Химическая промывка промышленных котлов – Обзор.
Для того, чтобы обеспечивать эффективный теплообмен, внутренние поверхности котлов, непосредственно контактирующие с водой и паром должны содержаться в чистоте и быть свободными от отложений.
Эта статья приводит рекомендации относительно того, когда и каким образом целесообразно выполнять химическую промывку котлов. Для определения необходимости проведения химической промывки котлов может быть использовано несколько методов.
Огневая (лобовая) поверхность котловых труб обычно состоит из магнитного железняка (магнетита) и меди. Статья подчеркивает ценовую эффективность различных средств химической промывки котлов, загрязненных различными видами отложений. химическая промывка водогрейных котлов стоимость должна быть тщательно спланирована. Критерии, определяющие успешность химических процедур и эффективность реагентов для растворения тех или иных отложений, определяются на основе детального анализа.
Уважаемый потенциальный Заказчик, если у Вас возникли любые вопросы о том, как промыть котлы, бойлеры или парогенераторы, сразу* звоните по тел. +7(499) 530-01-20 или +7(495) 776-50-79.
По этим телефонам нет секретарши, Вам ответит опытный сотрудник, который Вас грамотно проконсультирует о том как промыть Ваши котлы и нуждаются ли они в промывке.
*При условии, что Вы звоните в рабочий день до 18-00, в крайнем случае до 19-00.
Введение
Появление отложений и накипи в котлах это неизбежный, прогрессирующий процесс. Даже при наличии хорошей водоподготовки и строго контроля над конденсатом при помощи химических добавок, накипь и отложения будут появляться.
Отложения вызывают следующие основные проблемы:
-Увеличение температуры стенок труб;
-Уменьшение теплоотдачи, влекущее за собой увеличение стоимости энергии и потерю надёжности.
Увеличение температуры стенок труб происходит в результате низкой термической удельной проводимости отложений по сравнению с металлом.
Уменьшение теплоотдачи может привести к тому, что расчётная температура стенок трубы будет превышена, в конечном итоге это может привести к выходу трубы из строя в результате разрушения при ползучести. Эффективность теплопередачи определяется как отношение производительности котла к расходу топлива, как только отложения начинают уменьшать теплоотдачу, потребуется больше топлива для производства расчётной температуры, т. о. происходит общая потеря эффективности и потери энергии. В конечном счёте, удаление отложений и окалины из котла становиться насущной необходимостью для предотвращения его повреждений. Одним из путей удаления отложений и окалины является химическая промывка котла. Химическая промывка котла это многоступенчатый процесс, направленный на удаление всех существующих видов отложений с внутренней поверхности котлов, в результате гидротехническая система должна остаться чистой и дезактивированной.
Эта статья посвящена обзору критериев для химически очищаемых промышленных водогрейных котлов с рабочим давлением до 900 фунтов на кв. дюйм (63,3 кг/кв.см), которые используются для образования пара и эксплуатируются на предприятиях. Статья рассказывает об основных стадиях химической очистки и о подборе специфических химических реагентов, которые должны использоваться на каждой конкретной стадии, особое внимание уделяется удалению железной и медной окалины.
Химический состав отложений в котлах.
Главным компонентов отложений в котлах является магнетит (Fe3O4), который формируется как продукт реакции металлического железа с высоко-температурным паром. Другие кристаллические материалы, некоторые из них приведены в Табл. 1, также могут формировать отложения. Медь присутствует по причине коррозии медных сплавов конденсаторов питающей воды из алюминиевой бронзы и подогревателей, часто из-за проникновения кислорода в эти системы. Медь транспортируется через паровой узел, где её частицы оседают на внутренних поверхностях котла. Другие компоненты, представленные в Табл. 1, оседают на внутренних поверхностях котла таким же образом, а кроме того они могут происходить из загрязнений питающей воды или применения устаревших средств водоподготовки на основе солей ортофосфорной кислоты. Помимо кристаллических неорганических соединений, в отложениях может присутствовать органический осадок.
| Таблица 1: Состав котловых отложений | ||
| Компоненты | Формула | |
| Ангидрит | Anhydrite | CaSO4 |
| Арагонит | Aragonite | CaCO3 |
| Brucite | Mg(OH)2 | |
| Медь | Copper | Cu |
| Кальцит | Calcite | CaCO3 |
| Гематит (красный железняк) | Hematite | Fe2O3 |
| Гидроксиапатит | Hydroxyapetite | Ca10(OH)2(PO4)6 |
| Магнетит(магнитный железняк) | Magnetite | Fe3O4 |
| Кварц | Quartz | SiO2 |
| Тринардит | Thenardite | Na2SO4 |
| Волостанит | Wollastonite | CaSiO3 |
При разработке плана химической промывки необходимо принять во внимание различные компоненты, присутствующие в отложениях для того, чтобы подобрать оптимальные химические реагенты. Рекомендованные на основе анализа реактивы должны эффективно удалять отложения и окалину, не повреждая металла находящегося под ними.
Определение необходимости химической промывки котла.
Необходимость проведения химической промывки выявляется при проведении плановых проверок рабочих частей котла. Проверка должна выявить проблемные зоны котла, которые наиболее всего поражены коррозией или содержат наибольшее количество отложений. Другие факторы, воздействующие на решение о проведении проверок:
— потеря общей эффективности;
— наличие участков перегрева – например, засвидетельствованных инфракрасными исследованиями;
— разрушение труб при штатной эксплуатации.
Если данные, полученные в ходе плановой проверки, устанавливают возможность необходимости химической проверки, забор вырезок котловых труб является самым надёжным способом проведения подготовительного анализа. Вырезки труб должны забираться из проблемных зон. Длина вырезки трубы должна быть равна как минимум 3 фута (около 1 метра), для того чтобы инструменты для забора (отрезной круг или газовый резак) не загрязняли накипь в центре вырезки окалиной или опиловкой. Затем отложения должны быть проанализированы, существует несколько методик определения их химического состава.
Плотность накипи определяется гравиметрическим методом после растворения в ингибированной соляной кислоте. Потеря веса при нагревании в печи определяет процент содержания углеводородов, который затем определяет необходимость щелочного обезжиривания. Необходимость очистки выявляется на основе анализа плотности отложений. Таблица 2 показывает шкалу плотности отложений в соответствии с необходимыми действиями.
| Таблица 2. Шкала плотности отложений и адекватных действий | |
| Плотность отложений г/кв.фут (мг/кв.см) | Рекомендованные действия |
| < 23 (25) | Ничего не надо предпринимать |
| 23-70 (25-75) | Хим. промывка в течение одного года |
| 70-93 (75-100) | Хим. промывка в течение 3 месяцев |
| >93 (100) | Хим. промывка перед возобновлением операций |
Шаги по проведению химической промывке котлов и выбору технологической обработки.
Очистка котлов обычно состоит из комбинации следующих стадий:
— Механическая очистка
— Промывка водой
— Обработка щелочами
— Очистка органическими растворителями
— Нейтрализация и пассивация
Механическая очистка и промывка водой могут удалить рыхлую окалину и другие не зацементировавшиеся отложения с внутренней поверхности котла. Обработка щелочами удаляет масла и углеводороды, которые могут помешать растворению отложений кислотными промывочными реагентами. На стадии очистки органическими растворителями отложения удаляются из котла при помощи реагентов на основе ингибированной кислоты. После их удаления, только что очищенный активный металл становиться незащищённым. Стадия нейтрализации и пассивации применяется для того, чтобы удалить любые оставшиеся следы оксида железа и покрыть активный металл хорошо пассивированным слоем.
Состав отложений, их количество и распределение сильно варьироваться от котла к котлу и даже внутри одного котла в различные периоды его эксплуатации. Поэтому необходимо в каждом случае проводить специфическую промывку или серию промывок, чтобы наиболее эффективно провести тщательно и безопасно очистить котёл, согласно заданным стандартам. Эта часть статьи выполняет роль гида по выбору видов очистки.
Основные критерии, которые должны быть выдержаны это:
— Очистка должна быть безопасной и совместимой с материалами, из которых выполнено промываемое оборудование.
— Отложения должны демонстрировать достаточную растворимость в процессе выбранного вида очистки. Необходимо обращать внимание на возможность образования любых нерастворимых веществ в процессе реакции и не допускать их образование, что позволит достичь заданной степени очистки.
Удовлетворяя этим критериям, сделайте окончательный выбор, однако, стоит принять во внимание и другие критерии как-то: стоимость, проблема с утилизацией отходов и отведённое на промывку время.
Химическая очистка обычно включает одну или более стадий из ниже перечисленных:
— горячее щелочное обезжиривание,
— удаление меди,
— промывка реагентами на основе кислоты с последующей нейтрализацией и пассивацией
Лабораторные исследования установят последовательность стадий химической очистки. Гидродинамическая промывка может быть использована для удаления не зацементировавшихся отложений. Если гидродинамическая промывка была произведена, за ней должны последовать удаление коррозийного налёта и пассивация. Дистанционные исследования при помощи фиброскопа, записанные на видеопленку и анализ плотности отложений трубных вырезок, до и после химической промывки, обеспечат визуальное подтверждение эффективности химической промывки.
Стадия обработки горячей щелочью.
Если присутствуют масло, смазки, углерод или какая-либо органика, их необходимо удалить в процессе химической очистки. Выбор метода зависит от степени загрязнённости. Обработка горячей щёлочью используется только в тех случаях, когда органические отложения могут повлиять на эффективность химической очистки. Если растворяемость отложений в промывочном реагенте более 70% с или без добавления поверхностно-активных веществ, отдельная стадия обработки горячей щёлочью не требуется.
Обезжиривание кальцинированной содой (Na2CO3) это мягкая обработка, применяемая в тех случаях, когда загрязнения изначально состоят из легкого масла или смазок; с менее чем 5 %-ным содержанием органических загрязнений. Табл. 3 показывает контрольные параметры для щелочного обезжиривания при помощи кальцинированной соды.
| Таблица 3. Контрольные параметры для щелочного обезжиривания кальцинированной содой. | ||
| Химикалии | Концентрация | |
| Карбонат натрия | Sodium carbonate | От 0.5 до 1.0 % от веса |
| Метасиликат натрия | Sodium metasilicate | От 0.5 до 1.0 % от веса |
| Трисодиум фосфат | Trisodium phosphate | От 0.5 до 1.0 % от веса |
| Поверхностно-активное вещество | Surfactant | От 0.1 до 0.2 % от объёма |
| Пенопоглатитель(еслитребуется) | Antifoam (if required) | От 0.05 до 0.1% от объёма |
| Температурный предел | Temperature Limit | 155 °C |
| Циркуляция | Нормальная рабочая | |
| Продолжительность обработки | От 18 до 24 часов | |
| Скорость коррозии | Corrosion Rates | < 2 mpy |
Обезжиривание каустической содой (NaOH) обычно используется для всех новых котлов; в случае если присутствует вторичная окалина или если загрязнения от 5 до 30%. Таблица 4 показывает контрольные параметры для обезжиривания каустической содой.
| Табл. 4. контрольные параметры для обезжиривания каустической содой. | ||
| Химикалии | Концентрация | |
| Гидрат натрия (каустическая сода) | Sodium hydroxide | От 1.0 до 2.0% от веса |
| Трисодиум фосфат | Trisodium phosphate | От 0.5 до 1.0 % от веса |
| Поверхностно-активное вещество | Surfactant | От 0.1 до 0.3 % от объёма |
| Пенопоглатитель(если требуется) | Antifoam (if required) | От 0.05 до 0.1% от объёма |
| Температурный предел | Temperature Limit | 155 °C |
| Циркуляция | Нормальная рабочая | |
| Продолжительность обработки | От 18 до 24 часов | |
| Скорость коррозии | Corrosion Rates | < 2 mpy |
Перманганат калия (KMnO4) используется там, где количество органических загрязнений значительное (>30) и накоксованное. Эта обработка должна применяться только там, где тип загрязнений и их количество нельзя удалить иначе, так как её стоимость, проблемы с утилизацией и сложность последующей химической промывки значительно выше, чем при альтернативных вариантах. Контрольные параметры для щелочного обезжиривания с перманганатом показаны в Табл.5
| Таблица 5. Контрольные параметры для щелочного обезжиривания с перманганатом. | ||
| Химикалии | Концентрация | |
| Гидрат натрия (каустическая сода) | Sodium hydroxide | От 1.0 до 2.0% от веса |
| Перманганат калия | Potassium permanganate | От 1.0 до 3.0% от веса |
| Температурный предел | Temperature Limit | 100 °C |
| Циркуляция | От1200 л/мин до 4500 л/мин | |
| Продолжительность обработки | От 6 до 12 часов | |
| Скорость коррозии | Corrosion Rates | < 2 mpy |
Там где отложения содержат большое количество сульфата кальция (т. е. 10%) обработка по преобразованию сульфата может быть необходима и экономически обоснована. Она будет способствовать увеличению растворимости накипи в течение последующей обработки кислотными промывочными реагентами, такими как ингибированная соляная кислота. Контрольные параметры обработки преобразования сульфатов показаны в Таблице 6.
| Таблица 6. Контрольные параметры обработки преобразования сульфатов | ||
| Химикалии | Концентрация | |
| Карбонат натрия | Sodium carbonate | От 1.0 до 5.0 % от веса |
| Поверхностно-активное вещество | Surfactant | От 0.1 до 0.2 % от объёма |
| Температурный предел | Temperature Limit | 95 °C |
| Циркуляция | От1200 л/мин до 4500 л/мин | |
| Продолжительность обработки | От 12 до 24 часов | |
| Скорость коррозии | Corrosion Rates | < 2 mpy |
Если концентрация меди в отложениях больше 10%, необходима раздельная обработка, чтобы растворить как можно больше меди перед очисткой кислотными промывочными реагентами. Произведите оценку меди, которая должна быть удалена на основе анализа отложений и используйте один из приведенных видов обработки щелочами для того, чтобы привести понизить уровень содержания меди менее 10%. Другие виды щелочной обработки с карбонатом аммония и нитратом натрия также применимы для удаления меди при более чем 10% концентрации. Оставшаяся в котле медь будет удалена в процессе промывки кислотными реагентами. Таблица 7 показывает контрольные параметры для удаления меди с гидрокарбонатом аммония, воздухом или кислородом.
| Таблица 7. Контрольные параметры для удаления меди с гидрокарбонатом аммония, воздухом или кислородом. | ||
| Химикалии | Концентрация | |
| Гидрокарбонат аммония | Ammonium bicarbonate | 1.6 л/кг удаляемой меди |
| Водоаммиачный раствор (нашатырный спирт) | Aqua ammonia | 2.4 л/кг удаляемой меди рН = 9.5 |
| Воздух или кислород | От 1.3 до 1.5 кубических метров в минуту | |
| Температура | 50-60°C | |
| Время обработки | От2 до 4 часов | |
| Скорость коррозии | < 2 mpy | |
Стадия химической очистки кислотными реагентами.
Соляная кислота – с тех пор как ингибированная соляная кислота производиться с хорошей растворяющей способностью по отношению к широкому разнообразию отложений, ингибированная соляная кислота наиболее широко применяемый реагент для растворения отложений. Это экономичный и легкий в управлении вид химической промывки. При соблюдении параметров и при правильном добавлении ингибиторов этот метод показывает хорошие коррозийные характеристики. Процесс достаточно гибкий и может быть подогнан для удаления медных соединений посредством добавления тиомочевины (H2NCSNH2), для того, чтобы усилить удаление диоксида кремния посредством добавления гидродифторида аммония или удаление органики посредством добавления ПАВ. Этот вид промывки не совместим с нержавеющей сталью. Когда концентрация меди в отложениях более 10% необходимо раздельное удаление меди перед использованием соляной кислоты. Таблица 8. Показывает контрольные параметры при промывке соляной кислотой.