения, присутствующие в природной воде, в основном, бывают в виде ЖЮ3" и частично SiO3-2 [2]. В связи с этим, чем больше содержания кремния в парообразующей воде, тем больше загрязнение пара соединениями кремния, так как кремниевые соединения обладают положительным температурным коэффициентом растворимости как в воде, так и в паре.
Загрязнение пара примесями образует в проточной части как твердые нерастворимые в воде отложения, так и растворимые, способствующие протеканию коррозионных процессов. Нерастворимые отложения состоят из оксидов железа, цинка, меди, кремниевой кислоты, соединений кальция магния и алюминия. В растворимых отложениях присутствуют сульфаты, хлориды, силикаты, карбонаты, фосфаты натрия и даже едкий натр. Повышение таких отложений способствует развитию коррозии металла, особенно в области ЦНД. Отложения в паровых турбинах снижают КПД турбины, ограничивают ее номинальную мощность.
Из вышеизложенного следует, что для повышения надежности работы и экономичности теплооборудования необходимо обеспечить питание парового котла обессоленной и обескремневанной водой.