Е) Условия образования отложений легкорастворимых соединений

В воде, испаряемой в парогенераторах, обычно со­держатся примеси легкорасгворимых веществ: сульфа­ты, хлориды, фосфаты, силикаты и гидроокись натрия, которые попадают в питательную воду с добавочной питательной водой, производственными конденсатами и присосом охлаждающей воды в конденсаторах. При глубоком упаривании котловой воды и достижении кон­центраций, превышающих растворимость натриевых сое­динений, они кристаллизуются и образуют твердые отложения на поверхностях нагрева.

Рассмотрим условия, необходимые для образования водорастворимых отложений из натриевых соединений на внутренних поверхностях парообразующих труб. Если обозначить через t₀ температуру кипения чистой воды при данном давлении и через tp температуру кипе­ния насыщенного раствора данного вещества, то вели­чина температурной депрессии ∆ts = tp—t₀. показывает, насколько температура стенки парообразующей трубы должна быть выше температуры кипения чистой воды при данном давлении, чтобы раствор соли мог быть выпарен досуха в атмосфере водяного пара данного дав­ления. Экспериментальным путем установлено, что ве­личины значений ∆ts зависят от состава растворенных веществ и давления.

Образование отложений легкорастворимых соедине­ний на внутренних поверхностях парообразующих труб определяется величиной ∆ts; оно возможно лишь в том случае, когда температура раствора в каком-либо участ­ке пароводяного тракта парогенератора превышает тем­пературу кипения чистой воды на величину больше чем ∆ts. Если в растворе преобладают вещества, характери­зующиеся малой величиной ∆ts;, достаточно небольшого перегрева стенки трубы, чтобы произошло полное испа­рение пленки воды с образованием твердых солевых от­ложений. Вещества же с большим значением ∆ts могут оставаться в растворе даже в том случае, когда темпе­ратура перегретой стенки значительно превышает тем­пературу кипения чистой воды.

Экспериментальным путем установлено, что для образования твердых отложений легкорастворимых ве­ществ в условиях кипения котловой воды, представляющей собой многокомпонентный солевой раствор, необхо­димы значительно большие повышения температуры раствора в сравнении с чистой водой, чем в условиях кипения однокомпонентных растворов натриевых соеди­нений.

Когда гидродинамические нарушения отсутствуют и в парогенераторе имеет место нормальное пузырьковое кипение, происходит интенсивный тепло- и массообмен между перегретой жидкостью в пристенном слое и основ­ной массой неперегретой котловой воды. При этом бла­гоприятном температурном режиме не наблюдается сколько-нибудь существенного местного повышения тем­пературы внутренней поверхности нагрева под паровыми пузырями и тем более температуры пристенного слоя котловой воды.

Так как на площадках поверхности нагрева под образующимися паровыми пузырями не происходит глу­бокого упаривания раствора в пристенном слое и он остается ненасыщенным, то и не происходит кристалли­зации солей. Отсюда следует, что в условиях нормаль­ного пузырькового кипения, даже при концентрациях, значительно превышающих обычные солесодержания котловой воды, отложения легкорастворимых соедине­ний на внутренней поверхности парообразующих труб не образуются. Лишь при нарушении режима гидро­динамики пароводяной смеси и ухудшении температур­ного режима металла парообразующих поверхностей возможно местное повышение концентрации легкораст­воримых соединений в пристенном слое котловой воды вплоть до насыщения с последующей кристаллизацией их и образованием твердых отложений на поверхности нагрева. В указанных неблагоприятных условиях проис­ходит глубокое упаривание пристенного слоя котловой воды, сопровождаемое резким уменьшением водосодержания потока пароводяной смеси.

Установлено, что при малых кратностях циркуляции и высоком паросодержании двухфазного потока имеет место переход от нормального пузырькового к опасному пленочному режиму кипения, г. е. наступает так назы­ваемый кризис кипения, когда паровые пузыри не успевают отрываться от поверхности нагрева и образуют паровой изолирующий слой. Это приводит к нарушению массообмена между пристенным слоем и ядром потока, содержащим влагу, следствием чего являются утонение либо полное упаривание раствора у стенки, резкое ухуд­шение температурного режима груб и выпадение на их внутренних стенках всех солей, в том числе легкораство­римых натриевых.

Для того чтобы предотвратить кризис кипения и от­ложение легкорастворимых солей, необходимо увели­чить скорость циркуляции и снизить местные тепловые нагрузки.

При расслоении пароводяной смеси, опрокидывании циркуляции и образовании свободного уровня в трубах локальная концентрация солей в пристенном слое этих труб может в сотни раз превышать среднюю концентра­цию солей в циркулирующей котловой воде, так как происходит глубокое местное упаривание последней. Установлено, что расслоение пароводяной смеси (лот­ковый режим течения) наблюдается обычно в интенсив­но обогреваемых горизонтальных и слабонаклоненных парообразующих трубах экранов. При этом в нижней части трубы, где движется вода, имеет место нормаль­ное пузырьковое кипение жидкости и температура стен­ки трубы мало отличается от температуры насыщения. В верхней же части сечения, где на стенках трубы от­сутствует сплошная жидкая пленка, температура сте­нок трубы может быть значительно выше, ввиду того что на «сухих» участках коэффициент теплоот­дачи от стенки к пару намного меньше, чем от стенки к воде.

При лотковом режиме течения смеси в трубах имеет место систематическое попадание мелких капель (брызг) воды на верхнюю (сухую) часть трубы с последующим испарением этих капель вплоть до выпадения тех солей, температура кипения насыщенных растворов которых ниже температуры металла. При этом могут отлагаться не только труднорастворимые соли щелочноземельных металлов, но и те легкорастворимые натриевые соеди­нения, которые обладают температурой кипения насы­щенного раствора, близкой к температуре кипения кот­ловой воды. Ликвидации этих явлений можно добиться увеличением угла наклона парообразующей трубы к го­ризонтали до 15—30°.

В парообразующих трубах может произойти опроки­дывание циркуляции, при котором вода и пар движутся в разные стороны и в результате образуются паровые мешки и пробки, приводящие к перегреву металла и образованию местных солевых отложений. Опасным фактором, способствующим образованию огложений, является так называемый «свободный уровень» воды в вертикальных экранных трубах, который может получиться при неодинаковом обогреве параллельно включенных парообразующих труб циркуляционного контура, а также при обогреве газами лишь верхнего участка трубы, в то время как нижний участок ее за­шлакован. С повышением давления в парогенераторе растет опасность образования свободного уровня в связи с уменьшением движущих напоров циркуляции. При длительном наличии свободного уровня котловая вода, находящаяся в трубе ниже его, подвергается выпарива­нию. При этом концентрация веществ в котловой воде, содержащейся в трубе, быстро повышается, до­стигая значений, намного превышающих концентра­цию их в котловой воде, циркулирующей по другим трубам.

О связи солеотложений с гидродинамическим режи­мом свидетельствует наблюдаемое при эксплуатации парогенераторов высокого давления с дефектной цирку­ляцией специфическое явление, характеризующееся вре­менным снижением содержания легкорастворимых сое­динений в котловойводе.

Это так называемое «пря­танье» солей объясняется тем, что при росте нагрузки парогенератора, обладающего дефектной циркуляцией, известная часть натриевых соединений, входящих в со­став котловой воды, отлагается на интенсивно обогре­ваемых поверхностях парообразующих труб, плохо омы­ваемых котловой водой. При остановке парогенератора или же резком снижении его нагрузки наблюдается обратная картина, так как с восстановлением в паро­генераторе нормальной циркуляции и ликвидацией яв­ления расслоения пароводяной смеси водорастворимые натриевые соли, отложившиеся на «сухих» участках парогенератора, снова переходят в раствор.

Отложившиеся на высокотеплонапряженных участ­ках парообразующих труб водорастворимые натриевые соединения могут в результате топохимических реакций с окислами котельного металла преобразовываться в труднорастворимые смешанные накипи. Следователь­но, в известных неблагоприятных условиях натриевые соединения уже становятся опасными накипеобразователями.

Так как в условиях эксплуатации ТЭС могут иметь место кратковременные ухудшения качества питатель­ной воды, необходимо при проектировании прямоточных парогенераторов с. к. д. предусматривать размещение наиболее опасной (по отложениям соединений кальция, магния и окислов металлов) области фазового перехода в зоне пониженных тепловых нагрузок с таким расче­том, чтобы даже в наиболее интенсивно обогреваемом витке локальный тепловой поток на поверхности нагрева не превышал 230 квт/м².

Что же касается хлористого натрия и кремнекислоты, то они при соблюдении норм качества питательной воды проходят через прямоточный парогенератор транзитом благодаря тому, что исходная концентрация этих при­месей в питательной воде обычно намного меньше, чем их растворимость в насыщенном паре высокого давле­ния (см. гл. 4). Если же исходная концентрация этих примесей окажется больше, чем минимальная их раст­воримость в перегретом паре, то отложения появляются в зоне перегрева.

При повышенных концентрациях натриевых солей и кремнекислых соединений в питательной воде они (и в первую очередь Na₂SO₄) начинают откладываться по всему периметру труб прямоточного парогенератора, когда концентрация этих примесей в растворе еще да­лека от насыщения. Процесс отложения солей из не­насыщенного раствора, по-видимому, происходит вслед­ствие того, что при малых водосодержаниях толщина водяной пленки настолько уменьшается, что при интен­сивном обогреве она высыхает, хотя в ядре потока па­роводяной смеси еще содержится значительное коли­чество мелких капелек влаги.

Если после смешения пара от всех витков «пере­ходной зоны» он остается перегретым, то не исклю­чена возможность выноса из парогенератора сухой взве­си Na₂SO₄, образовавшейся при высыхании в паровом потоке влаги, поступающей из части труб. Едкий натр может частично задерживаться в парогенераторе благо­даря способности его к взаимодействию с окисной плен­кой металла с образованием феррита натрия (NaFeO₂). Что же касается распределения поступающей с пита­тельной водой кремниевой кислоты между отложениями в парогенераторе и паром, то оно в основном определя­ется величиной рН и ионным составом питательной воды. В тех случаях, когда кремниевая кислота образует силикаты натрия, они частично откладываются в паро­генераторе, образуя водовымываемые отложения. На­копленные в парогенераторе водорастворимые натрие­вые соли при изменении параметров его работы могут выноситься с паром, иногда в больших количествах, и откладываться затем в проточной части турбин.

Поиск по сайту: