Как можно уменьшить и очистить накипь в паровом котле?

Что представляет собой накипь в паровом котле? Причины образования накипи и как ее обнаружить? Характерные признаки образования накипи и виды удаления.

Отложения котлового камня, как причина эксплуатационных проблем

В ходе нашего исследования мы рассматривали вопросы образования отложений котлового камня в котлах с низким и средним давлением (т.е. работающих под давлением до 40 бар). На внутренней поверхности котлов во время их работы, а также и во время простоя могут образовываться отложения различные по химическому составу и по структуре, обычно называемые котловым камнем. Данное явление обуславливается следующими процессами:

■ изменения в составе воды вследствие нагрева и концентрации, а также выделением твердых отложений;

■ накопление на поверхности котла различных растворенных в воде суспензий;

■ коррозия металлических элементов котла и образование отложений из продуктов коррозии.

Образование отложений зависит от множества факторов, а именно:

■ качества наполняющей котел воды;

■ качества котловой воды и интенсивности опреснения;

■ тепловой нагрузки и температуры поверхности;

■ конструктивных решений котла;

■ способа эксплуатации.

Данные отложения могут возникнуть также вследствие возвращения в котел конденсата с повышенной жесткостью воды, например в случае коррозионного повреждения теплообменника с бытовой водой.

Вследствие превышения растворимости в твердой форме выпадают в осадок соли соединений кальция, магния, железа, кремния. Во время нагрева воды происходит разложение бикарбоната кальция в соответствии с нижеприведенной реакцией:

Ca(HСO3)2=CaСO3↓+H2O+CO2↑ (1)

Полученный карбонат кальция может осаждаться в форме кристаллического кальцита или в форме аморфного арагонита как ил. Диоксид же углерода выделяется в паровую часть котла и конденсирует в конденсате трубопровода, окисляя его как угольная кислота, вызывая коррозию труб и емкости для конденсата. Образующиеся железистые коррозионные отложения могут возвращаться в котел вместе с конденсатом и осаждаться там, вызывая уменьшение поперечного сечения труб вначале нагревателя, а затем непосредственно осаждаются в котле. Помимо этого в котле образуются отложения гипса и другие, перечисленные в таблице 1.

Taблица 1. Распространенные отложения, образующиеся в паровых котлах [1].

Химическая формула Название материала
СаСОэ Кальцит или арагонит
CaS04 lub CaSO4x0,5H2O Сульфат кальция или полугидратный гипс
ЗСа3(Р04)2хСа(0Н)2 Гидроксиапатит
3Mg0x2Si02x2H20 Серпентин
Fe3(P04)2xH20 Вивианит
Fe203 Гематит
FeO(OH) Гетит
Mg2Si04 Форстерит
(Mg, Fe)2Si04 Оливин

Часть отложений осаждается из воды в виде грязи, а часть в виде твердых отложений, называемых котловым камнем, который накапливается на нагревательных поверхностях и других элементах котла. Наиболее твердые отложения образуют силикаты (за исключением силиката магния), сульфаты, а также оксиды железа и карбонат кальция, если кристаллизуется в форме кальцита. Осаждаются в виде ила также гидроксид железа, карбонат кальция, как арагонит, гидроксид и силикат магния, фосфаты кальция и магния. Периодически в котле могут осаждаться соединения меди, накапливающиеся в котле вследствие декупрумизации его элементов либо поступающие с подающей водой. Это может послужить причиной гальванической коррозии котлов. Осаждение отложений в котле однозначно свидетельствует о несоответствующем процессе очистки воды для котловых нужд.

Отложения в котле изображены на фотографиях (рис. 1, 2 и 3).

image001.jpg

Отложения карбоната кальция не представляют собой коррозионной угрозы (а даже наоборот, улучшают коррозионную безопасность). Однако данные отложения снижают тепловую эффективность котла, а также ухудшают его гидравлические параметры (увеличение сопротивления потока, локальная блокировка потока).

image002.jpg

Отложения, осаждающиеся из поступивших из системы продуктов коррозии (гидратированные оксиды и гидроксиды), обычно образуют на теплообменных поверхностях мягкий и пористый слой с умеренным коэффициентом теплового сопротивления. Отложения данного типа способствуют коррозии, а особенно одной из ее разновидностей, называемой щелевой коррозией, связанной с возникновением так называемых концентрационных очагов, т.е. мест на поверхности металла с различной степенью насыщения воды кислородом (см. табл. 2).

Taблица 2. Коэффициент теплопроводности котлового камня с различным составом в сравнении с другими материалами [1].

image003.jpg

image004.jpg

Силикатный котловой камень имеет коэффициент теплопроводности в 500 раз ниже, чем сталь. Соответственно, он способствует перегреву конструкций котла порой на 100 ОС и выше, вследствие чего пластичные свойства металла резко снижаются и могут образовываться выпуклости на различных его элементах, а также трещины на швах и локальные прогорания. При использовании котлов с отложениями котлового камня не избежать экономических потерь, связанных с расходом большего количества топлива. В зависимости от типа отложений эти необоснованные потери достигают нескольких процентов повышенного расхода топлива на 1 мм отложений (в некоторых источниках указывается 8-10% на 1 мм отложений) за счет роста потерь тепла с уходящими газами (рис. 4).

image005.jpg

В каких случаях нужна химическая промывка котлов?

Химическая промывка применяется в следующих случаях:

  1. Когда в котле есть накипь.
  2. Когда нет возможности воспользоваться другими методами очистки.
  3. Когда вы предпочитаете именно химический метод очистки оборудования.

Причины промывания котла от накипи

Промывка теплообменников необходима в следующих случаях:

  • Нормализация передачи тепла от металла к воде.
  • Предотвращение прогорания котла.
  • Профилактика аварийных случаев.
  • Повышение срока эксплуатации устройства.

Своевременная очистка сокращает расход газа и предотвращает появление поломок.

Промывка котла от накипи: последствия игнорирования

В современных магистралях используют обычную жесткую воду, которая быстро приводит к тому, что оборудование изнутри покрывается накипью. Промывку котлов нужно проводить обязательно на регулярной основе. Если очистку не произвести вовремя. Последствия могут быть самыми непредсказуемыми, но точно неприятными.

Если время от времени не производить промывку котлов, при работе они начнут перегреваться.

Устройство газового котла таково, что теплоноситель, поступающий из обратной магистрали, охлаждает полости нагревательных элементов, расположенных внутри. Теплоноситель не может эффективно охлаждать элементы в случае, если они покрыты толстым слоем накипи. Если котел будет постоянно перегреваться, то вскоре он и вовсе перестанет работать.

К чему приведет игнорирование промывки:

  • Накипь состоит из минеральных отложений, которые не способствуют теплопроводности. Накипь приводит к тому, что вода нагревается медленно, на что уходит значительно больше электроэнергии. Толстый слой накипи приводит к увеличению расхода газа, что повышает цену за использование котла.
  • Накипь может привести к поломке котла из-за затруднительного прохождения теплоносителя. Это повышает нагрузку циркуляционного насоса, что приводит к его скорой поломке.

Перед промывкой котла важно обратить внимание на то, какая жидкость течет по магистрали. Необходимость частой промывки будет обусловлена очень жесткой и загрязненной водой. Для того чтобы снизить частоту очисток, необходимо использовать антифриз – важно, чтобы он не был просрочен.

Химические технологии, помогающие в удалении отложений котлового камня

Очистка нагревательной поверхности от отложений в котле химическим способом достигается путем полного растворения отложений либо только их размягчением и отслоением от поверхности, а затем удалением сильной струей воды. На практике, как правило, эти два метода применяются в комплексе, вначале используют растворы, которые преобразуют отложения (если не полностью, то по крайней мере частично) в растворимые соли и вызывают тем самым нарушение их структуры и отслоение от поверхности. Затем оставшиеся, раздробленные с нарушенной структурой отложения отрываются с помощью сопел, работающих под давлением (рекомендуемое рабочее давление в наконечнике сопла составляет около 1000 бар).

Основными реагентами при химической очистке могут быть: минеральные кислоты, органические кислоты, комплексоны, щелочи, либо препараты, представляющие собой смесь вышеуказанных веществ. Соответственно, возможны методы очистки котлов: щелочные, комплексоны и кислотные, последние в свою очередь могут быть с применением ингибированных органических кислот, ингибированных неорганических кислот или смеси органических и неорганических кислот с ингибиторами коррозии.

К наиболее популярным относятся методы с применением неорганических кислот, в том числе соляной и сульфаминовой кислот, а также ортофосфорная, лимонная и аскорбиновая (витамин C) кислоты.

На практике для котлов, изготовленных на базе стали и чугуна, чаще всего применяют растворы, основа которых представляет собой соляную либо сульфаминовую кислоту, с добавлением ингибитора коррозии. Соляная кислота является наиболее эффективным и наиболее быстро действующим реагентом и может применяться как для удаления карбонатного камня, так и для борьбы с продуктами коррозии, а также загрязнений, имеющих механический состав, которые часто остаются в котловой воде. Преимуществом данного реагента является также его низкая цена, что весьма существенно в случае нахождения в котле большого количества отложений.

Однако в отношении котлов, изготовленных из коррозионно-стойкой стали применяются растворы фосфорной либо сульфаминовой кислот, с соответствующими ингибиторами коррозии.

Реакция соляной кислоты с отложениями котлового камня в зависимости от химических соединений, присутствующих в отложениях, выглядит следующим образом:

■ в случае соединений кальция и магния:

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2, (2)

Ca3(PO4)2+6HCl=3CaCl2+2 H3PO4, (3)

Mg(OH)2+2HCl=2MgCl2+2H2O. (4)

■ в случае соединений железа:

FeO+2HCl=FeCl2+H2O, (5)

Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O. (6)

При растворении котлового камня в соляной кислоте растворимыми становятся те компоненты отложений, структура которых представлена карбонатами, фосфатами, гидроксидами кальция и магния и оксидами железа.

Если, однако, отложения представлены сульфатами, силикатами, алюмосиликатами, т.е. солями нерастворимыми в минеральных кислотах, необходимо преобразовать данные отложения, в процессе так называемой щелочной варки, в отложения, которые будут растворимы в минеральных кислотах. Для щелочной варки применяют щелочные соединения, такие как карбонат натрия, фосфат натрия и непосредственно гидроксид натрия. В процессе щелочной варки наступает инверсия сульфатов и силикатов в реакции двойного обмена на карбонаты и фосфаты, которые уже будут растворимы в соляной кислоте. Реакция щелочной варки протекает следующим образом:

3CaSO4+2Na2PO4=Ca3(PO4)+3 Na2SO4, (7)

CaSjO3+Na2CO3-CaCO3+Na2SjO3. (8)

Значительно труднее растворяются в соляной кислоте оксиды железа, а в частности магнетита. Эффективность их растворения в соляной кислоте представлена в следующей последовательности: FeO, Fe2O3 и Fe3O4.

Я. Марьяновский в своих работах описал эффективность различных растворов для растворения магнетита. Результаты размещены в таблице 3 [3].

Taблица 3. Растворимость соединений магнетита в различных растворах и при разных температурах.

image006.jpg

Процедуру очищения котлов невозможно было бы осуществить без ингибиторов коррозии. Это соединения, которые обычно добавляются от доли процента до нескольких процентов, они противодействуют коррозии стали как основного конструкционного материала котла. Они должны максимально ограничивать коррозию стали (железа), не влияя при этом на скорость растворения оксидов и других соединений. В процессе химической очистки конструкционный материал также подвергается травлению и для предотвращения данного явления необходимо для поверхности металла обеспечить ингибитор, который необратимо будет абсорбироваться металлической поверхностью. При выборе ингибитора основополагающими являются следующие аспекты: эффективное защитное действие и высокая стабильность ингибитора. Наиболее эффективные ингибиторы задерживают коррозию почти на 99% [2].

Опыт применения ингибиторов показывает, что эффективность их действия зависит от присутствия полярных групп, таких как амино-группа, сульфатная группа, а также в значительной степени гидрофобная группа. Ингибиторы со значительной долей гидрофобной группы плохо растворимы в воде либо нерастворимы в целом, однако растворимы в кислотах.

Хотя современные ингибиторы представляются очень эффективными и действенными, необходимо отметить, что в течение десятилетий перед соляной кислотой применялся уротропин (гексаметилентетрамин). Скорость коррозии стали в низких температурах при применении уротропина невысокая и снижена примерно в тысячу раз по сравнению с показателями коррозии без использования ингибиторов. Однако при температурах свыше 45 ОС наступает процесс разложения уротропина, с выделением характерного запаха. В температуре около 60 ОС уротропин не действует больше как ингибитор, а поверхность металла покрывается пузырьками водорода, которые высвобождаются. Может возникнуть так называемая водородная хрупкость металла. Водород начинает поглощаться зернами стали, где может скапливаться под высоким давлением в виде пузырьков, что в итоге может привести к необратимым повреждениям стали.

Ниже, в таблице 4 приведена эффективность выбранных субстанций как ингибиторов коррозии в 2N HCl для стали при температуре 38 ОС после 4 ч [4].

Taблица 4. Эффективность ингибиторов в среде 2N HCl в темп. 38 ОС, после 4 ч.

image007.jpg

Как обнаружить накипь в котле отопления

В промышленных котлах есть специальные люки, через которые можно осмотреть котел изнутри. Котлы отопления (газовые, электрические, твердотопливные) бытового назначения открываются только при разборке. Поэтому необходимо провести внешнее наблюдение за работой котла в отопительный период. Если накипь уже образовалась, то:

  • КПД котла начинает резко падать;
  • увеличивается потребление тепловой энергии;
  • электрические насосы, подключенные к системе, используют больше электроэнергии;
  • радиаторы в системе имеют разную температуру;
  • снижается уровень теплоотдачи;
  • в котле появляются посторонние шумы.

Обнаружив такие неполадки, стоит немедленно решать, как удалить накипь в котле отопления, пока она не превратилась в известковый камень.

Как обнаружить?

Присутствие накипи при обогреве отопительным котлоагрегатом можно визуально, выполнив его демонтаж и частичную разборку. Однако в таком случае теряется гарантия и сервисное обслуживание. К тому же, необходимо привлечение специалистов, чтобы не допустить повреждений конструкции.

Другой способ обнаружения можно назвать косвенным, так как его можно реализовать без разбора самого котла. Для этого нужно выключить котёл, дождаться пока он остынет, а затем открутить гайку на трубе контура отопления, слить воду и изучить состояние внутренней поверхности. В случае присутствия накипи, будет виден белый налёт или соляные хлопья.

Какой реагент выбрать для химической промывки котла?

Основными требованиями к реактиву для химической промывки являются:

  1. Способность эффективно удалять накипь и соли жесткости (Са и Mg).
  2. Низкая коррозионная активность.

Мы ставим под вопрос адекватность требования к реагенту —  растворять ржавчину и оксиды железа, поскольку считаем, что это может привести к утонению стенок котловых труб. Мы вынесем этот вопрос на обсуждение в нашем Блоге.

В нашем реагенте нет добавок, растворяющих металл котла!

Проведя исследования сотен образцов накипи, накопившихся у нас за 15 лет работы, мы приняли участие в разработке реагента для химической промывки котлов, который получил название — реагент для промывки котлов Кратол.

В состав реагента для химической промывки входят:

  1. Сульфаминовая кислота.
  2. Ингибитор коррозии.
  3. Преобразователи.
  4. Пеногасители.
  5. ПАВ

Сульфаминовая кислота была выбрана в качестве основы благодаря своей прекрасной способности растворять накипь и отложения.

Специальные ингибиторы коррозии позволили получить рекордно низкую скорость коррозии для Стали 3 — 0,11 г*м2/час!

Благодаря этим преимуществам, мы используем средство Кратол для химической промывки котлов и гарантируем качество и безопасность выполнения работ!

Характерные признаки образования накипи

Признаками наличия накипи в котлах являются:

  • снижение максимальной температуры нагрева;
  • повышение расхода энергоносителей;
  • перегрев наружных поверхностей;
  • срабатывание защиты от перегрева;
  • возникновение поломок: перегорание ТЭНа, разгерметизация котла;
  • разная температура радиаторов;
  • появление посторонних шумов.

Накипь в паровом котлеОдним из признаков наличия накипи в котлах является снижение максимальной температуры нагрев

Формальные действия, связанные с процедурой химической очистки котла

В Польше техническое оборудование, к которому относятся паровые котлы, подвергается техническому надзору и все ремонтные мероприятия, к которым собственно и относятся операции, связанные с химической очисткой, попадают под устав от 21 декабря 2000 г о техническом надзоре [5]. Процедуру очистки может осуществлять только учреждение, получившее разрешение в Техническом Надзоре на осуществление химической очистки оборудования. Каждая операция химической очистки должна быть согласована с отделением Технического Надзора (ТН) согласно с WUDT-UC-CH-2/2008.

Решение о необходимости химической очистки котла обычно принимается после плановой инспекции котла. Во время инспекции должны быть проверены определенные зоны котла, для которых свойственны коррозионные процессы или образование котлового камня. Другие факторы, которые необходимо учитывать, это:

■ снижение общей эффективности котла;

■ повреждение нагревательных труб во время нормальной работы котла.

Химическая очистка производится всегда после обнаружения [1]:

■ прогораний даже одиночных труб в котле, что может быть вызвано незначительным количеством твердых отложений около 50 г/м2 (что соответствует толщине 0,025 мм);

■ отложений в количестве большем, чем 250 г/м2 (что соответствует толщине около 1 мм).

Рекомендации по химической очистке котла представлены в табл. 5.

Taблица 5. Количество отложений на теплообменных поверхностях в котле и рекомендуемые действия.

image008.jpg

Очистке должна предшествовать соответствующая запись в Книге по эксплуатации котла, рекомендующая химическая очистку в соответствующем для данного региона отделении ТН.

Исходная документация для химической очистки должна быть разработана на основе анализа химического состава отложений с очищаемого устройства/элемента устройства, в соответствии с определенным образцом, с учетом химического сопротивления материала, из которого изготовлено устройство/элемент устройства.

Учреждение, уполномоченное осуществлять операцию химической очистки, после завершения процедуры должно выдать свидетельство о произведенной химической очистке, а владелец котла уведомляет соответствующее отделение ТН с целью проведения срочного внутреннего аудита. Целью внутреннего аудита является проверка чистоты котла и определение технического состояния стенок элементов котла и обнаружение различных повреждений, таких как коррозия, трещины, деформации и т.д. После внутреннего аудита производится гидравлический тест, заключающийся в двукратном образовании в котле с помощью напорного насоса испытательного давления (около 25% выше допустимого), с целью определения герметичности котла и его элементов. Если все испытания проходят успешно, котел допускается к дальнейшей регулярной эксплуатации, что фиксируется соответствующей записью в Книге по эксплуатации котла.

Как промыть котел

Техника очистки устройств от шлака бывает нескольких видов:

  • гидродинамическая;
  • механическая;
  • комбинированная.

Почистить механизм гидродинамическим методом можно по следующей инструкции:

  1. для очистки котел разбирать не потребуется, процесс происходит за счет подачи водяной струи под сильным давлением;
  2. необходимо подать жидкость в котел при помощи мощного насоса. Для продуктивного результата нужно постучать по очищаемому изделию деревянной палкой или молотком.

Гидродинамический способ применяется при небольшом слое накипи и налета. Он не повреждает трубы и механизм теплообменника.

Для совершения механической очистки предварительно подготавливают специальные щетки, штыри, скребки. Процесс мытья выглядит следующим образом:

  1. перекрыть газ, отсоединить магистраль от котла;
  2. провести разбор отопительного контура от газового котла;
  3. снять крышку котла;
  4. провести очистку при помощи щеток и кислотного раствора;
  5. заново собрать конструкцию.

Комбинированный метод очищения сочетает в себе элементы химической и механической обработки. Для этого выполняют разборку механизма, загрязненные детали замачивают в соляном или кислотном растворе на 1 час, а затем очищают их при помощи инструментов или щеток. Лучше всего устранять загрязнения ершиками или металлическими скребками. Также существует множество специальных щеток с насадками, которые убирают труднодоступные загрязнения.

Важно! После интенсивного очищения детали рекомендовано промыть под проточной водой.

Комбинированный метод считается самым безопасным для техники. Он не повреждает стенки теплообменника и продлевает срок его эксплуатации. Стоит помнить, что для очистки запрещено нагревать или кипятить моющую жидкость, это может навредить деталям и кожному покрову человека. Процедуру нужно проводить в хорошо проветриваемом помещении, чтобы предотвратить развитие аллергической реакции. Также нужно использовать резиновые перчатки, которые защитят руки, и специальную маску для лица. Завершать очистку нужно обязательной промывкой деталей прохладной водой.

Технология химической промывки котлов

Технология кислотной промывки представляет собой методы и инструменты, благодаря которым можно гарантированно получить качественный результат.

Под качественным результатом мы подразумеваем отсутствие накипи в котле после промывки!

Здесь мы приводим краткое описание технологии, более подробную информацию мы разместим чуть позже.

Программа химической промывки котла

Вы можете скачать нашу программу кислотной промывки по ссылке:

Программа химической промывки котла.

Если вам потребуются комментарии или разъяснения по программе, звоните нам в любое время: 8 (495) 726-96-98!

Сколько времени занимает химическая промывка промышленного котла?

Не существует единого показателя времени проводимой промывки! Накипь имеет различный химический состав, структуры, прочность и растворяется в реагенте с различной скоростью.

Как правило, процесс кислотной промывки котлов занимает от 4 до 16 часов, хотя бывают исключения в большую или меньшую сторону.

Механическим

Сода и грубая губка без труда смоют тонкий налет копоти, вместо соды можно применить любое другое порошкообразное чистящее средство с абразивом. Толстый слой сажи убирается путем нагревания воды в котле до кипения, после чего размягченное наслоение счищается жесткой щеткой.

Химическим

В этом случае применяются средства, включающие в свой состав агрессивные вещества, которые наносятся на загрязненную поверхность с помощью пульверизатора или опрыскивателя. После небольшой выдержки копоть счищается с поверхности скребком или щеткой.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...