4.8.1. Режим эксплуатации водоподготовительных установок и водно-химический режим

должны обеспечить работу электростанций и тепловых сетей без повреждений и снижения экономичности, вызванных коррозией внутренних поверхностей водоподготовительного, теплоэнергетического и сетевого оборудования, а также образованием накипи и отложений на теплопередаюших поверхностях, отложений в проточной части турбин, шлама в оборудовании и трубопроводах электростанций и тепловых сетей.
В настоящее время основная доля электрической энергии производится на тепловых электростанциях (ТЭС). Эти электростанции, а также автономные котельные играют ведущую роль в централизованном теплоснабжении промышленных и коммунальных потребителей, что определяет те высокие требования, которые предъявляются к надежности и экономичности работы этих энергообъектов.
Характерной особенностью ТЭС, теплофикационных установок и тепловых сетей является использование на них в качестве теплоносителя и рабочего тела воды и водяного пара, что налагает определенные требования на условия их эксплуатации.
Абсолютно чистая вода, отвечающая без учета ее изотопного состава известной формуле Н20, в природе не встречается. Изза особенностей строения молекулы вода обладает рядом аномальных свойств и, в частности, исключительно большой растворяющей способностью, В силу этого любая природная вода, используемая в промышленности, в том числе на ТЭС, теплофикационных установках и в тепловых сетях, всегда содержит разнообразные примеси: взвешенные вещества различной степени дисперсности,
растворимые вещества органического происхождения, растворимые минеральные вещества, газы, а также растительные и живые организмы. Растворимые в воде минеральные вещества, а также наличие их качественных и количественных характеристик являются определяющими факторами ее широкого применения в промышленности.
К настоящему времени в различных природных водах установлено наличие практически всех естественных элементов таблицы Менделеева в самых разнообразных количествах — от микро до значимых величин. Суммарное же содержание в природных водах растворенных минеральных веществ (минерализация, солесодержание) колеблется от нескольких миллиграммов в кубическом дециметре воды (дождевая вода в наиболее экологически чистых районах) до 30 — 35 г/дм3 (воды морей и океанов). Еще большее количество растворимых минеральных веществ содержится в специфических водоемах и водоисточниках — соленых озерах, минеральных источниках. Воды поверхностных (реки, озера, водохранилища) и многих подземных водоисточников, используемых в промышленности, в том числе и на ТЭС, в среднем (для разных источников) имеют минерализацию в пределах 50 — 5000 мг/дм3 (до 100 мг/дм3 — очень малая минерализация; до 200 мг/дм3 — малая минерализация; 200 — 500 мг/дм3 — средняя минерализация; 500—1000 мг/дм3 — повышенная минерализация; более 1000 мг/дм3 — высокая минерализация).
Природные воды поверхностных водоисточников, особенно средней минерализации, как правило, достаточно стабильны и не вызывают быстрых повреждений постоянно соприкасающегося с водой оборудования, выполненного из обычных конструкционных материалов (углеродистая сталь, медьсодержащие сплавы), если только физикохимические условия, в которых находится вода в том или ином производственном процессе, практически не отличаются от природных. Известно, например, что стальные
водоводы и перекачивающее оборудование во многих случаях вполне надежно эксплуатируются в течение десятилетий без какой-либо предварительной обработки воды, забираемой из природного водоисточника, кроме удаления из нее взвешенных веществ, которые могут механически повредить технологическое оборудование, арматуру и трубопроводы.
Однако при использовании воды на энергообъектах в пароводяных контурах, а также в контурах охлаждения изменяются температура, давление, теплофизические и физикохимические свойства как воды, так и образующегося из нее пара. При этом изменяется и поведение растворенных и взвешенных примесей, присутствующих в тех или иных количествах в воде и паре. При определенных условиях эти примеси могут образовывать на внутренней поверхности теплоэнергетического оборудования отложения различного типа и состава. Часть примесей выделяется в толще циркулирующей воды в виде шлама, который затем оседает в местах вялой циркуляции воды (в коллекторах экранов паровых котлов, в отдельных участках тепловой сети). Отложения шлама обычно рыхлые, однако он может “прикипать” к поверхностям нагрева, образуя так называемую вторичную накипь.
В трубках конденсаторов турбин, магистральных водоводах циркуляционных систем и различных подогревателях исходной (“сырой”) воды часто образуются биологические отложения, пленки которых состоят из бактерий, водорослей и других живых организмов.
Образование отложений в пароводяном тракте ТЭС оказывает отрицательное влияние на работу основного и вспомогательного оборудования. Отложения увеличивают шероховатость и уменьшают площадь проходных сечений трубопроводов, что увеличивает потери на трение. Обладая меньшей по сравнению с металлом теплопроводностью, отложения ухудшают передачу тепла в теплообменных аппаратах, что приводит к ухудшению экономичности Работы оборудования. Кроме того, при больших тепловых
нагрузках в экранных и пароперегревательных поверхностях нагрева котлов температура стенок труб изза ухудшения условий теплопередачи может достигать весьма высоких значений (600 — 700°С), при которых долговечность труб резко снижается и возможны их повреждения. В современных паровых котлах такие явления могут наблюдаться при образовании слоя отложений толщиной всего 0,1-0,2 мм.
Отложения в проточной части турбин приводят к ухудшению экономичности, а при значительных отложениях возможно ограничение мощности турбины изза увеличения осевого усилия и опасности выплавления упорного подшипника.
Пар и вода, а также присутствующие в них примеси, в том числе и растворенные газы (кислород, углекислота), в результате сложных физикохимических взаимодействий с металлом оборудования и трубопроводов могут вызывать коррозию и связанные с ней повреждения оборудования. Продукты коррозии, попадая в циркулирующую рабочую среду, могут при определенных условиях выпадать на внутренней поверхности оборудования и трубопроводов в виде отложений, вызывая описанные выше вредные последствия.
Различные затруднения в эксплуатации теплоэнергетического оборудования, связанные с применением в качестве теплоносителя и рабочего тела воды и водяного пара, были отмечены еще в XIX веке на ранних стадиях развития теплоэнергетики. Уже тогда было выявлено, что эти затруднения возникали изза применения для питания паровых котлов непосредственно природной воды без какойлибо предварительной ее обработки; найдено, какие из основных примесей, содержащихся в природной воде, вызывают те или иные затруднения в эксплуатации (“вредные” примеси); установлено, что для обеспечения безаварийной работы котлов (а также и другого теплоэнергетического оборудования) содержание таких “вредных” примесей в используемой воде не должно превышать определенных предельных значений (нормы), отличающихся по величине для разных примесей, технологических процессов и параметров, при которых эти процессы протекают; разработаны некоторые способы очистки природных вод от ряда примесей до требуемых в тот период норм и т.д.
Однако главным достижением этого периода является признание того, что в обеспечении надежной и экономичной работы энергообъектов рациональная организация водного режима имеет не меньшее значение, чем решение теплотехнических проблем и проблем гидравлики. Соответственно начали расширяться исследования в области очистки природных вод, конденсатов и т.п., начаты исследования физикохимических свойств воды и водяного пара и механизма парообразования в широком интервале температур и давлений; появились и стали развиваться такие научноприкладные дисциплины, как “Водоподготовка”, “Воднохимический режим ТЭС” и др.; в правила эксплуатации энергообъектов были введены как самостоятельные и обязательные для выполнения правила организации и ведения на энергообъектах водоподготовки и воднохимического режима, а также нормы качества воды и пара, выполнение которых необходимо для обеспечения нормальной работы оборудования энергообъектов. Эти нормы вырабатываются на основе результатов научноисследовательских работ и обобщения обширного опыта эксплуатации и периодически дополняются и корректируются по мере получения новых данных. Естественно, что полученные таким образом нормы являются усредненными для всех групп энергообъектов, поэтому в отдельных случаях они могут конкретизироваться с учетом особенностей объекта, что специально указывается в тексте нормативного документа.
Следует иметь в виду, что причины, вызывающие образование отложений и развитие коррозии оборудования, зависят не только от организации водоподготовки и воднохимического режима.
На эти процессы могут также влиять высокие локальные тепловые потоки, вызванные конструктивными особенностями котла или горелочных устройств и несовершенством топочного режима; недостатки тепловых схем, допускающие подачу в конденсатно-питательный тракт загрязненных потоков воды и конденсата без предварительной их очистки; отсутствие возможности промывки оборудования для удаления из него продуктов коррозии; длительная работа с низкой гидравлической и воздушной плотностью конденсаторов турбин; отсутствие консервации оборудования при простоях и др. Поэтому в создании и поддержании условий, препятствующих образованию отложений накипи и шлама и развитию процессов коррозии оборудования, должен принимать участие персонал не только химического цеха, но и других цехов, эксплуатирующих теплоэнергетическое оборудование [1] — [3].