СОСТАВ, СТРУКТУРА И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОТЛОЖЕНИЙ

Отложения на поверхностях нагрева бывают весьма разнообразными по химическому составу, структуре, плотности и коэффициенту теплопроводности. Наряду с рыхлыми пористыми отложениями, подобными пемзе или туфу, встречаются отложения, которые по твердости и прочности связи с металлом напоминают эмали. Раз­нообразны также состав и физические свойства котель­ного шлама.

Образующиеся в парогенераторах отложения могут быть по своему химическому составу подразделены на три основные группы:

1) щелочноземельные;

2) железные;

3) мед н ы е.

В первую группу входят кальциевые и магние­вые накипи (карбонатные, сульфатные, силикатные, фосфатные), в составе которых преобладают (до 90%) СаСО₃, CaSO₄, CaSiO₃, 5CaO • 5SiO₂-H₂O, Ca₃(PO₄)₂, Mg(OH)₂.

Во вторую группу входят железоокисные Fe₂О_3, железофосфатные Fe₃(PO₄)₂, NaFePO₄ и железо-силикатные Na₂O-Fe₂O₃-SiO₂ накипи.

В третью группу входят отложения металличе­ской меди и окислы меди СиО, Си₂О.

Карбонатная накипь откладывается обычно в форме плотных кристаллических отложений на тех поверхностях нагрева или охлаждения, где отсутствует кипение воды, а среда нещелочная. Этими поверхностя­ми являются водяные экономайзеры, конденсаторы тур­бин, водоподогреватели, питательные трубопроводы, теп­ловые сети и др. В условиях же кипения щелочной воды (в парогенераторах, испарителях) СаСО₃ обычно выпа­дает в форме неприкипающего шлама.

Сульфатная накипь обладает большими твер­достью и плотностью.

Силикат кальция образует твердую накипь, крепко пристающую к стенкам поверхности нагрева.

Сложные силикатные накипи имеют раз­нообразный минеральный состав, так как кремниевая кислота образует накипи не только с катионами кальция и магния, но и с катионами натрия, железа и алюминия (натроферросиликаты и натроалюмосиликаты). В со­ставе сложных силикатных накипей содержится до 40— 50% кремниевой кислоты, 25—30% окислов железа, ме­ди и алюминия и 5—10% окиси натрия. Количество же соединений щелочноземельных металлов в этих отложе­ниях обычно не превышает нескольких процентов. Эти сложные бескальциевые силикатные накипи характери­зуются разнообразием структур — от пористых и комковых отложений до твердых и плотных образований, ровным слоем покрывающих металлическую поверх­ность.

При повышенном содержании фосфатов и железа в котловой воде и низкой щелочности последней на внутренних поверхностях парообразующих труб откла­дываются рыхлые железофосфатные накипи Fe₃ (РО₄)₂, NaFePO_4, которые при обстукивании труб сравнительно легко отваливаются от стенок. Характерным для железофосфатных накипей является равномерное распреде­ление их по всей длине трубы.

На внутренней поверхности экранных труб в зонах наибольших температур факела, характеризующихся высокими местными тепловыми нагрузками, откладываются железоокисные накипи главным образом в форме магнетитаFе₃О₄. Анализ отложений, отобранных с внут­ренних поверхностей нагрева парогенераторов с. к. д., показывает, что они на 95—98% состоят из соединений железа. В железоокисных накипях нередко присутствует равномерно распределенная в толще слоя отложений металлическая медь.

При повышенном содержании соединений меди в пи­тательной воде на участках парообразующих труб с плотностью теплового потока, равной или большей 230 квт/м², или в местах глубокого упаривания котло­вой воды откладывается и прочно пристает к металлу слоистая накипь, одним из основных компонентов кото­рой является металлическая медь. В отличие от железо­окисных накипей распределение меди в толще медной накипи обычно таково, что верхний слой, омываемый котловой водой, содержит наибольшее количество ме­таллической меди (70—90% веса пробы), а последую­щие слои накипи по мере приближения к внутренней поверхности трубы содержат все меньший процент меди (10—25%) при одновременном возрастании количества окислов железа, кремниевой кислоты, фосфатов кальция и других компонентов.

Накипи в большинстве случаев имеют смешанный характер, иногда со значительным преобладанием окис­лов железа, меди, фосфатов кальция, железо- и алюмосиликатов и других компонентов. В процессе эксплуата­ции парогенератора при изменениях его гидродинамиче­ского и теплового режимов, связанных с ростом нагруз­ки, возможно образование на стенках парообразующих труб временных натриевых отложений Na₂SO₄, Na₂Si0₃, NaCl, которые, будучи хорошо растворимыми в воде, полностью вымываются со стенок труб парогенератора при его останове либо резком снижении нагрузки.

Находящиеся в котловой воде взвешенные частицы увеличиваются в размере за счет кристаллизации на их поверхности веществ из котловой воды, а также взаим­ного сцепления, образуя на внутренних поверхностям парогенератора илистые шламовые отложения. В состав котельного шлама входяг углекислый кальций СаСО₃, гидрокарбонат магния Mg(OH)₂*MgCO₃, фосфат маг­ния Mg₃{PO₄)₂, гидроксилапатит Са₁₀(РО₄)_б(ОН)₂, окис­лы железа Fe₂O₃, Fe₃O₄, окислы меди СиО, Си₂О, орга­нические вещества и т. д. При наличии в котловой воде кремниевой кислоты гидроокись магния вступает с нею в соединение, образуя при этом серпентин, который обычно выпадает в форме высокодисперсного шлама:

3Mg(OH)₂ + 2SiO₂ = 3MgO.* 2SiO₂*2H₂O + H₂O

Следует различать:

а) шламы, не прикипающие к поверхностям нагрева и поэтому сравнительно легко выводимые наружу во время работы парогенератора путем периодической про­дувки последнего; к числу их относятся гидроксилапатит и серпентин, а также карбонат кальция в щелочной среде;

б) шламы, способные при известных условиях при­кипать к поверхностям нагрева и являющиеся материа­лом для образования так называемых вторичных накипей; к числу прикипающих шламов могут быть отнесены гидроокись магния и фосфато-магнезиальные соедине­ния. Отсюда следует, что одной из важных задач орга­низации рационального водного режима парогенерато­ров с многократной циркуляцией является создание в котловой воде таких условий, при которых накипеобразователи, проникающие в парогенератор с питательной водой, выделялись бы только в форме шлама, неспособного прикипать к стенкам труб и удаляемого из парогенератора с продувочной водой.

Теплоизолирующие свойства отложений характери­зуются следующими физико-механическими показателя­ми: структура (пористость), теплопровод­ность, толщина и сила сцепления их с по­верхностью металла.

Структура накипи, характеризующаяся ее пори­стостью и твердостью, зависит от условий и кинетики образования отложений. Твердость и пористость отло­жений являются показателями, по которым можно судить о трудности удаления их с помощью скребков, шарошек и других механических способов. Теплопровод­ность отложений является важной характеристикой, определяющей надежность и экономичность работы па­рогенераторов и теплообменных аппаратов. Величины коэффициентов теплопроводности отложений зависят от их структуры и химического состава (табл. 3-1). Плотно приставшие к поверхности отложения менее опасны, чем слабосидящие, так как зазор, образующийся между металлической стенкой и отложениями, сильно увеличи­вает температурный на­пор и приводит к опасно­му местному перегреву металла.

Из приведенных дан­ных видно, что наиболь­шую опасность представ­ляют силикатная накинь и накипь, пропитанная маслом.

На рис. 3-1 изображены кривые, характери­зующие влияние толщины и теплопроводности наки­пи на температуру стенки парообразующей трубы парогенератора. Приве­денные кривые показыва­ют, что достаточно незна­чительного по толщине слоя (0,1—0,2 мм) мало­теплопроводной накипи на поверхности наиболее теплонапряженных экранных труб, чтобы температура металла на внутренней поверх­ности стенки достигла 500°С и больше. Температура на­ружной поверхности стенки трубы при этом еще на 30— 40 °С выше, что за сравнительно короткий период работы парогенератора приводит к отдулинам и разрывам паро­образующих труб.

1 2 3 Л 5 ^ Толщина слоя накипи, мм

Рис. 3-1. Зависимость температу­ры стенки кипятильной трубы от толщины слоя накипи для различ­ных значений коэффициента ее теплопроводности.

Поиск по сайту: