Иван Тихонов - Сборник статей по организации водно-химического режима теплоэнергообъектов

Проще говоря, для надлежащего ВХР котельной необходимо, чтобы в питательной воде обязательно содержался бикарбонат натрия. Количество бикарбоната натрия (Щ пит, мг-экв/л) должно соответствовать солесодержанию питательной воды (S, мг/л). Отношение бикарбоната к солесодержанию питательной воды называется относительной щелочностью питательной воды.

Щ от= 40 * Щ пит * 100/S пит% ⠀⠀ (3)

Если относительная щелочность меньше 5%, происходит активная углекислотная коррозия парового котла. Если относительная щелочность больше 50%, то может наблюдаться щелочная межкристаллическая коррозия котла.

Относительная щелочность питательной воды для описываемого случая с котлом ДЕ составляла 1,5%.

Можно сказать, что обратноосмотическое обессоливание воды в структуре ВХР паровых котельных низкого давления должно применяться совместно с Na-катионированием. Т.е. обратноосмотическое обессоливание не является полной заменой Na-катионированию для котлов низкого давления.

Работая по комбинированной схеме водоподготовки (обратный осмос + умягчение), значение относительной щелочности будет таким же, как и при работе только на умягчении. Примерно от 15 до 40%. Т.е. значение относительной щелочности будет оптимальным, и при этом вода имеет небольшое солесодержание, что значительно уменьшает количество продувки котла, увеличивает качество пара и конденсата.

Для котлов высокого давления, где требуется подпитка обессоленной водой, вполне применима технология двухступенчатого осмоса с последующей корректировкой пермеата.

Необходимо сделать небольшое отступление. Если в качестве исходной воды для котельной используется артезианская скважина, то в такой воде, скорее всего, будут содержаться натрий и калий наряду с кальцием и магнием. Это позволит использовать только обратный осмос для подготовки воды. При условии, если мембрана обеспечит нормативное содержание жесткости ниже 0,02 мг-экв/л. Но на практике сложно достигнуть такого низкого значения жесткости в одну ступень осмоса и необходимо использовать Na-катионирование хотя бы для доумягчения пермеата.

В своей практике я использовал обратноосмотическое обессоливание воды без Na-катионирования для небольшого парогенератора (0,5 т/час), работающего на артезианской воде. В связи с объективной невозможностью организации сложной системы водоподготовки и отсутствия обслуживающего персонала в парогенераторной решено было использовать только автоматизированную установку обратного осмоса. Вода имела солесодержание около 650 мг/л, жесткость около 7 мг-экв/л, рН – 7,8 и содержание кислорода около 3,5 мг/л. Возврат конденсата отсутствовал. Использование Na-катионирования в данном случае невозможно. В результате работы осмоса установился следующий ВХР парогенераторной. Осмотическая вода (пермеат) имела солесодержание 11 мг/л, жесткость около 0,05—0,06 мг-экв/л, значение рН 6,2—6,3. Т.к. деаэратор не предусматривался и его установка была объективно невозможна, я настоятельно рекомендовал добавлять в бак пермеата едкий натр. Это было некому делать, и, соответственно, это не делалось. Тем не менее через две недели работы парогенератора на осмотической воде из артезианской скважины значение рН котловой воды держалось на уровне 9,8—10,5. Питательные трубопроводы парогенератора и емкость пермеата выполнены из полимерного материала и не коррозировали. Первые несколько дней наблюдалось очень большое количество железа при продувке уровнемерных стекол, что говорило о значительной коррозии котла. Но как только значение рН котловой воды выросло до 10, активные коррозионные процессы прекратились. В настоящее время данный котел уже работает более 5 лет. При том что его предшественник, работающий без водоподготовки, примерно раз в месяц полностью забивался карбонатом кальция и требовал постоянного кипячения с лимонной кислотой, не говоря уже о колоссальном перерасходе газа. Тем не менее установившийся ВХР не является нормативным и есть большая вероятность сквозной коррозии жаровой трубы и выхода парогенератора из строя раньше установленного срока службы.

Необходимо рассмотреть еще один момент, связанный с работой обратноосмотических систем обессоливания. Это почему пермеат имеет низкое значение рН и как это отражается на ВХР котельной.

При фильтровании через полупроницаемую мембрану ионы, растворенные в воде, практически не переходят через мембрану, т.к. они находятся в гидратированном состоянии, т.е. имеют связь с молекулами воды. В результате диаметр гидратированного иона получается больше диаметра поры в мембране, с учетом связанного слоя воды на поверхности мембраны гидратированный ион не переносится через мембрану и остается в концентрате. Растворенные в воде газы свободно проходят через мембрану, т.к. они не имеют заряда и не подвержены гидратированию водой. Размер молекулы газа меньше размера поры в мембране. Таким образом, в пермеате содержится тоже количество углекислого газа, что и в исходной воде, а количество бикарбонат-иона существенно меньше. Порядка 1—5% от исходного количества бикарбоната. В физическом смысле можно сказать, что бикарбонат-ион – это щелочной остаток от растворения угольной кислоты. Соответственно, убирая щелочную составляющую за счет фильтрации, но оставляя кислотную (углекислый газ проходит через мембрану), значение рН фильтрата существенно падает. Это хорошо показывается уравнением Хендерсона-Хассельбальха для диссоциации угольной кислоты H 2CO 3 = H+НCO 3

К примеру, если содержание бикарбоната в исходной воде 2,0 ммоль/л, в пермеате 0,12 ммоль/л, содержание углекислоты в исходной воде 10 мг/л (0,227 ммоль/л), то значение рН можно рассчитать по формуле (1)

При этом значение рН исходной воды равно

Как видим, за счет уменьшения содержания бикарбоната и неизменного содержания угольной кислоты пермеат имеет низкое значение рН. При этом общее количество связанной угольной кислоты в виде бикарбонат-иона уменьшилось с 2 ммоль/л до 0,12 ммоль/л. Это значит, что в паре и конденсате будет содержаться примерно на 70—80 мг/л углекислоты меньше. Что и является важным преимуществом работы осмотических систем в схеме ВХР котельных.

Остается только избежать углекислотной коррозии питательного тракта парового котла. Для этого осмотическую воду необходимо направлять в колонку деаэратора на отгонку углекислоты и кислорода. При этом термический деаэратор должен работать надлежащим образом, а не просто как бак запаса воды.